urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, estado Guárico ... · to the Extraordinary Venezuelan Gazette No. 4044. Taking into consideration that it is a very high value of service,

Diseño de una "Planta de Tratamiento de Aguas Residuales" para la urbanización "Mis Cariños", Chaguaramas,

Estado Guárico, para ser vertidas en cauces naturales. por Cisneros, Zasha ; Penso, Daniela se encuentra bajo una

Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported.

Universidad Nueva Esparta

Facultad de Ingeniería.

Escuela de Ingeniería Civil.

Caracas-Venezuela

Trabajo de Grado I

Diseño de una “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” para la

urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, estado Guárico, para ser vertidas

en cauces naturales.

Tutor: “Proyecto de Trabajo de Grado” presentado por:

Ing. José Aranguren

C.I: 2.145.205

C.I.V: 7641

Julio, 2012

Zasha Cisneros O.

C.I.: 19.692.454.

Daniela Penso R.

C.I.: 19.434.480

ii

Agradecimientos

Agradecemos a nuestros padres ya que sin ellos este sueño de ser futuras

profesionales no se haría realidad, gracias por el apoyo incondicional que nos han

dado a lo largo de nuestras vidas y que continuarán en el camino que nos queda por

recorrer, gracias por habernos siempre apoyado, porque sin ustedes no seriamos

las personas de bien que aspiramos seguir siendo, por supuesto para continuar sus

pasos, porque son nuestro ejemplo a seguir, desde el momento que nacimos hasta

ahora que estamos cerrando un ciclo y que sin ustedes y sin su confianza no

hubiese sido posible.

Agradecemos de manera especial y sincera a nuestra Profesora y Directora

de Escuela la Ing. Gladys Hernández, por ser nuestra guía durante la realización de

este proyecto, sin ella hubiera sido difícil saber con exactitud los parámetros para la

ejecución de un “Trabajo de Grado”, gracias por transmitirnos sus experiencias

profesionales y de vida, fue una gran ayuda para saber que no estamos solos, que

la vamos a tener a usted como otro ejemplo de vida.

Agradecemos a nuestro tutor y profesor Ing. José Aranguren por su

importante aporte y participación activa en el desarrollo de este “Trabajo de Grado”,

no cabe duda que su participación ha enriquecido tanto con sus conocimientos y el

material adecuado la presente tesis, le damos las gracias por dedicarnos parte de

su invalorable tiempo en guiarnos y enseñarnos con entrega, todas y cada una de

las preparaciones sobre el tema.

Zasha Andrea Cisneros Odremán

Daniela Alejandra Penso Riera.

iii

Dedicatoria

Ya en el agradecimiento exprese mi gran alegría por este gran paso que estoy a

punto de terminar y sin más largas que dar les dedico este logro a mis padres Ivelice

Odremán de Cisneros Y Eddie Cisneros, sin ustedes no hubiera llegado hasta acá, con su

apoyo diario he tenido la fuerza para seguir adelante a pesar de los obstáculos que pudieron

estar en este camino pero llegue, de todo corazón ustedes saben que son mi ejemplo a seguir,

mi guía y que siempre van a estar conmigo en mis alegrías, triunfos, derrotas, y todos los

aspectos de mi vida que por supuesto ya lo han estado.

Te dedico y te doy las gracias a ti má! por darme la vida y por ser constante

conmigo, por estar pendiente de los detalles de la vida, por ser mi amiga incondicional, por

pelear conmigo también ya que de esa forma me doy cuenta que no puedo vivir sin ti, tu estas

entregando este proyecto conmigo, y que el día de mi acto de grado tu también te estás

graduando como ingeniera, porque estuviste conmigo día a día llevándome a la universidad,

haciendo esas comidas especiales para mis amigos cuando era la hora de estudiar o de

rumbear, sin esos detalles tuyos mi vida seria más de los mismo le doy gracias a dios por

tenerte conmigo te amo mamá.

