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Untitled Prezi

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Jaime Antonio Guzmán Hiciano

on 31 January 2014

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UNIVERSIDAD CATOLICA NORDESTANA
Facultad de Ingeniería
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
Presentada como requisito para optar por el titulo de
INGENIERO CIVIL
CURSO AVANZADO DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA UNIVERSIDAD CATÓLICA NORDESTANA
(MÉTODO LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN)

Por
JAIME ANTONIO GUZMAN HICIANO
DORKA MARIA CABRERA DE LA ROSA
RUBEN ENMANUEL GOMEZ CASTILLO
LUIS ALBERTY RAMOS DE JESUS

Asesores
ING. NELSON MARTINEZ
ING. YUTAKA YOKOYAMA

San Francisco de Macorís, República Dominicana
Enero 2014

Reflexión
Si para recobrar lo recobrado
Debí perder primero lo perdido,
Si para conseguir lo conseguido
Tuve que soportar lo soportado,

Si para estar ahora enamorado
Fue menester haber estado herido,
Tengo por bien sufrido lo sufrido,
Tengo por bien llorado lo llorado.

Porque después de todo he comprobado
Que no se goza bien de lo gozado
Sino después de haberlo padecido.

Porque después de todo he comprendido
Que lo que el árbol tiene de florido
Vive de lo que tiene sepultado.

CURSO AVANZADO DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA UNIVERSIDAD CATÓLICA NORDESTANA
(MÉTODO LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN)

INDICE


AGRADECIMIENTO
DEDICATORIAS


CAPITULO I – INTRODUCCION Y TRASFONDO
1.1 Introducción…………………………………………………………..……...Pág. 2
1.2 Antecedentes………………………...………………………………….…. Pág. 3
1.3 Planteamiento del problema…...………………………………... Pág. 5
1.4 Justificación del problema………………………………………….. Pág. 6
1.5 Objetivos………………………………...…………………………………… Pág. 7
1.5.1 General………………………………………………...…………………… Pág. 7
1.5.2 Específicos…………………………………………………………….…. Pág. 7
1.6 Variables e Indicadores……………………...………………...…... Pág. 8
1.7 Definición de términos………………………………………..……… Pág. 9


CAPITULO II – REVISION DE LITERATURA
2.1 Introducción…………………………………………………….….……... Pág. 14
2.2 Marco conceptual…………………….………….………………...…. Pág. 15


CAPITULO III – METODOLOGIA
3.1 Introducción……………………………………………….………..…... Pág. 62
3.2 Tipo de diseño………………………………...…………………....… Pág. 63
3.3 Descripción de la población y muestra……….……..….. Pág. 63
3.4 Descripción del instrumento de investigación…........ Pág. 65
3.5 Procedimientos……………………...…………………….…..…..... Pág. 66

inguzhici@hotmail.com
3.6 Alcance y Limites del estudio……………………...………………….….. Pág. 78

CAPITULO IV – PRESENTACION DE LOS RESULTADOS
4.1 Introducción………………………………...……………………..…...….......… Pág. 80
4.2 Presentación de los resultados…………………………………………... Pág. 81

CAPITULO V – DISCUSION
5.1 Introducción……………………...………….…...…............................……. Pág. 97
5.2 Conclusiones……………………...…………….………………….................. Pág. 98
5.3 Recomendaciones……………………...……….………………………......... Pág. 99

REFERENCIAS
ANEXOS


INTRODUCCIÓN


Desde su origen, el hombre ha procurado crear alternativas que les permitan viabilizar su existencia en la tierra; esta dinámica lo lleva a vivir en un constante reinventar, buscando hacer más llevadera, práctica y sencilla la vida de los presentes y futuras generaciones. Es natural que el ser humano no pueda vivir al margen de los bienes que le suministra la naturaleza, por lo que se vale de su manifestación para suplir algunas de las más pronunciadas necesidades, en ese sentido como recurso vital para la subsistencia humana ha sido durante largo tiempo un tema que ha concitado la tensión de múltiples sectores de la vida académica.


En lo adelante proponemos exponer una solución confiable y óptima que le faciliten y permitan una vida en mejores condiciones a la comunidad perteneciente a la Universidad Católica Nordestana, los cuales se ven en la necesidad de una Planta para el Tratamiento de sus Agua Residuales.


La presente investigación está estructurada en cinco capítulos, cada uno llevando en su contenido los detalles, pasos, parámetros y observaciones necesarias e imprescindibles para el desarrollo de la misma.


INTRODUCCIÓN


Para tener un conocimiento previo de los resultados y favorecimientos que han obtenidos otros investigadores sobre el tema que se nos plantea (Diseño de una Planta de Tratamiento), tomamos como base sus conclusiones que se han de relacionar al mismo, de igual forma daremos a conocer las problemáticas que tiene la Universidad Católica Nordestana debidos a las aguas emitidas por su población, como también tratamos de explicar las soluciones.

Por último, se pretende indicar el porqué de la investigación exponiendo sus razones, como el objetivo general y los específicos que son los propósitos del estudio, las variables y los indicadores que la regularan y por supuesto el glosario de término para el entendimiento de la misma.



ANTECEDENTES


En la tesis de Fernandez Beltre, Tavarez Faria & Escalante Mateo titulado “Rediseño de una Planta de Tratamiento de Agua Potable y Diseño de un Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” para el municipio de Jarabacoa, provincia La Vega, realizada en la Universidad Autónoma de Santo Domingo en año 2007. Los resultados obtenidos tras su investigación los conllevó a las siguientes conclusiones. Que diseñar una planta de aguas residuales (que no existe) con un sistema de tratamiento de lodos activados utilizando al final cloración. Disminuyendo así el nivel de contaminación de la zona en cuestión y por ende la eliminación de las aguas residuales que serán vertidas al rio Yaque del Norte.


Según Lopez Encarnacion, Soto Nuñez & Santos Soto en su tesis titulada Diseño de una Planta de Tratamiento de Agua Potable y Agua Residual realizada en Universidad Autónoma de Santo Domingo en el año 2007. Al finalizan su investigación llegaron a la conclusión de que el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para el sector de Los Tres Brazos, aumentarán la calidad de vida de los habitantes del sector, gracias a que tendrán un servicio de agua que suplirá sus necesidades en los próximos 20 años. Así también podrán verse mejorada las aguas vertida al importante rio Ozama, la cual no presentarán un grado de contaminación perjudicial.




Los niveles de contaminación de las aguas de dicho rio, podrán descender gracia al tratamiento de las aguas residuales del sector. Esto provocara un mejoramiento del entorno y de la salud de las personas residentes en el lugar.


En la tesis sustentada por Corporan & Vasquez titulada Rediseño de una Planta de Tratamiento de Agua Potable y Diseño de una planta de Aguas Residuales, realizada en la Universidad Autónoma de Santo Domingo en el año 2007. Presentan que para el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de Sabana Perdida del municipio de Santo Domingo, al usar el sistema compacto de lodo, es significativa la reducción de sulfato de aluminio. Sin embargo, los altos consumos de energía eléctrica con la cual debe contar dicho sistema, limitaron el empleo de esta tecnología.


Para las aguas residuales consideraron más factible el uso de lagunas facultativa o anaeróbica, colocar un reactor y construir una cámara de contacto con el cloro, también construir rejillas y desarenador. Esto así porque el espacio ocupado por la laguna es mucho menor que el requerido por la unidades de disco biológico rotatorio.




PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


Desde inicio de la humanidad, el hombre ha puesto a la naturaleza en constante amenaza ambiental por los desechos emitidos sin ningún tipo de tratamiento, los que producen efectos nocivos a la salud y al desarrollo del hombre.


Se observa en esta ocasión la contaminación que presenta la Universidad Católica Nordestana en sus aguas residuales, con propensión a incrementarse de no implementarse medidas contingentes a tiempo.


A medida del constante crecimiento del campus Universitario, esta se ve en la necesidad de la ejecución una planta de tratamiento de las aguas residuales, ya que el aumento de la contaminación ambiental disminuye la calidad de vida del cuerpo estudiantil, profesores y empleados en general. La misma deberá cumplir todas las normas y criterio que se deben cumplir para contribuir con el mejoramiento del ciclo hidrológico y las debidas necesidades que se le presentan a dicho centro.











JUSTIFICACIÓN


El llevar a cabo la ejecución de una planta de tratamiento de aguas residuales en la Universidad Católica Nordestana, es importante porque servirá para resolver problemas ambientales como la corrección de pozos sépticos que contaminan el sub suelo, aguas subterráneas y resolvería el problema sanitario de la comunidad universitaria por un largo periodo.


Con el tratamiento de las aguas utilizada en las actividades humanas o aguas residuales, sería una manera de disminuir la contaminación ambiental, la cual llevarían a un mejor nivel de vida a la comunidad universitaria, además está investigación tiene como objetivo apropiar a esta de una planta de tratamiento con un desempeño optimo y de bajo costo.


Debido a que esta planta de tratamiento estará ubicada en la Universidad Católica Nordestana, esta debe brindar una infraestructura de fácil manejo ya que la misma aportará para el desarrollo de la carrera de Ingeniería Civil.












OBJETIVOS


OBJETIVO GENERAL

Proporcionar el diseño más óptimo de una infraestructura para el tratamiento de las aguas residuales, causadas por la población perteneciente a la Universidad Católica Nordestana (UCNE).


OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Determinar la cantidad de desechos producidos por la población universitaria.

• Reducir la mayor cantidad de agente contaminante de las aguas residuales.

• Diseñar una planta de tratamiento autosustentable al menor costo.

• Contribuir con el mejoramiento de la calidad de vida de la población universitaria.

• Disminuir el riesgo de enfermedades por causas de agentes provenientes de las aguas residuales.

• Retornar en su totalidad las aguas residuales al medio ambiente en condiciones compatibles con él.

VARIABLES E INDICADORES

Polución del Agua

DBO

Solidos Suspendidos

Coliformes

Bacterias
Hongos

Porcentaje de Grumo
Porciento de remoción de solidos pendidos
DEFINICION DE TERMINOS


AFLUENTE: Corresponde a un curso de agua, también llamado tributario, que llega a una unidad o lugar determinado.

AGENTES PATOGENOS: Son organismos que pueden ir en mayor o menor cantidad en las aguas residuales y que son capaces de producir o transmitir enfermedades.

AGUA: Es el compuesto químico más abundante y de mayor significación para nuestras vidas. Las necesidades humanas de agua son de 2 a 5 litros diarios, entre la ingerida como tal y la incorporada en los alimentos. (Cita Manuel Gil Rodríguez, 2006; depuración de aguas residuales, modelización de lodos activos).

AGUA RESIDUAL: Es el agua descargada luego de un uso doméstico, industrial, comercial, agrícola, agropecuario o de cualquier otra índole y que por tal motivo ha sufrido degradación de su calidad original y tiene el potencial de contaminar los cuerpos receptores.

CUERPO RECEPTOR: Es todo ambiente natural o artificial (rio, mar, cuenca, océano, embalse, cauce o depósito de agua), porción de terreno o formación subterránea que sea susceptible de recibir directa o indirectamente las descarga de aguas residuales.

DEMANDA BIOLOGICA DE OXIGENO (DBO): Es un parámetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se utiliza para medir el grado de contaminación, normalmente se mide transcurridos cinco

días de reacción (DBO5) y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mgO2/l).

DEMANDA QUIMICA DEL OXIGENO (DQO): Es un parámetro que mide la cantidad de materia orgánica susceptible de ser oxidada por medios químicos que hay en una muestra líquida. Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mg O2/l).

DESARENADORES: Se ubican después de las rejillas. Cuando es necesario bombear el influente de agua residual se recomienda localizar el cárcamo a continuación de los desarenadores.

DILUCION: En el agua que disminuye enormemente el impacto de todos los contaminantes y es el único mecanismo que reduce de manera natural la concentración de algunas especie químicas.
EFLUENTE: Es el líquido descargado desde un séptico u otro tipo de instalación de tratamiento de auto purificación.

EFLUENTE DEL TRATAMIENTO: En el manejo de aguas residuales, es el caudal que sale de la última unidad de tratamiento.

