Producto Final Anexo No. 6 Clarificadores Primarios · 2018-05-03 · procesos de aireación y se reduce por lo tanto el volumen de WAS (Waste Activated Sludge, lodos activados de

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CLARIFICADORES PRIMARIOS HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI

Producto Final – Anexo No. 6

Clarificadores Primarios

Producto Final Julio 2011

Anexo No. 6

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TABLA DE CONTENIDO

CLARIFICADORES PRIMARIOS

1. Introducción ...................................................................................................................... 1

2. Parámetros de Diseño ...................................................................................................... 2

3. Planos Relacionados ........................................................................................................ 4

4. Tecnología Existente ........................................................................................................ 5

4.1 Situación Actual ................................................................................................................ 5

4.2 Modificaciones a las estructuras Existentes ..................................................................... 7

5. Tecnología Seleccionada ................................................................................................. 8

5.1 Descripción de los Procesos ............................................................................................ 9

6. Diseño de los Clarificadores ........................................................................................... 10

6.1 Cargas Hidráulicas y Remociones en los Clarificadores Primarios ................................ 10

6.2 Concentraciones y Cargas de Diseño ............................................................................ 11

6.3 Calculo del Diámetro de los Tanques ............................................................................. 13

6.4 Características Técnicas ................................................................................................ 16

7. Estrategias de Operación ............................................................................................... 17

Referencias Bibliográficas ..................................................................................................... 19


Anexo No. 6

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LISTA DE TABLAS

Tabla No. 1 Parámetros de Diseño - Dimensionamiento de los Clarificadores Primarios Nuevos ....... 2

Tabla No. 2 Parámetros de Diseño – Estructura y Mecanismos de los Clarificadores Primarios Nue-

vos ................................................................................................................................................... 3

Tabla No. 3 Lista de Planos relacionados con los Clarificadores Secundarios y sus principales es-

tructuras adicionales ....................................................................................................................... 4

Tabla No. 4. Dimensiones Básicas de los Clarificadores Primarios Existentes en la PTAR El Salitre . 6

Tabla No. 5 Elevaciones en las cajas y vertederos de los clarificadores primarios ............................... 6

Tabla No. 6 Cargas Hidráulicas de los Clarificadores Primarios ......................................................... 11

Tabla No. 7 Concentraciones y Cargas esperadas en el Afluente al Clarificador Primario ................. 11

Tabla No. 8 Concentraciones y Cargas esperadas en el Efluente Primario ....................................... 12

Tabla No. 9 Cargas esperadas de Lodos Primarios para las diferentes condiciones ......................... 12

Tabla No. 10 Cargas esperadas de Sobrenadantes para las diferentes condiciones ......................... 13

Tabla No. 11 Diámetro Clarificadores Secundarios ............................................................................. 14

Tabla No. 12 Dimensiones y Características Clarificadores Primarios y Existentes ........................... 15

Tabla No. 13 Sistema de Distribución de Caudal ................................................................................. 18

LISTA DE FIGURAS

Figura No. 1 Localización en Planta de los Clarificadores Primarios ..................................................... 2

Figura No. 2. Sección de los Clarificadores Primarios Actuales ........................................................... 5

Figura No. 3. PTAR El Salitre – Clarificador 4.8 ................................................................................... 5


Anexo No. 6

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1. Introducción

El objetivo de la sedimentación primaria es remover sólidos suspendidos sedimentables. La

reducción de sólidos suspendidos totales (SST), demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y

demanda química de oxígeno (DQO) minimiza los problemas operacionales aguas abajo de

los procesos biológicos. Dado que, al minimizar la tasa de consumo de energía para la

oxidación de la materia particulada, se facilita la remoción del sustrato soluble en los

procesos de aireación y se reduce por lo tanto el volumen de WAS (Waste Activated

Sludge, lodos activados de desecho por sus siglas en Inglés).

Comparado con cualquier otro método o unidad de tratamiento en una PTAR, la separación

por medio de la gravedad que ocurre en los clarificadores primarios convencionales es

tradicionalmente la forma más económica de remover SST y DQO o DBO. Este tratamiento

primario convencional remueve, generalmente, entre un 40 al 60% de SST y 20 al 30% de

DBO5, aunque la literatura señala porcentajes de remoción tan altos como 70% de SST y

40% de DBO5 (Metcalf and Eddy, 2003). El porcentaje de remoción depende principalmente

de las características del agua residual, la fracción de materia particulada en el afluente y la

carga hidráulica superficial.

Los clarificadores primarios convencionales además de remover los sólidos sedimentables

y la parte de la carga orgánica, remueven adicionalmente las espumas y grasas que no

fueron removidas en los desarenadores. Por otra parte, los clarificadores primarios

convencionales pueden absorber en gran medida las variaciones de carga en el afluente.