También te dedico esta tesis a ti pá!, tú también has sido parte fundamental en este

momento de mi vida, ya que te has convertido en mi profesor, en mi redactor profesional y

quien más que tu se conoce esta tesis de pies a cabeza aunque no me lo digas y siempre me

preguntabas ¿hija y cómo va la tesis? Y simplemente te decía ¡bien pá!, sin mucho que

hablar pero después te enviaba un correo ¡pá me ayudas con la redacción de la tesis!, lo que

más me gusta es que he aprendido demasiado de ti tu eres mi ejemplo de responsabilidad, de

profesionalismo, a lo mejor mi mamá lee esto y se pone celosa pero a los dos los amo

muchísimo así no se los diga mucho, gracias por estar conmigo desde el comienzo y ser mi

compañero de materias cuando estaba sola y no tenía mi idea de que me estaban enseñando

fuiste tú quien acaró todas mis dudas y las seguirás aclarando a mí y a mi hermano Aarón, y

gracias por dejarte regañar por mi y por mi mama sin decir ni pio solo reírte, siempre con tu

alegría y a veces amargura te amo papá.

A los dos los adoro, amo, admiro, respeto y les dedico este logro mi tesis y por

supuesto mi título que falta poquito. Zasha Andrea Cisneros Odremán

iv

Le dedico esta tesis a mi papá Felix Penso, por ser un gran padre. Te doy gracias

por cuidarme, apoyarme y estar siempre a mi lado, gracias a ti soy una mejor persona y

puedo tener un futuro prometedor. Siempre has estado para mí, enseñándome lo bueno y

malo de la vida, el trabajo duro y el amor que le tenemos que tener a las cosas. Siempre vas

a ser mi modelo a seguir en cualquier aspecto de la vida porque eres el mejor padre que

Dios me pudo dar y es por eso que siempre hare mi mayor esfuerzo para que estés orgulloso

de mi. Lo más difícil para mí es poner en pocas palabras el amor y la admiración que te

tengo papá. TE AMO.

A mi mamá y mejor amiga Elke Riera, gracias por darme la vida y cuidarme tan

duro, sin ti no podría estar aquí en estos momentos. Te doy las gracias por aconsejarme,

escucharme, consentirme y siempre darme ánimos de seguir adelante aunque el camino fuera

difícil, espero seguir tus pasos y convertirme en una gran mujer como tú. Eres la mejor

madre y te amo!

También le dedico mi tesis a mi hermana Gabriela Penso, por siempre ayudarme y

cuidarme como una madre, hermana y amiga. Gracias por estar siempre para mí y darme

esa confianza que siempre admire de ti, eres la mejor hermana que se pueda pedir y gracias

por permitirme ser tía de unos angelitos tan bellos que han iluminado mi vida y que espero

que algún día estén orgullosa de su tía. Te quiero y siempre estaré para ti.

A mis abuelos Laurel Riera y Rafael Penso, que siempre los tengo presente conmigo

y que sé que ellos guían y cuidan mis pasos en cada momento de mi vida.

Daniela Alejandra Penso Riera

v

Universidad Nueva Esparta

Escuela de Ingeniería Civil

Autores: Cisneros O. Zasha A; Penso R. Daniela A.

Tutor: Ing. Aranguren, José.

Año: 2012

Diseño de una “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” para la urbanización

“Mis Cariños”, Chaguaramas, estado Guárico, para ser vertidas en cauces

naturales.

RESUMEN

Dentro de un proyecto, es característico establecer los parámetros que

forman parte este, el presente diseño se funda para una planta de tratamiento de

aguas residuales que va a ser utilizada dentro de la urbanización “Mis Cariños”,

ubicada en Chaguaramas Estado Guárico, con 4 módulos de 1064 casas de 150 m²,

viviendas de interés social, con 1500 lts/día de dotación, según la Gaceta

Venezolana No. 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989, donde se

especifica la dotación de agua para edificaciones destinadas a viviendas

unifamiliares, en el caso de este diseño, el gasto diario calculado es de 1.584.000

lts/día. Tomando en cuenta que es un valor muy alto de servicio, se utilizaron tres

(3) módulos de tratamiento, para que cumpla con el caudal de diseño. Esta

investigación y diseño cuenta con todos los componentes que establecen las

normativas venezolanas y prescritas en el decreto No.883 de la Gaceta Oficial

No.5.021 Extraordinario publicado el 11 de octubre de 1995. Para la elaboración y

cálculo de una planta de tratamiento de aguas residuales. De esta manera se

fortalecen los conocimientos que intervienen dentro del diseño y cuales medidas

limitan la investigación.