ESTABILIZACION: Es la conversión de sólidos orgánicos en formas más refractarias (inertes) con el propósito de que puedan manejarse o usarse como acondicionadores de suelo sin causar daño o peligro a la salud.

INFILTRACION: Esta es usada ya sea para disposición de residuos, recarga de aguas subterráneas o ambas nitrato o combinación de dos o más especies.

INFLUENTE DEL TRATAMIENTO: Se refiere al caudal que ingresa a la primera unidad de tratamiento.


LAGUNAS: Las lagunas o estanque de estabilización son medios simples y flexibles de tratamiento de aguas residuales para la descomposición biológica del material orgánico.

LODOS: Es el material sólido que sedimentan en el fondo de tanques sépticos o en decantadores de plantas de tratamiento.

MICROORGANISMOS: Son organismos muy pequeños como para ser observados a simple vista, incluyen bacterias, protozoarios, virus, algas y hongos.

OXIGENO DISUELTO: Cantidad de oxigeno libre en el agua necesario para mantener la vida acuática.

PLANTA DE TRATAMIENTO: Es una infraestructura destinada a destruir y/o eliminar las impurezas del agua a través de procesos fisicoquímicos o bacteriológicos, tales como aireación, sedimentación, floculación, coagulación, infiltración, cloración, etc.

REMOCION DE GRASAS: La grasa es removida por procesos de flotación similares a aquellos empleados en espaciamientos de lodos.

SEDIMENTACION: Esta resulta de diferencias de densidad entre los sólidos contaminantes y el agua que los transporta.

SISTEMA DE DRENAJE DE AGUAS RESIDUALES: Es el conjunto de tuberías, aparatos sanitarios, equipos accesorios y obras complementarias necesarias para realizar en forma adecuada la recolección, conducción y disposición de las aguas residuales de origen domestico y/o industrial.

SÓLIDOS SUSPENDIDOS: Son los sólidos de tamaño coloidal orgánicos y minerales que están suspendidos en el agua.



TEMPERATURA: Afecta la solubilidad del oxígeno en el agua, la tasa de actividad bacterial y la tasa a la cual los gases son transferidos hacia y a través del agua.

TRITURADORES: Reducen los sólidos suspendidos grandes, llevándolos a un tamaño que no interfiera con otros sistemas, los cuales son a su vez removidos del flujo en procesos de sedimentación posteriores.




INTRODUCCION


En el mundo, con el paso del tiempo, el ser humano se ha visto en la necesidad de recurrir a diversos métodos que le faciliten y le permitan una vida en mejores condiciones, por tal motivo el hombre busca constantemente soluciones favorables en el mundo académico, guiándose de los estudios hechos por sus predecesores.


Por tal razón para nuestro entendimiento, en este capítulo damos a conocer los diferentes conceptos y teorías que no proporcionan diversos autores sobre el buen funcionamiento, mejor ubicación, los distintos tratamientos, procedimientos, distribuciones, sus ventajas y desventaja que tiene una planta de tratamiento y sus diversos costos.





Cap. II
Marco Teórico
MARCO CONCEPTUAL


ELABORACION DEL DISEÑO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO


Una planta de tratamiento de agua residual es un conjunto de estructuras y unidades en donde se remueven total o parcialmente los contaminantes contenidos en el agua.


(Maskew Fair, Geyer, & Okun, 1976) Proponen que esto se logra mediante la utilización de diversos procesos, dispuestos en orden creciente de complejidad o combinados, así como variantes de estos que pueden ser aprovechados para lograr requerimientos específicos de tratamiento a bajo costo y con alta eficiencia.


Se pueden identificar cuatro objetivos generales del tratamiento:


1. Para evitar la contaminación del cuerpo receptor.
2. Para producir mediante tratamiento, un efluente cuyas características permitan su reutilización.
3. Para cumplir con la normatividad ambiental vigente.
4. Para la protección de flora y fauna.


EL PROCESO DE PLANEACION

Las plantas de tratamiento de aguas residuales son elementos clave en los sistemas de evacuación de aguas residuales. Los sistemas, a su vez, se unen para ejercer profundos efectos sobre la administración de los recursos hidráulicos regionales y finalmente nacionales. Una planta de purificación de agua o de tratamiento de aguas residuales influye en la administración de la calidad de todo el sistema hidrológico en el que se ubica la planta. Este impacto se debe tomar en cuenta en el proceso de planeamiento en todos los niveles: hidrológico, económico, higiénico, legal y político.


Dentro de los confines específicos de los sistemas de aguas residuales que se vayan a diseñar normalmente, se deberán determinar en relación óptima, la posición, la naturaleza y el tamaño de las plantas de tratamiento necesarias respecto a:

1) La fuente y calidad del agua que se va a tratar.
2) El origen y composición de las aguas residuales producidas.
3) La naturaleza de las aguas receptoras en las que se vayan a dispersar las aguas residuales.
4) La configuración y topografía de la comunidad y sus zonas circundantes.
5) La población anticipada, el crecimiento industrial y la expansión del área.
6) Las amalgamas físicas tanto posibles como probables.



COSTO DE TRATAMIENTO

Debido a que los procesos de tratamiento de aguas residuales varían relativamente con mayor amplitud que los procesos de purificación de agua, los costos de las plantas de tratamiento de agua residuales.


UBICACIÓN DE LA PLANTA

La topografía, las cimentaciones y los riesgos físicos son los determinantes clave de la ubicación en la construcción de la planta. Los costos de construcción de las plantas que operan con mucha perdida de carga se pueden reducir si se colocan en la ladera de una colina. Las condiciones de la cimentación son importantes tanto durante la construcción de la planta como después de ella. Los sitios húmedos se deben deshidratar mientras se efectúa la construcción y las estructuras determinadas pueden requerir que se lastre para contrarrestar el levantamiento hidrostático. Cuando las cimentaciones son pobres, las estructuras se deben colocar sobre pilotes o placas de revestimiento. Los sitios rocosos se pueden aprovechar únicamente con costos elevados.


DISTRIBUCION DE LA PLANTA

Además del dimensionamiento, la localización y la protección de la planta, su distribución puede ser una base útil en los análisis de las actividades de los operadores y la planta. Entre otras cosas, ellos identifican las arterias de comunicación óptima: caminos, andadores, escaleras, túneles, grúas, conductores y troles. Las distribuciones unitarias comprenden el tratamiento en unidades auto contenido, mientras que las distribuciones funcionales ponen en

paralelo a los componentes múltiples de los sistemas de tratamiento, incluyendo los espacios para agregar componentes de la misma categoría general.


CARACTERÍSTICAS DEL AGUA


(Marin Ocampo & Osés Pérez, 2013) El agua natural es una solución de diversos compuestos que se van adhiriendo al agua, de acuerdo a los procesos del ciclo hidrológico; estos le dan un carácter diferente a las aguas naturales, de acuerdo a la composición de los suelos, a su ubicación y los procesos físicos y químicos que se realizan durante su paso. El agua posee entonces una característica variable que la hacen diferente, de acuerdo al sitio y al proceso de donde provengan; esta característica se pueden medir y clasificar de acuerdo a:

CARACTERISTICAS FÍSICAS


La característica física más importante del agua residual es su contenido total de sólidos, el cual está compuesto por materia flotante y materia en suspensión, en dispersión coloidal y en disolución. Otras características físicas son la temperatura, color y olor (Metcalf & Eddy, 1977).


SOLIDOS TOTALES

Los sólidos totales del agua residual proceden del agua de abastecimiento, del uso industrial, doméstico, del agua de infiltración de pozos locales y aguas subterráneas. Analísticamente, el contenido total de sólidos de un agua residual se define como toda la materia que queda como residuo de evaporación a 103-105 oc. La materia que tenga una presión de vapor significativa a dicha temperatura se elimina durante la evaporación y no se define como sólidos. Los sólidos sedimentables se definen como aquellos que se sedimentan en el fondo de un recipiente de forma cónica (cono de imhoff) en el transcurso de un periodo de 60 minutos. Los sólidos sedimentables se expresan en ml/l y constituyen una medida aproximada de la cantidad de fango que se obtendrá en la decantación primaria del agua residual. Los sólidos totales pueden clasificarse en filtrables o no filtrables (sólidos en suspensión) haciendo pasar un volumen conocido de un líquido por filtro.


TEMPERATURA:

La temperatura del agua residual es generalmente más alta que la de suministro, debido a la adición de agua caliente procedente de las casas y de actividades industriales. La temperatura del agua es un parámetro muy importante por su efecto en la vida acuática, en las reacciones químicas, velocidades de reacción y en la aplicabilidad del agua a usos útiles.


COLOR:

Históricamente, la palabra condición se utilizó junto con composición y la concentración para describir el agua residual. La condición se refiere a la edad del agua residual. Se determinada cualitativamente en función de su color y su olor. El agua residual reciente suele ser gris; sin embargo, como quiera que los compuestos orgánicos sean descompuestos por bacterias, el oxígeno disuelto en el agua residual se reduce a cero y el color cambia a negro. En esta condición, se dice que el agua residual es séptica. Algunas aguas residuales de tipo industriales añaden color al agua residual domésticas.


OLORES

Los olores son debidos a los gases producidos por la descomposición de la, materia orgánica en el agua residual reciente tiene un olor peculiar algo desagradable, pero más tolerable que agua residual séptica. El olor más característico del agua residual séptica es el de sulfuro de hidrogeno producido por los microorganismo anaerobio que reducen los sulfatos a sulfitos. Las aguas


residuales industriales contienen a veces compuestos olorosos o capaces de producir olores en proceso de tratamiento.


CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS


Se dividen en cuatro categorías generales que tratan de: 1) la materia orgánica; 2) la medida del contenido orgánica; 3) la materia inorgánica, y 4) los gases que se encuentran en el agua residual. Las medidas de contenido orgánico se discute por separado, dada su importancia en el funcionamiento de las aguas residuales y de la gestión de calidad de agua.


MATERIA ORGÁNICA

En un agua residual de intensidad media, un 75% de los suspendidos y un 40% de los sólidos filtrables son de naturaleza orgánica. Proceden de los reinos animal, vegetal de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuesto orgánica. Los compuestos orgánicos están formados generalmente por una combinación de carbono hidrógeno y oxígeno, junto con nitrógenos. Los principales grupos de sustancias orgánica hallado en agua residuales son las proteínas (40% a 60%), carbohidratos (25% a 50%), grasas y aceites (10%). La urea, principal constituyente de la orina es otro importante compuesto orgánico de agua residual. En razón de la rapidez con que se descompone, la urea es muy raramente hallada en un agua residual que no sea muy reciente.


PROTEÍNAS

Las proteínas son los principales componentes del organismo animal, mientras que su presencia es menos relevante en el caso de organismos vegetales. Están presentes en todos los alimentos de origen animal o vegetal cuando estos están crudos. El contenido en proteínas varía mucho entre los pequeños porcentajes presentes en frutas con altos contenidos en agua. La composición química de las proteínas es muy compleja e inestable, pudiendo adoptar muchos mecanismos de descomposición diferentes.


CARBOHIDRATOS

Ampliamente distribuidos por la naturaleza, los carbohidratos incluyen azucares, almidones, celulosa y fibra de madera. Todos ellos se encuentran en las aguas residuales. Contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos comunes contienen seis, o un múltiplo de seis, átomos carbono en una molécula, e hidrógeno y oxígeno en las proporciones en que estos elementos se encuentran en el agua. Algunos carbohidratos, especialmente los azucares, son solubles en agua; otros, tales como los almidones, son insolubles.


MEDIDA DE CONTENIDO ORGÁNICO

En el transcurso de los años se han ido desarrollando una serie de ensayos para determinar el contenido orgánico de las aguas residuales. Un método consiste en medir la fracción volátil de los sólidos totales, pero este método está sujeto a muchos errores y raramente se empleada. Los métodos de


laboratorio más utilizado hoy en día es de la demanda bioquímica de oxigeno (DBO), demanda química de oxigeno (DQO), y carbono orgánico total (COT). Otro ensayo más reciente es la demanda total de oxigeno (DTO). Complementando estos ensayos de laboratorio se cuenta también con el llamado demanda teórica de oxigeno (DTeO), que se determina a partir de las formulas químicas de la materia orgánica.


DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO

El parámetro de polución orgánica más ampliamente empleado, aplicable tanto a aguas residuales como a aguas superficiales, es la DBO a 5 días. La determinación del mismo está relacionada con la medición del oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica. La oxidación bioquímica es un proceso lento, cuya duración es, en teoría, infinita. En un periodo de 20 días se completa la oxidación del 95 a 99 por 100 de la materia carbonosa, y en los 5 días que dura el ensayo de la DBO se llega a oxidar entre el 60 y el 70 por 100.


DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO (DQO)

El ensayo de la DQO se emplea para medir el contenido de materia orgánica tanto de las aguas naturales como de las residuales. En el ensayo, se emplea un agente químico fuertemente oxidante en medio acido para la determinación del equivalente de oxigeno de la materia orgánica que puede

oxidarse. El dicromato potásico proporciona excelentes resultados en este sentido.

CARBONO ORGANICO TOTAL (COT)

Otro medio de medir la materia orgánica presente en el agua es el COT, especialmente aplicable a pequeñas concentraciones de materia orgánica. El ensayo se lleva a cabo inyectando una cantidad conocida de la muestra en un horno a alta temperatura. El carbono orgánico se oxida anhídrido carbónico en presencia de un catalizador. El anhídrido carbónico producido es cuantitativamente medido por un catalizador de infrarrojo. La aireación y la acidificación de la muestra antes del análisis eliminan los posibles errores debido a la presencia de carbonos inorgánicos. El ensayo puede realizarse en muy poco tiempo y su uso se está extendiendo rápidamente.


MATERIA INORGANICA

Varios componentes inorgánicos de las aguas residuales y naturales que tienen importancia para la determinación y control de la calidad del agua. Las concentraciones de las sustancias inorgánicas en el agua aumentan tanto por el contacto del agua con las diferentes formaciones geológicas, como por las aguas residuales tratadas o sin tratar, que a ella se descargan. Las aguas naturales disuelven parte de las rocas y minerales con los que entran en contacto. Las aguas residuales, salvo el caso de determinados residuos industriales, no se suelen tratar con el objetivo específico de eliminar los constituyentes inorgánicos que se incorporan durante el ciclo de uso. Las concentraciones de constituyentes

inorgánicos aumentan, igualmente, debido al proceso natural de evaporación que elimina parte del agua superficial y deja las sustancias inorgánicas en el agua.


PH

La concentración de ion hidrogeno es un importante parámetro de calidad tanto de las aguas naturales como de las residuales. El intervalo de concentraciones adecuado para la adecuada proliferación y desarrollo de la mayor parte de la vida biológica es bastante estrecho y crítico. El agua residual con concentraciones de ion hidrogeno inadecuadas presenta dificultades de tratamiento con procesos biológicos, y el efluente puede modificar la concentración de ion hidrogeno en las aguas naturales si esta no se modifica antes de la evacuación de las aguas.


ALCALINIDAD

La alcalinidad de un agua residual está provocada por la presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos como el calcio, el magnesio, el sodio y el potasio. La alcalinidad ayuda a regular los cambios del pH producido por la adición de ácidos. Normalmente, el agua residual es alcalina, propiedad que adquiere de las aguas de tratamiento, el agua subterránea, y los materiales añadidos en los usos domésticos.


CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS:

Los aspectos biológicos con los que el ingeniero sanitario debe estar familiarizado incluyen el conocimiento de los grupos principales de microorganismos que se encuentran en las aguas superficiales y residuales así como aquellos que intervienen en el tratamiento biológico, el de los organismos utilizados como indicadores de polución y su importancia, y, finalmente, de los métodos utilizados para valorar la toxicidad de las aguas residuales tratadas.


MICROORGANISMOS:

Los principales grupos de organismos que se encuentran en las aguas residuales como superficiales se clasifican en organismos protistas, plantas y animales. La categoría protistas incluyen bacterias, hongos, protozoos y las algas. Como plantas, se clasifican las de semilla, helechos, musgos y hepáticas. Como animales se clasifican los vertebrados e invertebrados.



TRATAMIENTO PRELIMINAR


Su objetivo es la protección del resto de las etapas de tratamiento. Esta etapa es sumamente importante para evitar problemas posteriores en la planta de tratamiento. (Marin Ocampo & Osés Pérez, 2013).

Principales etapas del tratamiento preliminar:

1- Separación de grandes solidos (pozo de gruesos)
2- Desbaste
3- Cribado
4- Tamizado
5- Desarenado
6- Regulación
7- Preparación


El efluente de estos sistemas tiene aproximadamente los mismo contaminantes que el influente, exceptuando los sólidos suspensión.


SEPARACIÓN DE LOS GRANDES SOLIDOS (POZO DE GRUESO).

Cuando se prevé la existencia de solido de gran tamaño o de una gran de arena en el agua cruda, se debe incluir al principio de la instalación, un sistema de separación de estos grandes sólidos. Este consiste en un pozo situado a la entrada del colector de la planta, de tronco piramidal invertido y paredes muy inclinada, con el fin de concentrar los sólidos y las arenas decantada en una



zona específica donde se puedan extraer de una forma eficaz. La extracción de los residuos se realiza, generalmente, con cuchara de accionamiento electrónico.


DESBASTE

Esta operación consiste en hacer pasar el agua por una reja. De esta forma, el desbaste se clasifica según la separación de la reja:
a) Desbaste fino: con separación de libre entre barrote de 10-25 mm.

b) Desbaste grueso: con separación libre de barrote de 50-100 mm. En cuanto a los barrotes, estos deben tener un espesor mínimo según la reja de grueso de 12-25 mm.
c) Rejas de finos: entre 6 y 12 mm. También tenemos que distinguir entre otros tipos de limpieza de rejas, igual para finos y para grueso.


REJAS DE LIMPIEZA MANUAL

Se utilizan en pequeño o en grandes instalaciones, donde ayudan a proteger bomba y tornillo, en caso de que sea necesario para elevar el agua hasta la estación depuradora antes del desbaste. También se utiliza junto a las de limpieza automática cuando esta última esta fuera de servicio.




La reja están constituida por barrotes, soldados a unas barras de separación situado en la cara posterior, y su longitud no debe exceder aquella que permitan rastrillarla fácilmente con la mano. Van inclinados sobre la horizontal con ángulos entre 60o-80o. Encima de la reja, se coloca una placa perforada por la que caen los residuos rastrillados a un contenedor y en donde se almacenan temporalmente hasta un vertedero.


Con el objeto de proporcionar suficiente superficie de reja, para la acumulación de basuras entre limpieza y limpieza, es necesario que la velocidad de aproximación del agua a la reja sea de aproximadamente 0.45 m/s a caudal medio.


El área adicional necesaria para limitar la velocidad, se puede obtener ampliando la velocidad, se puede obtener ampliando el canal de la reja y colocando esta con una inclinación más suave. Conforme se acumula basura, obturando parcialmente la reja, aumenta la perdida de carga, sumergiendo nuevas zonas a través de las cuales pasara el agua.


REJILLAS DE LIMPIEZA MECÁNICA

La principal ventaja de este tipo de reja, es porque elimina los problemas de atascos y reducen el tiempo necesario para su mantenimiento. Una reja mecánica va normalmente protegida por una pre-reja de barrotes más abiertos (50-100 mm), prevista generalmente, para limpieza manual, pero que deberá ser también automática en el caso de instalaciones importantes, o cuando el agua




cruda llega muy cargada de materia gruesa. De los distintos tipos de mecanismo, el más utilizado consiste en un peine móvil, que periódicamente barre la reja, extrayendo los sólidos retenidos para su eliminación.


CRIBADO

Su principal objetivo es la separación de material suspensión de gran tamaño (basura). El tamaño del material separado puede ser muy variable (desde troncos, botellas, trapos, etc., hasta semillas, colillas de cigarro, hojas de árbol, etc.).


La separación del material se realiza al hacer pasar la corriente de aguas a través de una estructura tipo coladera (criba). El tamaño de los huecos (claro libre) determina el material que es retenido. Si el material es de dimensión mayor al claro libre, queda atrapado, separándose de la corriente principal. Debe ser retirado periódicamente.


El cribado es una operación indispensable en una planta de tratamiento. Como mínimo, debe haber un cribado grueso de 20 – 25 mm de claro libre. Para la protección del equipo de bombeo, es deseable que se incluya un cribado de 6 mm o menor, de claro libre.


TAMIZADO

Después de las rejillas se colocan tamices, con aberturas menores para remover un porcentaje más alto de sólidos, con el fin de evitar obstrucción de tuberías, filtros biológicos. Deben tener una abertura máxima de 2.5 mm. Tienen una inclinación particular, que deja correr el agua y hace deslizar los desechos por fuera de la malla. Necesita un desnivel importante entre el punto de alimentación del agua y la salida.


Según las dimensiones de los orificios de paso del tamiz, se distinguen entre:

- Macrotamizado
- Microtamizado
- Macrotamices rotatorios
- Tamices de auto limpieza, estático o rotativo
- Tamices deslizantes


DESARENADOR

El objetivo de esta operación es eliminar todas aquellas partículas de granulometría superior a 200 micras, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasión, y evitar sobrecargas en las fases de tratamiento.




TIPOS DE DESARENADORES – CANALES DESARENADORES


DESARENADOR DE FLUJO VARIABLE

Se usan en pequeñas instalaciones. La arena se extrae manualmente de un canal longitudinal que tiene una capacidad de almacenamiento de 4-5 días.


DESARENADOR DE FLUJO CONSTANTE

Estos desarenadores mantienen una velocidad constante de flujo de aproximadamente 0.30 m/s, de forma independiente al caudal que circule por ellos. Las variaciones de altura en el canal nos darán una medida de dicho caudal. Al final del desarenador se tiene un vertedor de flujo proporcional, que deja constante la velocidad del agua y así de depositan las arenas. Se debe tomar siempre un desarenador en operación y otro en “stand by”, para darle mantenimiento y así remover las arenas de forma manual.


DESARENADOR RECTANGULAR AEREADOS

En este tipo de desarenadores, se inyecta una cantidad de aire que provoca movimiento helicoidal del líquido y crear una velocidad de barrido de fondo constante, perpendicular a la velocidad del paso, la cual puede variar sin que se produzca ningún inconveniente. Además, se favorece la separación de las partículas orgánicas que puedan quedar adheridas a las partículas de arena.





DESARENADOR CIRCULARES CON ALIMENTACION TANGENCIAL

El agua entra tangencialmente en un depósito cilíndrico con fondo tronco-cónico, produciendo un efecto “Vortex” el cual da como resultado la sedimentación de las arenas. Mientras, las partículas orgánicas se mantienen en suspensión mediante un sistema de agitación de paletas o por suministro de aire con un motocompresor.


MEDICIÓN DE GASTOS

Aunque no remueven material alguno, los dispositivos de medición del gasto son esenciales para la operación de las plantas de tratamiento de aguas residuales y se incluyen generalmente en el tratamiento primario.


Para la medición del gasto, algunos métodos utilizados se basan en la medición en canal abierto, tales como el Parshall y vertedores triangulares. Sin embargo, se pueden utilizar medidores Vénturi o medidores por inducción magnética.


CANAL DE PARSHALL

El canal de Parshall es un tipo de medidor perfeccionado del de Venturi, estudiado para el aforo de aguas destinadas al riego agrícola. Es un dispositivo de aforo bastante exacto, aunque no tanto como el medidor Venturi, pero tiene la ventaja de que su costo es menor.


El canal Parshall ha sido empleado como dispositivo de medición de gastos en las plantas de tratamiento de aguas residuales, instalaciones en las que el bajo costo es cuestión de importancia.