En consecuencia con esto pueden homogenizar, hasta cierto grado, la calidad del agua que

entra al tratamiento secundario protegiéndolo de las altas variaciones de carga.

El presente Anexo presenta las memorias de diseño de los seis (6) Clarificadores Primarios

diseñados para la expansión de la PTAR El Salitre y que hacen parte del tratamiento

primario y la etapa previa a los procesos de lodos activados. La Figura No. 1 muestra la

ubicación de estas estructuras. Como se puede apreciar en la figura existen dos

clarificadores primarios adicionales contemplados como unidades futuras.


Anexo No. 6

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Figura No. 1 Localización en Planta de los Clarificadores Primarios

2. Parámetros de Diseño

La Tabla No. 1 presenta los criterios de diseño de la Carga Hidráulica Superficial, CHS, de

los clarificadores primarios nuevos que fueron considerados para el dimensionamiento y

diseño de estas estructuras. Estos valores se seleccionan de acuerdo a la experiencia del

consultor con proyectos similares y a la literatura.

Tabla No. 1

Parámetros de Diseño - Dimensionamiento de los Clarificadores Primarios

Nuevos

Parámetro Valor

CHS máxima a caudal promedio 1,70 m3/m

2/hora (1.000 gpd/pie

2)*

CHS máxima a caudal pico 5,43 m3/m

2/hora (3.200 gpd/pie

2)

Concentración Lodo Primario (%) 1 al 3 %

*De acuerdo con Metcalf and Eddy, 2003, los valores típicos de la CHS para la

sedimentación convencional varían entre 800 y 1200 gpd/pie2 a condiciones de caudal

Promedio. El consultor toma el valor promedio de 1000 gpd/pie2dentro del rango.


Anexo No. 6

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La CHS máxima a caudal promedio es de 1,70 m3/m2.hora y la CHS máxima a caudal pico

es de 5,40 m3/m2.hora. Esta carga hidráulica superficial máxima a caudal pico tiene una

probabilidad de ocurrencia en el año el año muy baja para varias horas durante un evento

de lluvias.

La Tabla No. 2 muestra los parámetros de diseño que se tendrán en cuenta para la

estructura y los mecanismos que componen los Clarificadores Primarios Nuevos. Estos

parámetros también obedecen a la experiencia del Consorcio en construcción de este tipo

de estructuras y a la mejor selección de mecanismos de acuerdo a la tipología y

características del proyecto.

Tabla No. 2

Parámetros de Diseño – Estructura y Mecanismos de los

Clarificadores Primarios Nuevos

Parámetro Valor

Tipo Circular

Diámetro (D) 44,8 m

Diámetro Pozo de Alimentación

Central (d) 9 m

Profundidad Sumergida de Pozo de

Alimentación Central (h) 1,75 m

Profundidad a Nivel de Pared – PNP 4,0 m

Relación d/D 20%

Relación h/PNP 43,7%

Pendiente del Fondo(1)

8,33% (1” a 12”)

Mecanismo de Remoción de Lodos(1)

Tolva central con raspadores

convencionales rectos a 45º

Tipo de Alimentación Central

Mecanismo de Arrastre Central

Mecanismo de recolección de

espumas Convencional


Anexo No. 6

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3. Planos Relacionados

La siguiente Tabla muestra la lista de Planos relacionados con los mecanismos y diseños

de los Clarificadores Primarios nuevos y existentes en la PTAR El Salitre. Existen otros

Planos generales, civiles, de instrumentación o eléctricos que incluyen estas estructuras

pero que no son relevantes para el diseño de la estructura como tal.

Tabla No. 3

Lista de Planos relacionados con los Clarificadores

Secundarios y sus principales estructuras adicionales

Plano

Número Nombre

C-21 Estructura de derivación A

C-22 Estructura de derivación B

C-23 Box de Alimentación a los clarificadores primarios existentes

C-24 Box de Alimentación a los clarificadores primarios existentes – Modificación a

la Entrada de los desarenadores aireados existentes

M-30 Clarificadores Primarios - Planta de Localización

M-31 Clarificadores Primarios - Diagrama de Distribución de Flujo

M-32 Cámaras de distribución existentes de los Clarificadores Primarios existentes

- Plantas y Sección

M-33 Cámaras de distribución existentes de los Clarificadores Primarios existentes

Modificaciones - Plantas y Secciones

M-34 Clarificadores Primarios - Caja de distribución No. 56.1 - Planta

M-35 Clarificadores Primarios - Caja de distribución No. 56.2 - Planta

M-36 Clarificadores Primarios - Caja de distribución No. 56.1 - Sección

M-37 Clarificadores Primarios - Planta

M-38 Clarificadores Primarios - Sección y Detalles

M-39 Clarificadores Primarios - Estación de Bombeo Lodos Primarios - Plantas

M-40 Clarificadores Primarios - Estación de Bombeo Lodos Primarios - Sección

M-41 Clarificadores Primarios - Tubería de Patio


Anexo No. 6

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4. Tecnología Existente

4.1 Situación Actual

La PTAR El Salitre cuenta actualmente con ocho (8) clarificadores primarios, circulares, de

alimentación central y desbordamiento periférico con un diámetro interno de 44,80 m. Los

clarificadores tienen una profundidad a nivel de pared (PNP) de 3,60 m y una pendiente de

fondo de 6,53%. La Figura No. 2 presenta la sección de los clarificadores primarios

existentes y la Figura No. 3 presenta una fotografía del clarificador No. 4.8 vacio. En la

Tabla No. 4 se presentan las dimensiones básicas de estas unidades.