vi

En el diseño de la planta de tratamiento se tomaron en cuenta algunos

valores que son característicos su funcionamiento, entre ellos el valor

correspondiente al de la demanda “Biológica de Oxígeno”, es un dato fundamental

dentro de las aguas que se van a recolectar. Es el que dará la información

adecuada para saber la cantidad de bacterias que entran y salen de la planta. Existe

un valor determinado que indica que el agua puede ser utilizada, bien sea de

manera secundaria como para riego de áreas verdes, o que puede llegar a ser

vertida en cauces naturales.

La planta cuenta con un conjunto de componentes que juntos integran su

funcionamiento apropiado, estos son: El “Reactor Biológico” acoplado con tuberías

sopladoras de aire, el “Sedimentador” que cuenta con una tolva conectada con una

tubería o Bomba Neumo-eyectora tipo Air-Lift, encargada de la recirculación del

agua. La “Cámara de Cloración” y el “Lecho de Secado”, estos son los componentes

principales para el funcionamiento apropiado de la planta.

También es importante destacar que el uso de una planta de tratamiento, se

incorpora como un factor ambiental muy importante. El simple hecho de reutilizar las

aguas y posteriormente darle el trato adecuado, impiden la contaminación del agua

con desechos orgánicos que a la larga producen una contaminación ambiental

significativa.

vii

Nueva Esparta Universirty

School of Civil Engineering

Authors: O. Cisneros Zasha A; Penso R. Daniela A.

Tutor: Mr. Aranguren, Joseph.

Year: 2012

Design of a "Plant Wastewater Treatment" in the urbanization "Mis Cariños",

Chaguaramas, Guarico state, to be discharged into natural waterways.

Abstract

Within a design project, is characteristic to set the parameters that are a part

of this, this design is provided for a wastewater treatment plant, that will be

used within the neighborhood “Mis Cariños”, located in Chaguaramas, Guarico

state; the development consists of 1056 residential houses of social interest divided

into 4 main modules, each house has 150 m² of property land and 55 m2

of construction, it also includes an endowment of 1,584,000 liters per day, according

to the Extraordinary Venezuelan Gazette No. 4044. Taking into consideration that it

is a very high value of service, three (3) treatment plants were used to ensure the

proper compliance with the quantity of daily water consumed. This design

and research complies with all the components that are established and identified in

the Venezuelan Decree No.883 of the extraordinary Official Gazette No.5.021 for the

development and calculation of a plant, as in this way it strengthens the knowledge

of both physical and chemicals, like all the known factors involved in the design, that

in some way limits the investigation.

viii

In designing the treatment plant, certain characteristic values were

considered for its functioning, among them, the value corresponding to the

“Biological Oxygen Demand” is a critical chemical data within the waters that will be

collected, since this will give the information necessary to find the amount of bacteria

entering and leaving the plant, therefore giving an specific value, which indicates

whether the water can be used secondarily as to irrigate green areas, or that can

be discharged into natural waterways.

The plant has a set of components that together ensure its proper

functioning, these are: "Biological Reactor" coupled with oxygen blow pipes, the

"Settling" which has a hopper connected to a pipe or ejector pump type Pneumo-Air -

Lift, responsible for the recirculation of water and activate mud, the "Chamber

of Chlorination" and "Dry bed", these are the main components that ensure the

proper functioning of the plant.

It is also important to note that the use of a treatment plant, is incorporated as

a very important environmental factor, as the simple fact of recycling the water and

then give them the appropriate treatment, prevent water pollution from organic

waste that eventually produce a significant environmental contamination or illness for

residents.