Ha resultado un medio de aforo satisfactorio y también muy útil para verificar la velocidad en los desarenadores. La ventaja del canal Parshall que lo hace ser el más utilizado, es que su forma no permite la acumulación de sólidos en ninguna parte del canal.
Su diseño hidráulico se ha hecho de tal manera que el gasto es una función lineal de la altura del tirante a la entrada del dispositivo.


TRATAMIENTO PRIMARIO


El primer tratamiento importante que sufren las aguas residuales, después de las precedentes fases preliminares, es generalmente, la sedimentación de los sólidos suspendidos en un tanque adecuado en el que se mantienen las aguas por un lapso de 0.5 a 3 horas o más, que es suficiente para permitir que el 40% al 65% de los sólidos finalmente divididos, se depositen en el fondo del tanque, del cual del cual se extraen por medio de colectores mecánicos, en forma de lodos. La sedimentación es una operación unitaria, diseñada para concentrar y remover solidos suspendidos orgánicos del agua residual. Cuando se considera que el nivel primario era suficiente como único tratamiento, la sedimentación primaria era la operación unitaria más importante de una planta. En la actualidad, los requerimientos de tratamiento a nivel secundario, han otorgado a la

sedimentación primaria un rol menor. No obstante, muchos de los procesos unitarios de tratamiento secundario son capaces de manejar los sólidos orgánicos solo si se ha llevado a cabo una buena remoción de arena y escoria durante el pretratamiento.


TIPOS DE TRATAMIENTO PRIMARIO


Algunas características del tratamiento primario son:
• El tratamiento primario o es obligatorio en una planta municipal.
• El tratamiento primario más utilizado en los tratamientos municipales es la sedimentación simple.
• El tratamiento primario reduce el esfuerzo de tratamiento en los procesos posteriores (tratamiento secundario).
• Los residuos producidos (lodos primarios) no se encuentran estabilizados, producen olores desagradables y atraen moscas y otros vectores de enfermedades.


TRATAMIENTO SECUNDARIO


El tratamiento secundario se utiliza para eliminar los desechos y sustancias que, con la sedimentación se eliminaron, y para remover la demanda bioquímica de oxígeno. Este proceso acelera la descomposición de los contaminantes orgánicos. El procedimiento secundario más habitual es un proceso biológico en el que se facilita que las bacterias aerobias digieran las

materias orgánicas que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario, a tanques en los que se mezcla con agua cargada de lodos activados (microorganismos). Estos son tanques que tienen sistemas de burbujeo o agitación, que garantizan condiciones aerobias para el crecimiento de los microorganismos.


TRATAMIENTO TERCEARIO


Es el procedimiento más completo para tratar el contenido de las aguas residuales, pero no ha sido ampliamente adoptado por ser muy caro. Este tratamiento consiste en un proceso físico – químico que utiliza la precipitación, la filtración y/o la cloración para reducir drásticamente los niveles de nutrientes inorgánicos, especialmente los fosfatos y nitratos del efluente final.


Algunas veces el tratamiento terciario se emplea para mejorar los efluentes del tratamiento biológico secundario. Una mejor posibilidad para el tratamiento terciario consiste en agregar uno o más estanques en serie a una planta de tratamiento convencional. El agregar estos estanques de “depuración”, es una forma apropiada de mejorar una planta establecida de tratamiento de aguas residuales, de modo que se puedan emplear los efluentes para el riego de cultivos, en zonas verdes y en la acuicultura.


HISTORIA DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACION


(Ayala Fanola & Gonzalez Marquez, 2008). La utilización de lagunas para estabilizar aguas residuales o desechos orgánicos, ya sea en forma casual o deliberada, es tan antigua como la naturaleza misma. Sin embargo, el empleo de lagunas de estabilización como un recurso técnico o como un medio aceptado con este propósito, se ha desarrollado en la segunda mitad del siglo XX. Al parecer, la primera instalación de laguna de estabilización construida como resultado de un proyecto concreto para tratar aguas residuales domésticas, estuvo localizada en Dakota del Norte, Estados Unidos en 1948. Este proyecto fue aprobado por las autoridades de salud pública. Desde entonces una gran cantidad de instalaciones fueron construidas en varios países. En base a estudios sobre el terreno realizados en las décadas de los años 40 y 50 comenzaron a desarrollar criterios que permitieron la concepción de proyectos de lagunas en forma racional.


Durante las dos últimas décadas, una gran cantidad de información ha sido publicada, la misma que contiene resultados de experiencias de diseño y operación. La experiencia del pasado de algunas instalaciones que han resultado con problemas de explotación indica que en su mayor parte, esos fracasos han sido el resultado de concepciones defectuosas del proyecto a nivel de diseño, una aplicación inadecuada de ingeniería a nivel de construcción y un mantenimiento defectuoso que usualmente es el resultado de la falta de una supervisión a nivel de operación. En los países en vías de desarrollo, con climas


tropicales y subtropicales, se ha podido observar que, además de lo enunciado, existen factores ambientales y de desarrollo local que complican la buena operación de estos sistemas. En cuanto a condiciones de aplicación, este proceso de tratamiento puede ser utilizado económicamente en sitios donde el costo de terreno es reducido, en donde las condiciones climáticas de iluminación y temperatura son favorables y en condiciones de carga orgánica con variaciones considerables.


Definen (Mackenzie & Susan, 2004) una laguna, como un estanque grande excavado para contener el lodo. Las lagunas se pueden construir como lagunas de almacenamiento o de desaguado, las lagunas de almacenamiento se diseñan para almacenar y recolectar los sólidos durante algún tiempo predeterminado. En general tienen la posibilidad de decantar, pero carecen de sistema de drenado inferior. Se podrían equipar con fondos sellados para proteger el agua subterránea. Una vez llena la laguna de almacenamiento, o cuando su descantado ya no puede cumplir con los límites de descarga, se debe abandonar o limpiar. El secado se facilita sacando el agua estancada por bombeo y quedara un lodo mojado. Se espera que los lodos de coagulación solo alcancen una concentración de sólidos de 7 a 10 % en las lagunas de almacenamiento. Los sólidos que quedan deben sacarse mojados para la limpieza o dejarse evaporar. Dependiendo de la profundidad de los lodos húmedos la evaporación puede durar años. Con frecuencia las capas superiores forman una costra que evita la evaporación de las capas inferiores.


SISTEMAS DE TRATAMIENTOS CON LAGUNAS


Las lagunas son excavaciones en un terreno para el tratamiento de aguas residuales. Los trabajos de investigación realizados sobre las lagunas en la década de 1940 permitieron el desarrollo de estos sistemas como una alternativa de bajo costo para el tratamiento de aguas residuales (McGauhey, 1968; Marais, 1970).


APLICACIONES

La tecnología de tratamiento con lagunas se utiliza principalmente en comunidades pequeñas; sin embargo, las lagunas aireadas y facultativas son de uso frecuente en comunidades medianas, especialmente en el oeste de Estados Unidos. Más de 7000 sistemas con lagunas se utilizan para el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales en los Estados Unidos (Crites, 1992). Estos sistemas pueden funcionar en forma independiente o en combinación con otros sistemas de tratamiento de aguas residuales.


DINÁMICA DE LAS LAGUNAS

Un buen número de variables afectan el desempeño de las lagunas facultativas, entre otras se pueden citar: el crecimiento y degradación de las poblaciones algales, la mezcla inducida por el viento, la temperatura y los cambios térmicos. Para apreciar las complejas interacciones que ocurren en las lagunas facultativas, se sugiere considerar el crecimiento y degradación de las diferentes poblaciones de algas.


En general, las lagunas aerobias y facultativas contienen concentraciones elevadas de algas. La dinámica que existe entre el crecimiento y degradación de las poblaciones algales, y el predominio de las cuatro clases de algas presentes en el agua dulce, afectan los niveles de solidos suspendidos en el efluente de muchas lagunas. Las cuatro clases de algas presentes en el agua dulce son:



1- Algas verdes: Son algas comunes pertenecientes al grupo Chlorella.
2- Algas verdes móviles. La euglena es un miembro de este particular grupo de algas, cuya presencia indica que la laguna funciona con sobrecarga orgánica.
3- Algas amarrillo- verdosas o pardas-doradas. Las más importantes de este grupo son las diatomicas.
4- Algas azul-verdosas. Cuando agonizan o mueren, estas algas unicelulares tienen la capacidad de formar tapetes densos sobre la superficie del agua, que se sedimenta lentamente.


Los cambios de la temperatura que se presenta en la laguna facultativa sin aireación pueden generar estratificación vertical especificación vertical en la columna de agua durante ciertas estaciones del año, si la acción del viento es insuficiente para mantener una buena mezcla. La estratificación se produce por un aumento en la densidad del agua con respecto a la profundidad causado por el descenso en la temperatura. Durante el verano, la masa del agua de la capa

superior se calienta, disminuyendo así su densidad y ocasionando la formación de dos capas estratificada. Cuando disminuye la temperatura en el otoño, la escarificación se detiene y la laguna puede mezclarse de nuevo por la acción del tiempo. Como consecuencia de la estratificación, las capas más profunda (con poco oxigeno) se mezclan con la capa superiores mediante un fenómeno conocido como “volcamiento de otoño”. Y durante este se pueden generar malos olores situación que se normaliza cuando en la capa superior se restablece las


LAS VENTAJAS DE UN SISTEMA CON LAGUNAS SON:


- Los costos de capital resultan bajos.
- Requiere mínima capacitación del personal encargado de su operación.
- La evacuación y disposición de lodos se realiza solo en intervalos de 10 a 20 años.
- Es compatible con sistemas de tratamiento acuáticos o sobre el suelo.


LAS DESVENTAJAS DE UN SISTEMA CON LAGUNAS SON:


- Requiere grandes extensiones de terreno.
- En el efluente se da una concentración elevada de algas que puede ocasionar problemas en fuentes receptoras superficiales.
- Las lagunas sin aireación a menudo no cumplen las normas exigentes de vertimiento.


- Las lagunas pueden causar impactos negativos sobre las aguas subterráneas si no se impermeabilizan, o si el recubrimiento se daña.
- Un diseño inapropiado o una incorrecta operación pueden generar malos olores.


CLASES DE LAGUNAS


Las lagunas usadas en el tratamiento de aguas residuales poseen una profundidad variable, pueden ser poco profundas o bastante hondas. Las lagunas se clasifican teniendo en cuenta la concentración de oxígeno disuelto (nivel de arobicidad), y la fuente que suministra el oxígeno necesario para la asimilación bacterial de compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales.


La clasificación que incluye todos los tipos de lagunas basándose en la frecuencia y duración de la descarga del efluente se detallan a continuación:


- Lagunas de retención total.
- Lagunas con descarga controlada.
- Lagunas con descarga de control hidrológico.
- Lagunas con descarga continúa.


Las lagunas de retención total, o lagunas de evaporación, se deben considerar solo en lugares donde la tasa de evaporación supera la precipitación

anual. Las lagunas con descarga controlada vierten su efluente periódicamente, cuando la fuente receptora presenta condiciones óptimas para recibir la descarga del efluente tratado. Las lagunas con descarga de control hidrológico (DCH) son una variación de aquellas de descarga controlada; bajo este concepto, la laguna se diseña en forma tal que permite la descarga del efluente tratado cuando la fuente receptora presenta un caudal por encima de un mínimo aceptado.


Muchas de las lagunas con descarga controlada o con descarga de control hidrológico son facultativas. Todas las clases de lagunas pueden funcionar con descarga continua.



Están constituidas por embalses artificiales, abiertos a la acción del sol y del aire, dispuestos en el terreno natural, y delimitados por bordos compactados de material, producto de la excavación. Para el control de estos procesos biológicos es aún más determinante la temperatura ambiente y el tiempo de retención. Se debe evitar las perdidas excesivas por infiltración.


De acuerdo a su clasificación y al contenido de oxígeno, las lagunas se clasifican como:


LAGUNAS AERÓBICAS

Las lagunas aeróbicas son bastante profundas para permitir la penetración de la luz del sol en toda la columna de agua. Como resultado, este tipo de lagunas tiene una gran actividad fotosintética durante las horas de luz solar en toda la columna de agua; su profundidad varía entre 1 y 2 pies (0.3 y 0.6 m). Las lagunas diseñadas para aumentar la fotosintética de las algas se denominan también lagunas de alta tasa. El termino de alta tasa se refiere a la velocidad de producción fotosintética de oxigeno pro parte de las algas presentes, y no a la velocidad de asimilación metabólica de compuestos orgánicos, la cual permanece variable.