Figura No. 2 Sección de los Clarificadores Primarios Actuales

Fuente: EAAB

Figura No. 3

PTAR El Salitre – Clarificador 4.8


Anexo No. 6

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Tabla No. 4

Dimensiones Básicas de los Clarificadores Primarios Existentes en la PTAR El Salitre

Parámetro Dimensión Unidad

Diámetro - D 44,8 m

Profundidad a Nivel de Pared – PNP 3,60 m

Pendiente del Fondo 6,53 %

Pozo de Alimentación Central Diámetro – d 5,45 m

Pozo de Alimentación Central Profundidad Sumergida – h 1,575 m

d/D 12,17 %

h/PNP 43,75 %

Diámetro Interno de la Tubería de Alimentación 1,20 m

Diámetro Externo de la Tubería de Alimentación 1,80 m

Canal del Efluente Interno / Sujeto a la Pared -

Ancho del Canal del Efluente 0,70 m

Sistema de Recolección de Lodo Por Gravedad /Tolva

Central

-

Diámetro de la Tolva Central (Lodos Primarios) 5,6 m

Deflector Periférico / Deflector de las Corrientes Internas debido

a la Densidad No tiene

-

Entrada 8 puertos; 0,35 m x 1,25 m -

Luego del análisis de la información suministrada al Consorcio y las visitas realizadas a la

Planta, el Consorcio puede concluir que los clarificadores existentes tienen una capacidad

de asentamiento y espesamiento de lodos limitada, así como las tuberías de lodos tienen

una configuración pobre. Las pruebas de trazadores mostraron presencia de cortocircuitos,

demostrando que la distribución entre los clarificadores no es del todo buena. Una causa de

esto pueden ser los asentamientos que se han presentado en la planta durante los últimos

años que han generado diferencias entre las elevaciones de los vertederos. Por otra parte,

como se puede apreciar en la Tabla No. 5 la hidráulica de las cajas de distribución es

limitada, ya que la cabeza hidráulica no es adecuada para una buena distribución de

caudal.

Tabla No. 5

Elevaciones en las cajas y vertederos de los clarificadores primarios

Caudal de

Planta m3/s

Nivel Caja

Distribución

Elevación del

Vertedero

Nivel Hacia

los Clarificadores

4 46,08 45,99 45,86

6 46,11 45,99 45,92


Anexo No. 6

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Tabla No. 5

Elevaciones en las cajas y vertederos de los clarificadores primarios

Caudal de

Planta m3/s

Nivel Caja

Distribución

Elevación del

Vertedero

Nivel Hacia

los Clarificadores

7 46,12 45,99 45,96

8 46,13 45,99 46,00(I)

10 46,18 45,99 46,10 (I)

(I) Condición de vertedero sumergido

4.2 Modificaciones a las estructuras Existentes

Los clarificadores existentes no tendrán adecuaciones, excepto por las cámaras de

distribución existente. El Consorcio consideró que no eran necesario adecuar los

clarificadores existentes y que ciertas modificaciones a las cámaras de distribución que

contribuyan a mejorar la distribución del caudal entre los clarificadores existentes es la

medida más práctica y beneficiosa para su adecuación al proyecto de la expansión. Por tal

motivo, en las cámaras de distribución existentes se instalará 4 compuertas deslizantes en

acero inoxidable de 2,1 m de ancho y 1,5 m de alto con marco en acero inoxidable y de

operación hacia abajo y un vertedero ajustable en el muro existente para regular el flujo de

distribución. Estas modificaciones, que se pueden detallar en los Planos M-32 y M-33,

tienen como objetivo permitir un mayor control de la distribución del agua y ofrecer más

herramientas de operación y control a los operadores de la planta.


Anexo No. 6

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5. Tecnología Seleccionada

A continuación se presentan los mecanismos y geometrías propuestos para los

Clarificadores Primarios Nuevos.