ix

Índice

Agradecimientos

Dedicatoria

Resumen

Abstract

Introducción

CAPÍTULO I: El Problema de Investigación

1.1-. Formulación del Problema de Investigación 2

1.2-. Planteamiento del Problema 2

1.3-. Justificación de la Investigación 3

1.4-. Objetivos de la Investigación 4

1.5-. Delimitaciones 5

CAPÍTULO II: El Marco Teórico

2.1-. Antecedentes 7

2.2-. Bases Teóricas 11

2.2.1-. El Agua 11

2.2.1.1-. Composición del Agua 13

2.2.1.2-. Propiedades Físicas del Agua 13

2.2.1.3-. Características de las Aguas Residuales 16

2.2.2-. Demanda Biológica de Oxígeno 18

2.2.3-. Sistema de Tratamiento Seleccionado 19

2.2.4-. Diagrama de Flujo 20

2.2.5-. Descripción del Proceso de Tratamiento 21

2.2.5.1-. Sistema de Desbaste 23

2.2.5.2-. Reactor Biológico 24

2.2.5.3-. Sedimentador Secundario 27

2.2.5.4-. Cámara de Desinfección 29

2.2.5.5-. Lecho de Secado 30

2.2.6-. Decreto N°883 31

2.2.6.1-. Parámetros Físico-Químicos 32

x

2.2.6.2-. Parámetros Biológicos 34

2.2.7-. Gaceta Oficial de la Republica de Venezuela N° 4.103 Extraordinaria 35

2.2.8-. Urbanización 36

2.2.9-. Posibles Problemas 40

2.2.9.1-. Las Inherentes al Sistema Biológico 40

2.2.9.1.1-. Abultamiento de Lodos 40

2.2.9.1.2-. Alzamiento de lodo 42

2.2.9.1.3-. Aparición de Espuma en los Tanques de Aireación y

Sedimentación 43

2.2.9.2-. Las Inherentes al Sistema Biológico 43

2.2.10-. Variable de Operación 44

2.2 .10.1-. Tratamiento biológico 44

2.2.11-. Indicaciones para el Operador 48

2.2.11.1-. Equipos de Aireación 48

2.2.11.2-. Reactor Biológico 49

2.2.11.3-. Sedimentador 50

2.2.11.4-. Clorador 50

2.2.11.5-. Lecho de Secado 51

2.2.12-. Procedimientos de Parada 51

2.2.12.1-. Parada Programada 51

2.2.12.2-. Parada de Emergencia 52

2.2.12.2.1-. En la Energía Eléctrica. 52

2.2.12.2.2-. En los Equipos 52

2.2.13-. Seguridad 53

2.2.13.1-. Riesgos Mecánicos 53

2.2.13.2-. Riesgos Eléctricos 53

2.2.12.3-. Riesgos a Contraer Enfermedades 54

2.3-. Cuadro de Variables 55

2.4-. Terminología Básica 55

CAPÍTULO III: Marco Metodológico

3.1-. Diseño de la Investigación 60

3.2-. Nivel de Investigación 61

xi

3.3-. Población y Muestra 61

3.4-. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos 62

CAPÍTULO IV: Planta de Tratamiento para Aguas Residuales

4.1-. Cálculo del Caudal 64

4.2-. Cálculo de la Planta de Tratamiento 65

4.2.1-. Cálculo Reactor Biológico 66

4.2.2-. Cálculo Sedimentador 81

4.2.3-. Cálculo Cámara de Cloración 85

4.2.4-. Cálculo Lecho de Secado 86

4.3-. Memoria Descriptiva 88

4.4-. Diagrama de Flujo para Manejo de Programa 91

4.5-. Cálculos Arrojados por el Programa 94

4.6-. Planos de la Planta de Tratamiento 99

CAPÍTULO V: Conclusiones y Recomendaciones

5.1-. Conclusiones 109

5.2-. Recomendaciones 111

BIBLIOGRAFÍA

xii

Índice de Imágenes

Figura#1: Ciclo Hidrológico 12

Figura#2: Aguas Negras y Grises 17

Figura#3: Incubadora de aire o baño de agua 18

Figura#4: diagrama de flujo de la planta de tratamiento 21

Figura#5: diseño de planta de tratamiento (prototipo). 22

Figura#6: Tanquilla de Desbaste. 23

Figura#7: reactor biológico. 25

Figura#8: Reactor biológico 26

Figura#9: Reactor biológico, sopladores vista sin agua recolectada. 26

Figura#10: Sedimentador 27

Figura#11: Sedimentador (tolva) vista planta y frente. 28

Figura#12: Tolva 28

Figura#13: Clorador 29

Figura#14: Cámara de cloración vista planta. 30

Figura#15: Lecho de secado. 31

Figura#16: vista satelital de la ubicación del terreno. 37

Figura#17: Estacionamiento y Planta Diseñados para cada Vivienda. 38

Figura#18: Distribución de los Módulos a Construir. 39

Figura#19: Ubicación de la Planta de Tratamiento 40

Figura#20: volumen del tanque. 69

Figura#21: dimensiones de los sedimentadores. 82

Figura#22: profundidad del lecho de secado. 87

Figura#23: Comienzo de Programa. 94