LAGUNAS ANAEROBIAS

Las lagunas anaerobias son usadas para el tratamiento de aguas residuales con altas cargas orgánicas, principalmente en zonas rurales. El tratamiento anaerobio se lleva a cabo mediante una amplia variedad de bacterias clasificadas en dos grupos: formadoras de ácidos (ácidos génicas) y formadoras de metano (metano génicas). Estos dos grandes grupos de baterías actúan en forma combinada para garantizar la conversión del carbono en metano.


El tratamiento anaerobio en comparación con el tratamiento aerobio tiene las siguientes ventajas: 1) Posibilidad de alcanzar una gran estabilización del residuo, 2) Baja producción de lodos biológicos residuales, 3) Baja necesidad de nutrientes, 4) No requiere oxígeno, 5) Produce metano. Las desventajas de este tratamiento son: 1) Remoción incompleta de la DBO, 2) Requiere temperaturas

relativamente elevadas, y 3) Generación potencial de malos olores. (Hammer y Jacobson, 1970).


El diseño de lagunas anaerobias se realiza con base en la tasa de carga orgánica superficial, la tasa de carga orgánica volumétrica y el tiempo de retención hidráulico. En climas donde la temperatura supera los 22ºC, se puede alcanzar hasta un 50% de remoción de DBO usando los siguientes criterios de diseño (WHO, 1987).


• Profundidad entre 8 y 16 pies (2.5 y 5 m).
• Tiempo de retención hidráulico de 5 días.
• Carga orgánicas volumétrica superior a 0.0187 lb/pie3.d (0.3 kg/m3.d).


LAGUNAS FACULTATIVAS

Son las más usadas y versátiles entre las diferentes clases de lagunas. En general su profundidad oscila entre 5 y 8 pies (1.5 a 2.5 m) y se conocen también como lagunas de estabilización. El tratamiento se desarrolla por acción de bacterias aeróbicas en la capa superior y de bacterias anaeróbicas o anoxicas en la capa inferior, dependiendo de la mezcla que se induce por la acción del viento. Los sólidos sedimentables se depositan en el fondo de la laguna.

Se diseñan con base en la tasa de carga de DBO que reciben. El objetivo es diseñar lagunas con tiempo de retención altos y cargas orgánicas bajas, tales
que permitan mantener condiciones aerobias en la capa superficial de la laguna. Los sólidos sedimentados se digieren en la zona anaerobia más baja de la laguna facultativa. (Reed et al., 1995).

LAGUNAS AIREADAS CON MEZCLA PARCIAL

Las lagunas aireadas con mezcla parcial son más profundas y pueden recibir mayor carga orgánica que una laguna facultativa. El suministro de oxígeno se realiza por medio de aireadores mecánicos flotantes o difusores de aire sumergidos. Las lagunas aireadas tienen una profundidad que varía entre 6 y 20 pies (2 y 6 m), y se diseñan con un bajo tiempo de retención bajo (3 a 20 d). La principal ventaja de una laguna aireada radica en que necesita menor área que otros sistemas de lagunas. Es un tipo de laguna bastante popular en los Estados Unidos, ya que las ventajas de una laguna facultativa (mínima generación y manejo de lodos) y además requiere de menor área.


LAGUNAS AIREADAS MULTICELULARES “DUAL POWER”


Los sistemas de lagunas aireadas con mezcla parcial conectadas en serie se conocen también con el nombre de lagunas aireadas multicelulares “dual-power”. La primera laguna de este sistema tiene una profundidad de 10 pies (3 m) y posee aireación superficial a una tasa de 30 hp/Mgal (6W/m3). Las tres lagunas siguientes son aireadas a una tasa de 5 hp/Mgal (1W/m3). El tiempo de retención de la laguna primeria varia de 1.5 a 2 días, y el tiempo de retención de todo el sistema (4 lagunas en serie) es de 4.5 a 5.0 días (Rich, 1980).

Las lagunas aireadas con mezcla completa requieren una aireación entre 75 y 150 hp/Mgal, siendo el valor usual 100 hp/Mgal (20 W/m3). El valor recomendado para estos sistemas es de 30 hp/Mgal (6 W/m3), mayor que el valor empleado en lagunas aireadas con mezcla parcial, pero menor que el valor requerido para mantener todos los sólidos en suspensión. La combinación de dos niveles de aireación permite satisfacer los requerimientos de oxígeno para las transformaciones biológicas, mientras reduce simultáneamente la producción de algas debido a la turbulencia impartida en la mezcla.


COMBINACIÓN DE LAGUNAS


La combinación de lagunas puede ser una alternativa atractiva tanto desde el punto de vista del tratamiento de aguas residuales, como de la eficiencia en el uso de energía. Las diferentes clases de lagunas se pueden combinar, como en el caso de sistemas con lagunas integradas, para alcanzar diferentes propósitos como el control de descargas o el almacenamiento previo a la disposición sobre el suelo.


SISTEMAS AVANZADOS CON LAGUNAS INTEGRADAS


Los sistemas avanzados para el tratamiento de aguas residuales con lagunas integradas, manejan un concepto que combina múltiples lagunas con recirculación. Este sistema cuenta con una laguna primaria profunda facultativa seguida por una laguna aerobia poco profunda. La laguna primaria cuenta con
pozos de fermentación para el tratamiento anaerobio de los sólidos sedimentados. Los pozos de fermentación carecen de aireación y mezcla, y operan como digestores anaerobios de flujo ascensional.


LAGUNAS CON DESCARGA CONTROLADA


Las lagunas con descarga controlada son una variación de las lagunas con retención total usadas en la parte norte-centro de los Estados Unidos. Las lagunas con descarga programada operan bajo los siguientes criterios de diseño:


1. Tiempo de retención mínimo de 6 meses y profundidad mínima de 2 pies (0.6m).
2. Carga orgánica superficial de 20 a 25 lb/ac.d (22 a 28 kg/ha.d).
3. Profundidad del agua en la primera laguna menor a 6 pies (2m) y en las lagunas restantes menor a 8 pies (2.5m).
4. Disposición mínima de tres lagunas conectadas en serie.


La descarga debe realizarse en una época que coincida con unas condiciones aceptables de flujo y calidad de la fuente receptora. Los siguientes pasos de adoptan para controlar la descarga:

1. Aislar la laguna que va a ser descargada; en general se acostumbra evacuar la última laguna de la serie, mediante una válvula ubicada en la descarga de la laguna anterior.

2. Analizar el contenido de la laguna a descargar, con respecto a aquellos constituyentes reportados en la norma de vertimiento.

3. Evitar inconvenientes ocasionados por efectos relacionados con el nivel de la laguna durante el periodo de descarga.

4. Hacer seguimiento a las condiciones de la fuente receptora y solicitar permisos de vertimiento ante la entidad ambiental de control.

5. Iniciar la descarga una vez se cuente con el permiso de vertimiento respectivo. Aislar sucesivamente las lagunas que van a ser drenadas hasta falte solo la laguna primaria. Suspender el vertimiento por una semana mientras el agua residual cruda alimenta las lagunas ya descargadas. Aislar y realizar la descarga de la laguna primaria hasta una disminución de 24 pulg (0.6 m) en el nivel del agua; y restablecer la trayectoria de flujo sin descarga en todo el sistema.

6. Durante los periodos de descarga se deben realizan muestreos frecuentes del efluente, para confirmar el cumplimiento de las normas de vertimiento. Las lagunas con control hidrológico de descarga son una variación de las lagunas con descarga controlada.


TRANSFORMACIÓN DE LOS CONSTITUYENTES DE LAS AGUAS RESIDUALES


A continuación se presentan los mecanismos para la remoción de DBO, SST, nitrógeno, fosforo y organismos patógenos.


REMOCIÓN DE LA DBO

Las lagunas son reactores que funcionan con una baja concentración de microorganismos. En todas las lagunas, excepto en las anaerobias, la DBO soluble se reduce mediante oxidación bacterial, mientras que la DBO particulada se remueve por sedimentación. La transformación biológica que ocurre en las lagunas facultativas y anaerobias se produce de forma anaerobia. La remoción de DBO en una laguna depende del tiempo de retención y de la temperatura del agua.


REMOCIÓN DE SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES

Los sólidos suspendidos en el afluente se remueven en las lagunas por sedimentación. La mayoría de los sólidos suspendidos encontrados en el afluente de estos sistemas están conformados por las propias algas que se desarrollan en la laguna. La concentración de solidos suspendidos en el afluente puede alcanzar valores de 140mg/L en lagunas aerobias, y de 60 mg/L en lagunas con aireación. Si el efluente de un sistema con lagunas se somete a un tratamiento adicional sobre el suelo, o si se reutiliza en labores de riego, la concentración de algas carece de importancia; sin embargo puede que no se

alcance el cumplimiento de un una norma de vertimiento, ya que la remoción de algas es bastante difícil. Por tanto, en muchos casos se requiere la implementación de procesos adicionales para conseguir la remoción de estos sólidos en suspensión.


Algunos procesos que se puedan emplear para mejorar la calidad del efluente de una laguna, con respecto a la concentración elevada de SST son:

- Filtros de arena intermitentes
- Microtamices
- Filtros de grava
- Flotación de aire disuelto (FAD)
- Plantas acuáticas flotantes
- Humedales artificiales


REMOCIÓN DE NITRÓGENO

La remoción de nitrógeno en los sistemas con lagunas se obtiene como resultado de la combinación de mecanismos que incluyen volatilización de amoniaco (la cual depende del pH), captura las algas, nitrificación/desintrificación, acumulación de lodos, y adsorción sobre los sólidos del fondo.


REMOCIÓN DE FOSFORO
La remoción de fosforo en los sistemas con lagunas es mínima, a menos que se adicionen reactivos químicos para promover su precipitación. La adición

de reactivos químicos para promover su precipitación. La adición de reactivos químicos como alumbre o cloruro férrico se ha empleado con gran éxito para remover el fosforo hasta valores por debajo de 1 mg/L (Reed et al, 1995).


La aplicación de este tipo de sustancias químicas se puede realizar en forma continua o intermitente. En las lagunas con descarga controlada se sugiere la aplicación de reactivos químicos en forma intermitente.


REMOCIÓN DE ORGANISMOS PATÓGENOS

Los sistemas con varias lagunas y tiempos de retención altos presentan buenas remociones de bacterias, parásitos y virus. La remoción de organismos patógenos en sistemas con lagunas se presenta como consecuencia de la muerte natural de estos organismos, por sedimentación y por absorción; los helmintos y los quistes y huevos de parásitos se sedimentan en el fondo de la laguna.


PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

En la actualidad se cuenta con varios métodos modelo para el diseño de lagunas facultativas. Cada método cuenta con un buen número de parámetro de diseño como: el tiempo de retención, temperatura y velocidad de reacción. Los métodos más conocidos son:

• Método de carga superficial
• Modelo de flujo de pistón con dispersión axial

• Método de correlación múltiples
• Modelo de mezcla completa
• Modelo de flujo de pistón ideal


MÉTODO DE TASA DE CARGA SUPERFICIAL

El método de tasa superficial de DBO se basa en la temperatura ambiente promedio del mes más frio del año en general, la primera laguna (laguna primaria), de un sistema con varias lagunas conectadas en serie, se limita a una carga de DBO de 35 lb/ac.d (40 kg/ha.d). En climas cálidos, donde la temperatura ambiental mínima de un promedio mensual es mayor a 59ºF (15 ºC), la carga orgánica superficial para la laguna primaria puede alcanzar valores hasta de 80 lb/ac.d (90 kg/ha.d). El método de carga superficial se recomienda por encima de los demás métodos, a menos que exista información disponible sobre las constantes de reacción para los otros modelos.