Tipo de Geometría

Para la expansión de la PTAR El Salitre se consideraron dos geometrías de clarificadores

primarios convencionales: Rectangulares y Circulares. En el Informe Técnico “Clarificadores

Primarios y Secundarios - Memo de Tecnologías Complementarias”, el cual presentó una

discusión general de los diferentes mecanismos y diseños de los Clarificadores Primarios y

Secundarios, se expusieron las ventajas y desventajas de cada una de las geometrías y por

último se seleccionó la geometría circular como la más apropiada para este proyecto. Los

clarificadores Primarios Circulares no solo dan continuidad a la tipología volumétrica

existente sino un costo por operación y mantenimiento menor. Las paredes de un

clarificador circular actúan como anillos de tensión, lo que le permite construirlo con

espesores menores a los empleados en los tanques rectangulares.

Tipo de Alimentación

En cuanto al tipo de Alimentación, se recomendó la alimentación central como en la

diseñada en los clarificadores existentes pues esta configuración permite la utilización de

un pozo de alimentación central, el cual mejora la hidrodinámica del clarificador y promueve

la floculación. El otro tipo de alimentación en clarificadores circulares es el periférico, el cual

no utiliza frecuentemente en los clarificadores primarios.

Mecanismo de Arrastre

En el mecanismo de arrastre de los nuevos Clarificadores se recomendó el mecanismo de

arrastre central, el cual es diferente al mecanismo de arrastre periférico instalado en los

Clarificadores existentes. Este tipo de mecanismo permite un fácil acceso al clarificador

para el monitoreo adecuado del manto de lodos y la toma de muestras; adicionalmente,

permiten una mayor compactación del manto de lodos. El Consorcio y los fabricantes

consultados, coinciden que este tipo de mecanismo es robusto, con muchas instalaciones

exitosas para clarificadores de este diámetro.

Mecanismo de Recolección de Lodos

En los clarificadores circulares existen dos tipos básicos de recolección de lodos:

mecanismos con raspadores o barrelodos y mecanismos de succión, cada uno con

diferente variantes. En el Informe Técnico anteriormente mencionado, se discutieron los

cuatro mecanismos normalmente utilizados en clarificadores circulares: Raspadores

Convencionales, Raspadores en espiral, extracción con tubos de succión múltiples,

extracción con tubería colectora de orificios múltiples. En el caso de clarificadores primarios

los sistemas por succión no son utilizados debido a las altas concentraciones del lodo

primario, y las dificultades de operación de los mismos.


Anexo No. 6

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El Consorcio optó por los mecanismos de barrelodos con raspadores rectos a 45°, pues

representa un diseño sencillo y confiable. El sistema de raspadores resulta similar al de los

clarificadores existentes con la diferencia que los raspadores se instalarán a 45 grados con

el radio del clarificador, lo cual asegura una continuidad en el movimiento de los lodos. Los

barrelodos en espiral son más costosos y realmente no ofrecen ventajas adicionales en el

caso de los clarificadores primarios debido a las bajas tasas de extracción del lodo primario.

Tipo de Desnatador

Para la elección del tipo de mecanismo de remoción de grasas y espumas se revisaron 4

alternativas: Desnatador del tipo “Ducking skimmer”, Desnatador de radio completo

estacionario y rotatorio, Desnatador convencional extendido y Desnatador convencional o

de playa. Se recomendó los desnatadores convencionales porque son el sistema que

representa el menor costo de capital y los menores requerimientos de mantenimiento. Los

desnatadores elegidos fueron también los que utilizan los clarificadores existentes en la

PTAR El Salitre los cuales operan adecuadamente.

5.1 Descripción de los Procesos

Luego de los desarenadores el agua residual deberá ser conducida por un box de dos

celdas de 2,65 x 2,65m que conduce a la estructura de derivación A (Ver Plano C-21), en

seguida un box de 2,5 x 2,5m conduce el agua hasta la estructuras de derivación B (Ver

Plano C-22). Las estructuras de derivación A y B deberán alimentar las cámaras de

distribución 56.1 y 56.2, las cuales distribuyen el flujo equitativamente a los clarificadores

primarios Nuevos (Ver Plano M-41). Este mismo Box también deberá tener la posibilidad de

alimentar directamente los clarificadores primarios existentes, como se puede observar en

los Planos C-23 y C-24, en donde un box de 2,1 x 2,1m conduce el agua al tanque o canal

efluente de los desarenadores aireados existentes que trabaja como tanque de distribución

hacia las cajas de distribución 3.1 y 3.2 de los clarificadores primarios existentes. No

obstante, como el fin de este Anexo es presentar el diseño de los nuevos clarificadores se

hablará de los procesos en las nuevas estructuras, más adelante se explicará la operación

conjunta entre tanques nuevos y existentes.

En seguida de las cámaras de distribución el agua residual ingresará a los clarificadores

nuevos por la columna central y se propagará hasta el pozo de alimentación central donde

el flujo se fuerza a distribuirse uniforme y mansamente dentro del clarificador. El agua

clarificada se desbordará por el vertedero perimetral dirigiéndose por el canal perimetral

hacia una cámara o box por donde el agua clarificada descenderá y se transportará hasta

a otro box de dos celdas que llevará el agua de todos los clarificadores primarios a un box

conectado a los tanques de aireación (Ver Plano M-41).

El lodo sedimentado en el fondo de los tanques será recolectado por los brazos barrelodos

con raspadores a 45 grados, como los que se ilustran en el Plano M-37. El movimiento de


Anexo No. 6

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estos brazos conducirá el lodo al pozo de lodos (Ver detalle No. 2 de Plano M-38). En este

pozo se recolectarán y se enviarán a la estación de Bombeo de Lodos Primarios que

bombeará el lodo junto con las espumas y natas hacia el tratamiento de lodos (Ver Planos

M-39 y M-40). Estas estaciones (58.1, 58.2, 58.3) tendrán dos niveles, en el primer nivel se

ubicarán 6 bombas para los lodos primarios y dos bombas para las espumas y natas. En el

segundo nivel se ubicará en CCM, el monorriel, el polipasto y las escaleras de acceso y

salida a la estructura. En el Plano M-40 adicionalmente se puede ver la ruta de la tubería

de lodos primarios y el diagrama de proceso de lodos primarios. El diámetro de la tubería

de los lodos será de 200 y 250 mm según se indica en el Plano y por medio de unas

válvulas se permitirá una mayor operación del proceso

Las espumas y las natas superficiales son recolectadas con un desnatador ajustado a los

brazos barrelodos. Este desnatador identificado con el Ítem 30-1 en el Plano M-37,

conducirá los sólidos flotantes hasta un extremo en donde con el movimiento rotatorio

logrará disponer las espumas en la caja de espumas ubicada en la pared interna del

clarificador. También existirá un deflector interno y un puerto de natas/espumas que

ayudarán en este proceso (Ver ítem 41-1 del Plano M-37 y M-38).

6. Diseño de los Clarificadores

A continuación se muestran los resultados del Modelo BioWin (Ver Anexo 1) procesados

para mostrar las concentraciones y cargas en el Afluente y el Efluente de los Clarificadores

Primarios.

6.1 Cargas Hidráulicas y Remociones en los Clarificadores Primarios

La Tabla No. 6 presenta la carga hidráulica superficial (CHS) de los clarificadores primarios

existentes y nuevos para los distintos caudales de diseño. Esta tabla también muestra los

porcentajes de remoción estimados para los SST y la DBO51

. Como se puede apreciar las

CHS de la Tabla No. 6 están por debajo de las cargas máximas de diseño propuestas en la

Tabla No. 1. Esto obedece que para estas CHS se está asumiendo para 14 clarificadores

en funcionamiento.

1 Los porcentajes de remoción son estimados con base en los datos presentados en las Figuras 7.5 y 7.10

de la Sección 7 del Producto No. 2 (Versión 3)


Anexo No. 6

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Tabla No. 6

Cargas Hidráulicas de los Clarificadores Primarios

Parámetro Caudal

(m3/s)

CHS (*)

(m3/m

2/hora)

Promedio Anual 7,00 1,14

Máximo Mensual 8,75 1,43

Máximo Semanal 10,15 1,66

Máximo Tratamiento Secundario 14,00 2,28

* Calculada asumiendo 14 clarificadores primarios en funcionamiento

6.2 Concentraciones y Cargas de Diseño

La Tabla No. 7 muestra las concentraciones y cargas de diseño bajo las diferentes

condiciones de caudal para las condiciones de promedio anual (PA), valor de diseño (VD),

máximo mensual (MM), máximo semanal (MS) y máximo diario (MD). El valor de PA es el

valor esperado de carga durante 6 a 8 meses del año y el valor de diseño es el valor

esperado durante el resto del año. Estos son los valores de las cargas esperadas en el

afluente al Clarificador Primario.

Tabla No. 7

Concentraciones y Cargas esperadas en el Afluente al Clarificador Primario

Parámetro

Promedio

Anual

Valor de

Diseño

Máximo

Mensual

Máximo

Semanal

Máximo

Diario

DBO5 (mg/L) 243 306 308 308 311

DBO5 (Ton/día) 154 195 244 283 390

SST (mg/L) 213 304 303 302 301

SST (Ton/día) 135 193 241 277 378

DQO (mg/L) 513 662 663 664 667

DQO (Ton/día) 326 421 526 610 837


Anexo No. 6

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Luego de usar el Modelo BioWin para el sistema convencional de lodos activados

propuesto para la PTAR El Salitre evaluando tanto para el valor de diseño, como para las

condiciones promedio anual y máxima mensual de los caudales proyectados entre los años

2015 y 2040 se modeló el proceso en los clarificadores primarios. Con base en el caudal

promedio de 7 m3/s; se utilizó en los clarificadores primarios una eficiencia de remoción del

55% para los SST. Esta eficiencia de remoción en los SST resulta en una eficiencia de

remoción de la DBO de aproximadamente 23%, la cual es consistente con los valores

esperados de remoción para los clarificadores primarios de la PTAR El Salitre (Ver Anexo

No. 1). Las concentraciones y cargas esperadas en el efluente primario para las diferentes

condiciones de caudal, pueden encontrarse en la Tabla No. 8.