MÉTODO DE FLUJO DE PISTÓN CON DISPERSIÓN AXIAL

Thirimurthi propuso el modelo de flujo arbitrario desarrollado por Whener y Wilhelm (Thirimurthi, 1974), al reconocer que el régimen de flujo en una laguna de tratamiento es, en algunos casos, intermedio entre el flujo de pistón y el de mezcla completa. Como la dispersión se relaciona con la acción de mezcla generada por el viento, el nivel de dispersión varía según el cambio en las condiciones de viento.


El termino adimensional Kt, se presenta como una función del porcentaje de remoción de DBO y del factor de dispersión; este último puede tomar valores de cero para una unidad con flujo de pistón ideal, hasta valores que tienden a infinito para unidad con mezcla completa. En sistemas con lagunas para el tratamiento de aguas residuales se han medido factores de dispersión que oscilan entre 0.1 y 2.0, con predominio de valores inferiores a 1.0 (Reed et. al., 1995). Un valor usual para el factor de dispersión es 0.5; la elección de un valor para el coeficiente de dispersión axial (D) afectara en forma significativa el tiempo de retención requerido para obtener una calidad dada en el efluente.


El valor de Kt depende de la temperatura: 20oC toma un valor de 0.15 d-1 y a otra temperatura se sugiere calcular el valor de k.


MÉTODO DE CORRELACIÓN MÚLTIPLE

El método de correlación múltiple desarrollo por Gloyna se aplica únicamente para porcentajes de remoción de DBO entre 80 y 90 %; además maneja otros parámetros como la temperatura de la laguna, factor de toxicidad alga y factor de demanda de oxigeno debida a sulfuros (Gloyna). De este método complejo no se realizara una descripción adicional.


MODELO DE MEZCLA COMPLETA

El modelo de mezcla completa fue desarrollado por Marais y Shaw (Marais y Shaw, 1961). Se basa en una cinética de primer orden y tiene, además, un valor máximo para la concentración de DBO5 del afluente igual a


55mg/l, con el fin de evitar la generación de malos olores y condiciones anaerobias. Para afluentes con valores de DBO5 superiores al máximo, la profundidad de la laguna primaria se modifica para mantener condiciones aerobias.


MODELO DE FLUJO DE PISTÓN IDEAL

El modelo de flujo de pistón se utiliza para relacionar remoción de DBO, tiempos de retención y coeficientes cinéticos de remoción para reacciones de primer orden:
Ce/Co = exp [-kT t]


DISEÑO DE INSTALACIÓN FÍSICAS


El diseño de instalaciones físicas de una laguna para el tratamiento de aguas residuales es tan importante como la concepción o diseño del proceso. Los elementos incluyen la configuración de la laguna, la línea de recirculación, la de limitación y permeabilización de la laguna, lo taludes o terraplenes, los efectos ocasionado por acción del viento y la temperatura, y la condiciones hidráulica de la lagunas.


CONFIGURACIÓN DE LAS LAGUNAS


La configuración de un sistema de laguna puede permitir la operación en serie o en paralelo. La ventaja de una operación en serie radica en


mejorar el tratamiento al reducir los cortocircuitos; mientras que una configuración en paralelo permite una mejor distribución de la carga contaminante sobre la totalidad del área disponible. La utilización de línea de recirculación en un sistema de laguna permite combinar las condiciones de operaciones en serie y en paralelo.


La mayoría de lagunas con aireación parcial son cuadrada, mientras que la laguna facultativa pueden ser cuadrada o rectangulares con una relación largo- ancho que oscila entre 3:1 y 4:1. La laguna se construyen por lo general en tierra, con paredes inclinada que pueden tener pendiente de 2.5:1 a 3.5:1.
V= [LW+ (L-2sd) (W-2sd) +4(L-sd) (w-sd)] d/6


Dónde:
V= volumen de la laguna, pies3 (m3)
L= largo de la laguna en la superficie, pies (m)
W= ancho de la laguna en la superficie, pie (m)
S= pendiente (s: 1 indica la distancia vertical para una unidad de distancia horizontal).
d= profundidad de la laguna, pie (m)


RECIRCULACIÓN


Entre los beneficios de la recirculación en los sistemas de tratamiento con lagunas están la generación de mezcla, la dilución del agua cruda y la aireación.


La capacidad de recirculación es un factor positivo dentro de las características de diseño, aun cuando la recirculación no sea continua. La recirculación dentro de la laguna (recirculación intralaguna), así como la recirculación hacia otras lagunas (recirculación interlaguna), han sido utilizadas con éxito. Las principales razones que motivan la recirculación son proveer mezcla y dilución. En la práctica de la recirculación de emplean bomba de baja cabeza y gran volumen.


RECUBRIMIENTO E IMPERMEABILIZACIÓN


Las lagunas son recubiertas para prevenir que el agua residual tratada percole hacia fuente de agua subterránea. Los métodos de recubrimientos se clasifican en tres grupos:
1. Tratamiento químico y naturales
2. Compactación de tierra o cimentación del suelo
3. Geomembranas.


Los impermeabilizantes naturales han sido encontrados como resultados de tres mecanismos:

1. Colmatación física de los poros del suelo por los sólidos sedimentados
2. Colmatación química de los poros del suelo
3. Colmatación biológica debida a crecimiento microbial.



TERRAPLENES DE LAS LAGUNAS

Los taludes, diques o terraplenes son barreras en tierra construida para estabilizar y proteger el perímetro de la laguna en erección, del oleaje y de la presencia de roedores. De acuerdo con el tipo de suelo empleado en la construcción de los terraplenes, el grado de inclinación de lo mismo debe ser recomendado por un ingeniero de suelo.
La mayoría de la lagunas se construyen por medio de excavaciones en el terreno, el material extraído del fondo es suficiente para construir los diques; ya que por lo común por cada yarda cubica de corte se producen 0.7 a 0.8 yarda cubica de relleno, debido al grado de compactación que requiere el talud y al rechazo de materiales inadecuados. El diseño actual de los terraplenes junto con el grado de inclinación, el afinado de base la compactación y la protección contra la erosión deben ser realizadas por un ingeniero de suelo calificado.


EFECTOS OCASIONADOS POR ACCIÓN DEL VIENTO Y LA TEMPERATURA


El viento genera un flujo con trayectoria circular en la laguna. Los ejes de entrada y salida de la laguna se deben alinear perpendicularmente a la dirección predominante del viento, para reducir la formación de cortocircuito.

Debido a la diferencia de temperatura entre el afluente y el agua contenida en ella la laguna estratificada no funcionan igual en el verano que en el invierno. En verano, el afluente por lo general es más frío que la laguna influye por el

fondo alcanzando la salida. En invierno ocurre lo contrario, el afluente por ser más caliente fluye por la superficie de la laguna hasta alcázar la salida. La utilización de pantalla deflectoras, distribuidores del caudal a la entrada y la salida de la laguna, y la línea de recirculación tienen a reducir los efectos adversos de la estratificación.


DISEÑO HIDRÁULICO


Entre los elementos de importancia en la hidráulica de una laguna esta la estructura de entrada y salida, el uso deflectores y los efectos ocasionados por la acción del viento y la estratificación en la laguna.


El diseño hidráulico más común se encuentra en la mayoría de lagunas comprende la utilización de la tubería de entrada en el centro de la laguna para el ingreso del agua residual. Sin embargo, ya demostrado en estudios hidráulicos y de eficiencia de sistema, de la instalación de una alimentación central no es el método más eficiente para introducir el agua a una laguna, (Mangelson and Watters, 1972).


El agua residual afluente debe distribuirse en múltiples entradas utilizan un difusor. Tanto las entradas como las salidas de las lagunas, se debe ubicar en forma tal que el perfil de la velocidad del flujo a través de la laguna sea uniforme, entre los diferentes puntos de acceso y evacuación (Reed et al…1995). Una tubería ubicada en el fondo de la laguna, con tubos múltiples o


boquillas apuntando hacia la misma dirección en un ligero ángulo sobre la horizontal, produce una distribución uniforme del afluente (U.S. EPA, 1983). Las perdidas hidráulicas de diseño de cada punto son de aproximada mente un pie (0.3m) para condiciones de caudal promedio, obteniendo una velocidad promedio resultante de 8p/s (2.4m/s).


Los dispositivos de salidas deberían ser también numerosos para evitar la formación de cortocircuito. En lagunas profundas (profundidad mayor a 5 pies), las salidas se deben diseñar de forma tal que permitan la evacuación a diferentes alturas y está ubicada por lo menos a un pie (0.3m) por debajo de la superficie del agua la tubería de distribución deben de ser numerosas y bastantes largas, para limitar las pérdidas de fricción bajo condición de caudal pico de 3 a 4 pulgadas (75 a 199 mm), manteniendo la conducción a tubo lleno. La pérdida hidráulica en los canales de suministro y retorno no debe ser superior al 10% de la pérdida en las tuberías de distribución; cuando se mantiene dicha relación se asegura uniforme (U.S. EPA, 1983).


INTRODUCCION


La metodología se puede definir como la forma o manera en que se sitúa el investigador para aplicar el instrumento de investigación al problema estudiado.


En este capítulo presentamos el tipo de diseño más recomendable con los que podemos alcanzar la construcción y funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales para el campus universitario de la UCNE. Se deberán calcular cuales son las variables que se requieren cumplir para un buen diseño y análisis de la edificación de la planta de tratamiento.


Para la realización de este proyecto se estudió detalladamente el proceso de las lagunas estabilizadoras, el cual ha sido utilizado para el tratamiento de aguas residuales tanto industriales como urbanas desde hace muchos años. El objetivo de esta investigación es entender los principios de diseño del proceso de lagunas estabilizadoras y aplicarlos al proyecto de plantas de tratamiento.



TIPO DE DISEÑO


Este proyecto se suscribe dentro de una investigación descriptiva(Hernández Sampieri, Fernández Collado, & Baptista Lucio, 2010), plantean que esta busca especificar propiedades, características y rasgos importantes de cualquier fenómeno que se analice. Describe tendencias de un grupo o población.


A la vez en esta investigación se analizan los diferentes elementos que componen una planta de tratamiento de aguas residuales por el método de lagunas de estabilización. Por tal razón, este proyecto tiene una base numérica que le da un carácter cuantitativo.


DESCRIPCION DEL PROYECTO


Este proyecto contará con un área de construcción aproximadamente de unos 25,000.00 M2, con una población existente de 6,000 a 10,000 habitantes para un periodo de 15 años, la misma tendrá desde su entrada el manejo de un caudal equivalente al consumo estimado dependiendo del tipo y uso de la edificación. Para el correcto funcionamiento de dicha planta se emplearán en forma secuencial diferentes módulos, los cuales desempeñarán funciones diferentes para el tratamiento y depuración de las aguas residuales.A continuación se enlistan cada una de las unidades y operaciones unitarias que conforman el sistema.




CANAL DE ENTRADA

A través de este llegaran las aguas residuales que deberán ser tratados y que contienen alto grado de contaminación. Este canal servirá para darle condición de flujo constante y estable al caudal entrante que será recibido por otro proceso.


SISTEMA DE CRIBADO – REJILLAS

La función de esta es retener los sólidos de gran tamaño dando así menos trabajos a los sedimentadores, por tal razón el espacio entre las barras de las rejas deben ser lo más pequeño posibles. La rejilla de cribado será del tipo “cribado de barras” (Bar Screens) por su sencilla construcción, la limpieza será de tipo manual por tener un gasto menor de 0.05 m^3⁄s.


Estará conformada por barras de 0.5 cms a 1.5 cms de diámetro, usualmente espaciadas desde 2.5 cms hasta 5 cms. Se instalará con una inclinación de 45 grado con respecto a la vertical. Una coladera con este tipo de abertura recogerá ordinariamente de 5 a 15 pie3 de material por millón de galones de aguas negras.


SISTEMA DE DESARENADOR DE FLUJO HORIZONTAL

Conociendo el caudal con el que contará el sistema, procederemos a considerar que en dicho canal la velocidad horizontal deberá mantenerse en los 0.30 m/s, ya que de esa manera pueda remover las suficientes partículas que oscilen entre los 0.20 mm. El mismo tendrá un área de0.053 m2/lps.