Tabla No. 8

Concentraciones y Cargas esperadas en el Efluente Primario

Parámetro

Promedio

Anual

Valor de

Diseño

Máximo

Mensual

Máximo

Semanal

Máximo

Diario

DBO5 (mg/L) 196 235 236 237 238

DBO5 (Ton/día) 122 147 185 214 295

SST (mg/L) 97 139 139 138 138

SST (Ton/día) 61 87 108 125 170

DQO (mg/L) 369 456 456 457 458

DQO (Ton/día) 231 285 356 413 567

Las Tablas No. 9 y No. 10 muestran las cargas de lodos Primarios y sobrenadantes que el

modelo calculó para las diferentes condiciones.

Tabla No. 9

Cargas esperadas de Lodos Primarios para las diferentes condiciones

Condición SST

(kg/d) SSV

(kg/d) DBO5 (kg/d)

DBO5 Soluble (kg/d)

DQO (kg/d)

Promedio Anual 74,256 58,354 31,460 1,492 95,019

Valor de Diseño 106.273 83.438 47.261 1.676 135.311

Máximo Mensual 132.294 104.555 59.419 2.096 169.538

Máximo Semanal 152.541 121.254 69.010 2.431 196.629

Máximo Diario 207.960 166.429 94.968 3.352 270.012


Anexo No. 6

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Tabla No. 10

Cargas esperadas de Sobrenadantes para las diferentes condiciones

Condición SST

(kg/d) SSV

(kg/d) DBO5 (kg/d)

DBO5 Soluble (kg/d)

DQO (kg/d)

Promedio Anual 60,755 47,744 122,470 97,950 230,649

Valor de Diseño 86.951 68.268 147.367 110.071 285.230

Máximo Mensual 108.241 85.545 184.533 137.633 356.404

Máximo Semanal 124.807 99.208 214.133 159.659 412.916

Máximo Diario 170.149 136.169 295.092 220.133 567.234

6.3 Calculo del Diámetro de los Tanques

Dado que los Nuevos clarificadores se diseñarán para poder tratar hasta 14 m3/s la CHS

que se utilizará para su dimensionamiento será la de la Tabla No. 1 y no la de la Tabla No.

6. Para calcular el área superficial que necesitan los clarificadores primarios Nuevos se

utilizan los siguientes parámetros de diseño.

Caudal Pico y promedio: 7 y 14 m3/s

Carga Hidráulica Superficial: 1,70 y 5,43 m3/m2/h

Profundidad del Tanque: 4 m (Profundidad recomendada)

Área Requerida por Carga Hidráulica (m2) = 9.277 m

2

9.277 m2 es el área requerida por los clarificadores en la condición crítica, es decir caudal

pico. El diámetro de los clarificadores según el número de clarificadores se calcula con la

siguiente ecuación:

Dado la CHS y la fórmula del diámetro de los clarificadores, algunas de las configuraciones

aplicables al proyecto serían las siguientes:


Anexo No. 6

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Tabla No. 11

Diámetro Clarificadores Primarios

Numero de Clarificadores (m)

12 31.4

10 34.4

8 38.4

6 44.4

4 54.3

Dado las condiciones existentes y con el objetivo de dar continuidad a la tipología volumé-

trica de la Planta existente, el diámetro de los nuevos clarificadores se seleccionó como

44,8 y en condiciones críticas se necesitará de 6 clarificadores primarios.

De acuerdo a Metcalf and Eddy, 2003, el tiempo de retención hidráulica típico (TRH) varía

entre 1,5 a 2,5 horas para condiciones a caudal promedio con una temperatura del agua

residual de 20 °C. Un ejercicio permite verificar si el TRH de los clarificadores primarios

Nuevos está dentro de este rango. Dado que la planta operará con clarificadores Nuevos y

los existentes, para este ejercicio solo analizarán los clarificadores primarios nuevos supo-

niendo que el caudal promedio a los que estarán sometidos es de 7 m3/s. Para mayor in-

formación sobre la estrategia de operación de los clarificadores tanto existentes como nue-

vos Ver numeral 7, Estrategias de Operación.


Anexo No. 6

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El TRH con 6 unidades en funcionamiento es de 1,5 horas lo cual está dentro de los rangos

típicos. La Tabla No. 12 muestra las diferencias entre las dimensiones y los mecanismos

empleados por los clarificadores existentes y nuevos.