MEDIDOR - CANALETA PASHALL

Con el gasto medio se procede a seleccionar un medidor con un ancho de garganta tal que, el caudal a manejar sea soportado o comprendido entre los parámetros especificados en la tabla 3.


SISTEMAS DE LAGUNAS

Sera destinada para una eliminación (conversión) de DBO= 90%, con un coeficiente de reacción de k es 0.23d-1 a 〖20〗^0 C, a su vez un coeficiente de temperatura de ϕ es 1.06. Teniendo como base una temperatura promedio de unos 〖25〗^0 C. El factor de dispersión de la laguna será de 0.5 y porcentaje de remanente S/S_0 = 10%.


DESCRIPCION DEL INSTRUMENTO DE INVESTIGACION


Para realizar este proyecto se toma como guía la asesoría de personas calificadas con un alto nivel de conocimiento en el diseño de planta de tratamiento de aguas residuales, quienes de forma minuciosa han criticado todas las fuentes a utilizar en la investigación.


PROCEDIMIENTO

Para conocer el diseño de lo que será la Planta de Tratamiento de hará uso de una serie de formulaciones usadas y sustentadas por diversos autores:


FORMULACIONES UTILIZADAS PARA EL DISEÑO


POBLACION FUTURA

Pf=Pp (1+Tc)^T Nos proyecta la cantidad de habitantes para un tiempo dado, tomando como punto de partida la población del presente.

Donde:
Pf = Población Futura a la que se pretende satisfaga el sistema.
Pp = Población Presente.
Tc = Tasa de crecimiento.
T = Periodo o tiempo de vida útil para el cual se diseña.

CAUDAL

Q=(Dot*Hab*Cof)/(86,400 )
Proporciona el consumo estimado dependiendo del tipo y uso de la edificación.

Donde:

Q = Caudal.
Dot = Dotación.
Hab = Habitantes.
Cof = Coeficiente.
86,400 = Constante.


CANAL DE ENTRADA

Q = V*A
A = Q/V
A = Y*b
Y = A/b

Donde:

Q = Caudal a la entrada del canal.
V = Velocidad que tendrá el agua.
A = Área requerida en el canal.
Y = Tirante o altura del agua que entra al sistema.
b = Base del canal.


REJILLAS

A=Q/V
h=A/b
b= en+s(n-1)
n= ((b+s)/(e+s))
h= A/b
V=Q/A
H_f=1/0.7* (V1^2-V2^2)/2g

Donde:

Q = Caudal entrante.

V = Velocidad del agua en el canal.

A = Área requerida para el canal.

h = Tirante o altura del agua en el sistema.

b = Base del canal.

n= Numero de barras.

e = Separación de las barras de las rejilla.

s = Espesor de las barras de las rejilla.

hf = Perdida de carga entre las rejilla.

V_1^2 = Velocidad aguas abajo (Después de la rejilla).

V_2^2 = Velocidad aguas arriba (Antes de la rejilla).

g = Constante de gravedad.



TABLA NO.1
CARACTERÍSTICA DE LAS REJAS DE BARRA
DESARENADOR

L=A/b
V=0.05*1.15
h_arena= V/((L* b) )
A_(t )= Q/(V )
h= A/(b )
V= Q/A

Donde:

L = Longitud del canal desarenador.
A = Área requerida por el desarenador.
V = Volumen de arena que se depositará en el desarenador diariamente.
h_arena= Altura o profundidad del depósito de arena retenida.
A_(t ) = Área Transversal.
Q= Caudal.
V = Velocidad media en el canal.
h = Tirante o altura del agua en el sistema.

TABLA NO.2
RELACIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS, VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN Y EL ÁREA REQUERIDA
MEDIDOR (CANAL PARSHALL)

Q=K〖(H)〗^n

H=(Q/K)^(1/n)
H2= 2/3 H
S=W ×H2
V=Q/S
hf= 1/3 H
H_(3=) H+K-hf

Donde:

Q = Gasto de diseño del Parshall.
K = Coeficiente de diseño.
n = Coeficiente exponencial de diseño.
H = Altura del agua antes de la garganta de medición.
H2 = Altura del agua en la garganta de medición.
S = Pendiente hidráulica.
W = Ancho del canal en la zona de medición.
V = Velocidad al gasto de diseño.
Hf = Pérdida de carga que se producirá en el medidor.
H3 = Altura del agua después de la garganta de medición.

TABLA NO.3
CARACTERISTICAS DE DESCARGA DE CANALES PARSHALL
TABLA NO.4
DIMENSIONES ESTANDAR DE LOS CANALES PARSHALL
LOS VALORES DE LA TABLA ANTERIOR CORRESPONDEN A LAS SIGUIENTES DIMENSIONES DEL MEDIDOR:

W = Tamaño de la garganta.

A = Longitud de la pared lateral de la sección convergente.

B = Longitud axial de la sección convergente.

C = Ancho del extremo de aguas debajo de la canaleta.

D = Ancho del extremo de aguas arriba de la canaleta.

E = Profundidad de la canaleta.

F = Longitud de la garganta.

G = Longitud de la sección divergente.

K = Diferencia de nivel entre el punto más bajo de la canaleta y la cresta.

N = Profundidad de la depresión en la garganta debajo de la cresta.


LAGUNAS

K_25= 0.23 (1.06)^((T-20) )
V=t*Q
A=V/h
A = a*b

Donde:

K = Coeficiente de reacción a 〖20〗^0 C.
0 = Coeficiente de temperatura.
T = Tiempo de retención de la Laguna.
h = Profundidad máxima de la laguna.
d = 0.5 (Obtenido de la gráfica1, siendo elfactor dispersión en la laguna).
S/S_0= Porcentaje de remanente.
Kt = Relación S/S0 y el factor de dispersión obtenido de la gráfica 1.


TABLA NO. 7
APLICACIÓN Y CARACTERÍSTICA DEL EFLUENTE DE DIVERSOS TIPOS DE ESTANQUES DE ESTABILIZACIÓN Y SISTEMA DE ESTANQUES
ALCANCES Y LIMITACIONES


El alcance pretendido en esta investigación ha de ser la realización de un diseño de una planta de tratamiento de agua residual para la Universidad Católica Nordestana (UCNE), que cumpla con todos los requerimientos sanitarios y normas ambientales.


Dentro de las limitaciones que podemos observar, que el área de construcción que es muy accidentada, el área que abarca produce una gran deforestación al medio ambiente.



TABLA NO.5
COMPOSICIÓN TÍPICA DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA.



TABLA NO.6
DESCARGAS DE AGUA RESIDUAL MUNICIPAL EN AGUAS SUPERFICIALES Y EL SUBSUELO.
Introducción

Luego de haber incurrido ampliamente en la recolección de información y procesos que nos permitan proporcionar la correcta configuración y diseño de lo que será la planta de Tratamiento de Aguas Residuales para la Universidad Católica Nordestana (UCNE), procedemos a hacer uso de los mismo para dar a conocer el diseño y dimensionamiento más adecuado que deberá llevar el presente proyecto.


El centro universitario cuenta con la población que se detalla a continuación:

4000 estudiantes de la Universidad Católica Nordestana.
300 empleados administrativos.
350 empleados docentes.
15 profesores de maestrías.
90 estudiantes del colegio.
8 profesores del colegio.
5 empleados de servicio.

Total = 4,768 habitantes.

500 habitantes de proyecto habitacional.


Total Poblacional = 5,268 habitantes.


DOTACIONES

Centro Educativo = 50 Litros⁄(día-Personal no residente).

Proyecto Habitacional = 200 Litros⁄(día-Personal residente).

Clínica Dental = 1000 Litros⁄día-Unidad Dental.

Cafetería =40 Litros⁄(día-M^2 ),si el área es mayor de 100〖 M〗^2.


CALCULO DE LOS CAUDALES

POBLACION FUTURA

Centro Universitario:
Pf=Pp 〖(1+Tc)〗^T=4,768 (1+0.018)^15=6,231 hab

Proyecto Habitacional:
Pf=Pp 〖(1+Tc)〗^T=500 (1+0.018)^15=654 hab


CAUDALES

Centro Universitario:
Q=(Dot*Hab*Cof)/(86,400 )= (50 l⁄d*6,231 hab*0.75)/(86,400 )=2.70 l⁄s

Proyecto Habitacional:
Q=(Dot*Hab*Cof)/(86,400 )= (200 l⁄d*654 hab*0.75)/(86,400 )=1.14 l⁄s

Clínica Dental:
Q=(Dot*Hab*Cof)/(86,400 )= (1000 l⁄d-U.Dental*50 U.Dental*0.75)/(86,400 )*0.60=0.26 l⁄s

Cafetería:
Q=(A*Dot*Cof)/(86,400 )= (600M^2*40 l⁄(d-M^2 )*0.75)/(86,400 )=0.21 l⁄s

Caudal Total: 4.31 L/S


Coeficiente de Harmon o Coeficiente de variación instantánea de aguas residuales.

CH=1+14/((4+√(PF/1000)) )=1+14/((4+√(6885/1000)) )=3.1


Caudal instantáneo
Qi=CH*Q=3.1*4.31 l⁄s=13.36 l⁄s


DISEÑO DEL CANAL DE ENTRADA


Canal de Entrada 0=6"

Q=V*A

A= Q/V=(0.01336 m^3/s)/(0.6 m/s)=0.02226 m^2

Asumir un ancho de canal b=0.20m

A=Y*b

Y= A/b= (0.02226 m^2)/(0.20 m)=0.11m

Se consideran 19 cm adicionales para que no trabaje a canal lleno

Y= 11cm + 19cm = 0.30m


DISEÑO DE REJILLAS

Datos básicos

Por condiciones de caudal la rejilla a emplear será de limpieza manual.

Para la cámara de rejas se emplearán barras.
Inclinación de la reja 45 con respecto a la horizontal.
Espesor de la barra propuesta S= 0.005m.
Separación libre entre barras e= 0.025m.
H propuesto igual a 0.11m.
Velocidad 0.30 m/s – 0.60 m/s (Velocidad de aproximación propuesta por Crites y Tchobanoglous, para Rejillas de limpieza manual pág. 249).


Cálculo Área libre
A= Q/V=(0.01336 m^3/s)/(0.6 m/s)=0.02226 m^2


Cálculo de tirante
h= A/b= (0.02226 m^2)/(0.20 m)=0.11m


Cálculo del número de espacios entre rejas n:
b= en+s(n-1)

Despejando n:
n= ((b+s)/(e+s))


n= ((0.20+0.005)/(0.025+0.005))=6.83=7 Espacios


Comprobación
b= 0.025*7+0.005(7-1) = 0.205m
h= A/b= 0.02226/0.205=0.11m


Velocidad del Canal
V= Q/A=(0.01336 m^3/s)/((0.11m*0.20 m))=0.60m⁄s OK


Cálculo Área entre rejas
A=n*e*h=7*0.025*0.11=0.01925m^2


Velocidad que fluye a través de los espacios de las rejillas
V= Q/A= (0.01336m^3/s)/(0.01925m^2 )=0.69m⁄s<0.75m⁄s OK


Número de barras necesarias para las rejillas
N^o=(n-1)=(7-1)=6 Barras


Comprobando la pérdida de carga ≤15cms
H_f=1/0.7* (V_1^2-V_2^2)/2g= 1/0.7* (〖0.69〗_1^2-〖0.60〗_2^2)/2(9.81) =0.00845m ≤15cms…OK


DISEÑO DE DESARENADOR DE FLUJO HORIZONTAL


Datos básicos

Q=13.36 l⁄(s = 0.01336m^3/s)
Considerar una velocidad horizontal en el canal de 0.30 m/s
El tamaño de las partículas a remover es de 0.20mm
El área requerida es de 0.053 m2/lps (Anexo, Tabla No. 2)
A=13.36 l⁄s *0.053 m^2⁄lps=0.71m^2
Asumir un ancho de b=0.20


L= A/b= 0.71m/0.20m=3.55m


Factor de seguridad de un 20%
L= 3.55 * 1.20 = 4.26m


Q=13.36 l⁄(s *86,400 s/dia )=1,154,304 lps=1,154.30 m^3/dia


Se calcula la capacidad de almacenamiento de la tolva. Se asume que se depositan 50 litros por cada 1000m3 de agua tratada (10–60lt/1000m3).


El Volumen de arena que se depositará diariamente será:

V=0.05*1.15=0.0575m^3

Volumen de arena por semana
V=0.0575*7=0.4025m^3

Profundidad de la tolva de recolección será igual:
h_arena= (0.4025m^3)/((4.26m* 0.20m) )=0.47m


Se construyen dos unidades uno en operación y otro en limpieza.


Área transversal
A_(t )= Q/(V )=(0.01336 m^3⁄s)/(0.30 m⁄s)=0.0445m^2


Tirante del agua
h= A/(b )=(0.0445m^2)/0.20m=0.2225m


Velocidad media en el canal
V= (0.01336 m^3⁄s)/((0.20* 0.2225m) )=0.30m/s


DIAGRAMA DE FLUJO
DISEÑO DE MEDIDOR (CANAL PARSHALL)

Datos básicos
Gasto medio 13.36 l/s = 0.01336m^3⁄s
Con el gasto de diseño se selecciona un medidor Parshall con un ancho de garganta igual a 76.2mm = 0.0762cm.
El cual tiene un rango de medición mínimo de 0.77 lps y uno máximo de 32.10 lps, y cuyos coeficientes son:K=0.177N=1.550(Anexo, Tabla No. 3)
(Valores Obtenidos Anexo, Tabla No. 4)

W = 0.762
A = 467
B = 457
C = 178
D = 259
E = 457
L = 12
G = 305
K = 25
M = -
N = 57
P = -
X = 25
Y = 38

Gasto de diseño del Parshall, (m³/s).
Q=K〖(H)〗^n

Altura del agua antes de la garganta de medición, (m).
H=(Q/K)^(1/n)=((0.01336 m^3⁄s)/0.177)^(1/1.550)=0.188808m = 18.88cm



Altura del agua en la garganta de medición.
H2= 2/3 H= (2×0.188808)/3=0.1259m = 12.59cm


Pendiente hidráulica.
S=0.0762m ×0.1259m=0.00959


Velocidad al gasto de diseño, (m/s).
V= Q/S= (0.01336 m^3⁄s)/(0.00959m^2 )=1.39m⁄s


Pérdida de carga, (m).
hf= 1/3 H= 1/3 0.188808m= 0.0629m


Altura del agua después de la garganta de medición, (m).
H_(3=) H+K-hf= 0.188808+0.25-0.0629= 0.3759m



DISEÑO DE LAGUNA FACULTATIVA

Q=4.31 l⁄(s =372.38 m^3/d)
Solidos suspendidos del afluentes = 200 mg/l
DBO5 afluente = 200 mg/l
Eliminación (conversión) DBO= 80%
El coeficiente de reacción k es 0.23d-1 a 〖20〗^0 C, y el coeficiente de temperatura de ϕ es 1.06.
Temperatura de Laguna en verano 〖31〗^0 C
Profundidad máxima de la laguna 2.50m
Factor de dispersión de la laguna 0.5
Porcentaje de remanente S/S_0 = 10%
Kt = 4.0 (Valor obtenido de la gráfica)



Determinación del tiempo de retención para las condiciones de verano
K_31= 0.23 〖(1.06)〗^((31-20))=0.44
0.31t = 4 = t = 9 días


Determinación del Volumen de la Laguna Facultativa.
V=t*Q=9 dias*372.38 m^3⁄(dia )= 3,351.42 m^3


Determinación del área superficial de la Laguna Facultativa
A= (3,351.42 m^3)/2.5m =1,340.57 m^(2 )=0.13 ha


Nota: se agrega 1m de profundidad para almacenamiento de lodo en el primer estanque.


Dimensiones de la Laguna Facultativa
A = a*b= 25m * 70m = 1,400〖 m〗^(2 )


Según (Metcaf-Eddy, 1977, p.597). La remoción de solidos suspendido por la contribución de las algas microrganismos y otros, para el valor de 200 mg/l será igual:

〖(SS)〗_e=0.2 〖(DBO_5)〗_i+ 0.2 〖(DBO_5)〗_i+ 0.1 〖(SS)〗_i
〖(SS)〗_e=0.2 〖(200mg/l)〗_i+ 0.2 〖(200mg/l)〗_i+ 0.1 〖(200mg/l)〗_i=100 mg/l



JUSTIFICACION

La remoción de los sólidos suspendidos depende de la contribución de las algas, microorganismos y otros, que han sido establecidos en la Tabla No. 7, dando así los valores correspondientes al 50% reducido del afluente total.


DBO5del Efluente= Fracción de DBO5 soluble del afluente + Contribución de SS del Efluente.

Según (Metcaf-Eddy, 1977, p.597). La remoción de DBO5 será igual a:

〖(DBO_5)〗_e=0.04 〖(DBO_5)〗_i+ 0.3 〖(SS)〗_e
〖(DBO_5)〗_e=0.04 〖(200 mg/l)〗_i+ 0.3 〖(100 mg/l)〗_i=35 mg/l


JUSTIFICACION
La DBO5 del efluente se compone de una fracción de la DBO5 del afluente más una contribución de los sólidos suspendidos del efluente. Eliminando así el 80% de la DBO5 del afluente DBO5 Removido = 0.80*200 mg/l = 160mg/l, quedando como resultado 35 mg/l siendo más favorable que el esperado por las normas de medio ambiente.



DISEÑO DE LAGUNA DE MADURACION

La principal función de estas lagunas es la eliminación de coliformes, el cálculo que se utiliza es el mismo que para las lagunas facultativas.

Determinación del Volumen de la Laguna de Maduración
V=t*Q=9 días*373.38 m^3⁄(día )= 3,351.42 m^3

Determinación del área superficial de la Laguna de Maduración
A= (3,351.42 m^3)/1m =3,351.42 m^2=0.34 ha


Dimensiones de la Laguna de Maduración
A = a*b= 25m * 140m = 3,500〖 m〗^(2 )

Solidos Suspendidos del Efluente = Algas + Bacterias + Fracción de Solidos.

Según (Metcaf-Eddy, 1977, p.597). La remoción de solidos suspendido

〖(SS)〗_e=0.2 〖(DBO_5)〗_i+ 0.2 〖(DBO_5)〗_i+ 0.1 〖(SS)〗_e
〖(SS)〗_e=0.2 〖(35 mg/l)〗_i+ 0.2 〖(35mg/l)〗_i+ 0.1 〖(100 mg/l)〗_i=24 mg/l < 45 mg⁄l OK

JUSTIFICACION

Esta segunda etapa, los sólidos suspendidos serán removidos el % restante que está a cargo la contribución de las algas, microorganismos y



otroscontaminantes.Quedando reducidos estos en condiciones aceptables por el medio ambiente

DBO5 del Efluente= Fracción de DBO5 soluble del afluente + Contribución de SS del Efluente.

〖(DBO_5)〗_e=0.04 〖(DBO_5)〗_i+ 0.3 〖(SS)〗_e(Metcaf-Eddy, 1977, p.597).

〖(DBO_5)〗_e=0.04 〖(35 mg/l)〗_i+ 0.3 〖(24 mg/l)〗_i=8.6 mg⁄l< 45 mg⁄l OK


JUSTIFICACION

Las lagunas de maduración no cuentan con un alto nivel de remoción de DBO5, se establece que solo el 25% es removido por esta, lo cual se ha logrado en esta propuesta y que satisface los 45mg/ que establecen las normas ambientales.



INTRODUCCIÓN

Gracias a los datos obtenidos en la sección anterior, aprovechamos en este último capítulo para dar las conclusiones que arrojara dicho trabajo de investigación, a su vez las recomendaciones necesarias para iniciar el funcionamiento y mantenimiento de esta planta de tratamiento de aguas residuales para la Universidad Católica Nordestana (UCNE).



CONCLUSIÓN

La finalidad principal de esta investigación fue proporcionar el diseño más óptimo de una planta de tratamiento de las aguas residuales, para uso de la población perteneciente a la Universidad Católica Nordestana (UCNE). Para esto fue necesario establecer algunos puntos de partida, como son las características del afluente, condiciones climáticas, tipo de suelo y disponibilidad del terreno para la preparación, construcción y operación de la planta, la población a la que se proveerá el servicio, entre otras cosas. Estos datos o puntos de partida se trataron de aproximar, dentro lo posible a un lugar existente, de manera que el diseño y dimensionamiento de la planta pudieran realizarse sin necesidad de reemplazar algunos de sus elementos.

Se diseñó un sistema de tratamiento compuesto por las siguientes unidades: un canal de entrada; un sistema de rejillas; un desarenador de flujo horizontal; un canal de medición Parshall; dos lagunas facultativa con una capacidad de3,351.42 m^3 cada una y dos de maduración con capacidad cada una de3,351.42 m^3 las cuales funcionaran en paralelo.

La unidad de pre tratamiento permitirá la eliminación de partículas sólidas de tamaño superior 0,2 mm; las lagunas facultativas reducirán más de un 60% de los sólidos suspendidos y 80% de la DBO5 y; la acción conjunta de las lagunas permitirá reducir hasta un 90% de los contaminantes más importantes del efluentes. El cuanto al análisis de costo del proyecto, indica que para su implementación el gasto seria de 44, 228,881.62 pesos dominicanos.



RECOMENDACIONES


RECOMENDACIONES DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO


Para dar inicio al funcionamiento del sistema de tratamiento de agua residual, el personal que será encargado de operación y mantenimiento deberá tener conocimiento de todas las unidades que conforman la planta, su función y el entorno del terreno de la laguna.


El personal destinado para la planta debe estar conformado básicamente para labores de operación y mantenimiento de la misma. Se aconsejan, si las condiciones permiten, constar con personal administrativo. El personal operacional para una planta de tratamiento en base a lagunas puede ser el siguiente:


- Un ingeniero: Tendrá a su cargo la planta de tratamiento. Debe ser una persona debidamente calificada en materia de ingeniería sanitaria.
- Un operador: Este sería quien realice las tareas de control de la planta de tratamiento. Deberá tener las siguientes responsabilidades:



1- Dar a conocer periódicamente un informe detallado sobre el funcionamiento y estado de las unidades de la planta de tratamiento.
2- Mantener el área libre de vegetación.
3- Mantener una constante limpieza de las unidades que conforman la planta de tratamiento. (Rejillas, Desarenador, Canal, Lagunas, etc.).


REQUERIMIENTOS DE INFRAESTRUCTURA


Para el desarrollo de las funciones administrativas, la planta deberá contar con los siguientes requerimientos:


1. Una oficina para el ingeniero y el operador de la planta.
2. Un almacén para los equipos de limpieza.
3. Laboratorio para realizar los análisis correspondientes


Documentación que deberá estar disponible en todo momento en la planta de tratamiento.

1. Memoria técnica de proyecto.
2. Juego de plano de la obra.
3. Especificaciones técnicas de la obra.
4. Manual técnico de operación.
5. Libro de observaciones.



Se recomienda la creación de un poso dentro de la misma planta para los desechos retirados de la rejilla, el desarenador, materiales dejado en los canales de distribución como también los elementos removido en las superficies de las lagunas.


Se recomienda la supervisión constante de las rejillas ya que en tiempo de lluvia pueden llegar desperdicios sólidos que pueden obstruir el buen funcionamiento de esta.


El desarenador deberá ser limpiado cada 7 días, retirándole las arenas acumuladas y otros elementos que puedan encontrarse en este. Así se evitara que llegue a su nivel máximo de retención de arena. Es necesario que el personal cuente con los equipos y herramientas básicas de seguridad para que realice su trabajo de una forma segura y eficiente.


Es recomendable que en el proceso de llenado de las lagunas se inicie en el verano cuando la temperatura está más elevada.



Cap. III
Metodología
Cap. IV
Presentación de
los Resultados
Cap. V
Conclusiones
Anexos
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