Tabla No. 12

Dimensiones y Características Clarificadores Primarios y Existentes

Parámetro Unidad Existente Propuesto

Diámetro - D m 44,8 44,8

Profundidad a Nivel de Pared – PNP m 3,60 (11,8 ft) 4,00 (13,1 –ft)

Pendiente del Fondo % 6,53 8,33

Pozo de Alimentación Central Diámetro

– d

m 5,45 9,00

Pozo de Alimentación Central

Profundidad Sumergida – h

m 1,575 1,75

d/D % 12,17 20

h/PNP % 43,75 43,75

Diámetro Interno de la Tubería de

Alimentación

m 1,20 1,37

Diámetro Externo de la Tubería de

Alimentación

m 1,80 -

Canal del Efluente - Interno / Sujeto

a la Pared

Interno / Sujeto

a la Pared

Ancho del Canal del Efluente m 0,70 1,05

Sistema de Recolección de Lodo - Por Gravedad

/Tolva Central

Por Gravedad

/Tolva Central

Diámetro de la Tolva Central (Lodos

Primarios)

m 5,6 6,2

Deflector Periférico / Deflector de las

Corrientes Internas debido a la

Densidad

- No Si

Entrada - 8 puertos

0,35 m x 1,25

m

8 puertos

0,35 m x 1,25 m

Tipo de Alimentación - Central Central

Mecanismo de arrastre - Periférico Central

Mecanismo de recolección de espumas - Convencional Convencional

Los nuevos Clarificadores se diseñarán de forma tal que la capacidad de almacenar y es-

pesar sólidos pueda alcanzar concentraciones de ST entre 1% y 3%. Las tuberías de los


Anexo No. 6

CAR Página 6-16


lodos tendrán una mejor configuración y los 6 clarificadores nuevos tendrán la capacidad de

procesar hidráulicamente un caudal pico de 14 m3/s.

El Anexo 15, Sección D presenta los cálculos hidráulicos para confirmar la Derivación del

caudal a los Clarificadores existentes y nuevos y en la Sección E se presentan los cálculos

hidráulicos para la conducción desde los clarificadores Primarios hacia los tanques de Ai-

reación.

6.4 Características Técnicas

Las obras de la expansión de la PTAR El Salitre comprenden la construcción de seis (6)

nuevos clarificadores primarios circulares con alimentación central, contemplando un

espacio disponible para dos (2) unidades futuras. El diagrama de distribución de Flujo de

los clarificadores Primarios existentes y Nuevos se puede apreciar en el Plano M-31.

Cada clarificador primario deberá tener un puente de acceso, un mecanismo de trasmisión

central, un pilar central, pozo de recolección de lodos, la caja de transmisión, barrelodos

convencionales rectos a 45º, los desnatadores convencionales, el sistemas de recolección

de espumas, los controles eléctricos y las piezas para anclaje.

Las características generales de los clarificadores nuevos serán las siguientes:

● Los clarificadores tendrán un diámetro interno de 44,8 metros, una profundidad a

nivel de pared de 4 m (profundidad del agua) y altura del anillo exterior de 4,85 m.

La pendiente del fondo del clarificador será 1 a 12 (8,33%) El anillo interno del pozo

de recolección de lodos tendrá un espesor desde la columna hasta el borde de 1,3

m. Más detalles sobre cada una de las partes se pueden observar en los Planos M-

37 y M-38.

● El Puente de acceso deberá constituirse de una armadura en acero al carbón que se

extienda hasta el centro del clarificador asentándose en las paredes del clarificador.

Como el arrastre será central el puente estará anclado a la estructura.

● El mecanismo de transmisión central deberá contar además las unidades

convencionales con una unidad reductora primaria de engranaje, unidad reductora

intermedia de engranaje tipo tornillo sinfín y una unidad reductora de engranaje final.

Como componente adicional a esta transmisión, se deberá contar con un sistema de

protección por sobrecarga que incluya un dispositivo mecánico usado para accionar

un interruptor limitador y un indicador de carga visual que muestre los puntos de

sobrecarga.


Anexo No. 6

CAR Página 6-17


● El Pilar central deberá ser de acero al carbón con un diámetro interno mínimo de

1,37 metros que de soporte al mecanismo de transmisión central, al sistema de

equipos del barrelodos.

● El Pozo de Alimentación Central deberá ser en acero al carbono con un diámetro de

9 m y 1,75 m de profundidad sumergida

● Cada clarificador constará con dos brazos que recogen las espumas flotantes del

clarificador y las depositen en una caja de espumas ubicado en la pared del

clarificador. Cada brazo tendrá con partes en neopreno y hojas limpiadoras. La

tubería recolectora será de 8’’.

● Habrá dos tuberías de lodos de 150 mm de diámetro por cada clarificadores. Se

deberán asegurar caudales de 19 l/s (300gpm) a través de cada tubería para

garantizar velocidades mayores a 1,2 m/s. La bombas comúnmente utilizadas

para estas aplicaciones son centrifugas de impulsor empotrado, de cavidad

progresiva o de lóbulo rotatorio. El Consorcio recomienda las bombas de

cavidad progresiva pues tienen mejores características de cabeza hidráulica y

menores requerimientos de mantenimiento. Cada estación de bombeo de lodos

debería tener bombas de cavidad progresiva para conducir las espumas hacia la

tubería de impulsión de lodos primarios.

● Todos los soportes del mecanismo central de transmisión como deberán contar un

periodo de vida mínimo de 20 años basándose en una tasa de movimiento continuo.

7. Estrategias de Operación

Para operar los 14 clarificadores primarios El Operador tendrá como herramienta principal

las cámaras de distribución y las estructuras de derivación haciendo un constante

monitoreo de la distribución de caudales con los sensores de nivel sónico ubicados en

estas estructuras. Dado que los caudales que manejará la planta son significativamente

variables, la experiencia y rutina del Operador será la manera más práctica de determinar la

estrategia a seguir en el manejo de los clarificadores primarios.

No obstante, el Consorcio recomienda 3 estrategias que dependen de los caudales que

lleguen a la estructura de entrada:

1. Para caudales mayores a 14m3/s, la estación elevadora de aguas existente entrará

a operar bombeando hasta 7,5m3/s. La nueva estación de bombeo trabajará hasta

14 m3/s, los cuales los repartirá a los 6 clarificadores nuevos, el box de alimentación

a los clarificadores primarios existentes estará cerrado y no permitirá el paso de

agua residual hacia estos clarificadores. Dado que el tratamiento secundario solo se

diseña para 14m3/s los clarificadores nuevos y el resto de la planta queda

funcionando como una unidad, la cual es capaz de tratar estos 14m3/s. Los


Anexo No. 6

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clarificadores primarios existentes tratarán primariamente los caudales de exceso

que van desde los 14 m3/s hasta los 21,5m3/s, distribuyendo el flujo equitativamente

entre los 8 clarificadores.

2. Para caudales entre 10 y 14m3/s, la estación elevadora de aguas existente no

operará. La nueva estación de bombeo bombeará estos caudales y luego del

pretratamiento estos caudales se dirigirán al box, el cual a través de las compuertas

motorizadas distribuirá el caudal de manera que la mitad del caudal se dirija hacia

los clarificadores primarios existentes a través del box de alimentación y la otra

mitad se dirija por medio de las estructuras de derivación a los nuevos clarificadores

primarios.

3. Para los caudales menores a 10m3/s, la estación elevadora de aguas existente no

operará. La nueva estación de bombeo bombeará estos caudales y luego del

pretratamiento estos caudales se dirigirán al box, el cual a través de las compuertas

motorizadas distribuirá el caudal de manera que con la ayuda de las estructuras de

derivación y las cámaras de distribución se reparta este caudal uniformemente entre

los clarificadores nuevos y existentes.

El operador debe limitar el caudal hacia los 8 clarificadores primarios existentes entre 7,0 –

7,5 m3/s para evitar el transvase hacia los desarenadores existentes vacios (Ver Tabla No.

13), dado que la elevación del vertedero es de 46,47 m. Sin embargo, los clarificadores

primarios nuevos podrán operar con altas cargas de caudal y/o sólidos hasta 14m3/s. Pero

para lograr una operación exitosa deberá verificar que todos los vertederos estén a la

misma elevación y controlar de manera adecuada las compuertas motorizadas para tener

un mayor control del caudal y de los procesos. Durante los caudales de tiempo seco no se

requerirá la operación de los desarenadores existentes.

Tabla No. 13

Sistema de Distribución de Caudal

Caudal hacia los clarificado-

res primarios existentes

m3/s

Elevación del Agua en la

Cámara de Distribución

Elevación de los vertederos de

los Desarenadores Existentes

4 46,17 46,47

6 46,25 46,47

7 46,30 46,47

8 46,35 46,47

10 46,47 46,47

*El caudal total hacia los clarificadores existentes debería ser limitado a ± 7,5 m3/s para evitar el

trasvase de caudal hacía los desarenadores existentes vacíos.


Anexo No. 6

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Referencias Bibliográficas

1. Metcalf and Eddy (2003). Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse.

4th Edition, McGraw-Hill.

2. Water Environment Federation and the American Society of Civil Engi-

neers/Environmental and Water Resources Institute (2010). “Design of Municipal

Wastewater Treatment Plants”, WEF Manual of Practice No. 8 (MOP 8), ASCE Ma-

nuals and Reports on Engineering Practice No. 76” Fifth Edition.

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Producto Final Anexo No. 6 Clarificadores Primarios · 2018-05-03 · procesos de aireación y se reduce por lo tanto el volumen de WAS (Waste Activated Sludge, lodos activados de