Figura#24: Datos para Reactor Biológico. 94

Figura#25: Dimensiones del Reactor 95

Figura#26: Selección del Soplador 95

Figura#27: Datos para Sedimentador 96

Figura#28: Dimensiones Sedimentador 96

Figura#29: Calculo Vertedero 97

xiii

Figura#30: Calculo Cámara de Cloración 97

Figura#31: Calculo Lecho de Secado 98

xiv

Introducción

En Venezuela el uso de plantas de tratamiento para aguas residuales no es

muy conocido, debido a que no se ha establecido un proceso y/o política educativa

dirigida a la sociedad para su beneficio, dentro de todo ello. Es importante destacar

que la prioridad de la planta, es difundir una cultura ambiental orientada a evitar la

contaminación del agua en su disposición final, al ser estas aguas vertidas en los

ríos, mares, lagos y en fin en efluentes naturales, lográndose de esta manera crear

una matriz de opinión generalizada y compartida de salud ambiental.

En el caso del uso de las plantas de tratamiento para aguas residuales,

adicional al importante hecho de ir sustituyendo el uso de sépticos y sumideros, su

aplicación facilita la economía a largo plazo y al realizar dicha inversión los cambios

ambientales van a ser notorios.

Dentro del diseño de la planta de tratamiento para viviendas unifamiliares,

adicionalmente al objetivo ya expuesto de evitar la contaminación de los efluentes

naturales, se presenta el considerar como un factor alternativo de este diseño, el

tomar en cuenta un punto muy específico de estas aguas tratadas, como lo es su

reutilización.

A este recurso natural renovable, en este proceso de tratamiento y

adecuación para su disposición y empleo posterior, se le impone todo un sistema

científico para modificar las características físico-químicas, biológicas. De esta

manera debidamente integrada con los criterios establecidos en la normativa

vigente, promover para esta planta toda la serie de procedimientos específicos que

permitan su construcción adecuada para el objetivo funcional que se persigue y los

xv

cuales serán desarrollados y explicados detalladamente dentro del contexto del

presente trabajo de grado.

Una planta de tratamiento es en el sentido que se propone en este diseño,

una estructura construida para tratar el agua residual antes de ser descargada al

medio ambiente y/o también, para la reutilización debido a que los seres vivos no

solo lo utilizan para vivir, sino que es esencial para el desarrollo industrial, agrícola

de alimentos y lograr metas para un desarrollo económico sostenible de los pueblos

del mundo.

Finalmente y a los efectos del presente aparte del trabajo, en forma detallada

y en los capítulos siguientes se presenta el fundamento teórico del diseño, así

como también todo el desarrollo dimensional que permita la construcción, pruebas y

puesta en servicio de una planta de tratamiento de aguas residuales. Que cumpla

con los objetivos de “Salud Ambiental” y/ o reutilización de esta agua tratadas para

procesos agrícolas y agroindustriales relacionados con el cultivo y procesamiento de

alimentos.

ICAPÍTULO: Problema de Investigación.

2

1.1) Formulación del Problema

¿Cómo se puede implementar un sistema de tratamiento de aguas

residuales en la urbanización “mis cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico, que

cumpla con los aspectos de recolección, tratamiento y disposición final, establecidos

en la normativa sanitaria y ambiental vigente; y que sea como complemento,

accesible económicamente a la sociedad?

1.2) Planteamiento del Problema

En todo el planeta, el agua es un elemento de fundamental para todo ser

vivo, pero también de fácil contaminación, es por esto que su cuidado es nuestra

responsabilidad. Una urbanización puede producir grandes cantidades de aguas

residuales, lo cual traería como consecuencia no solo la contaminación de las aguas

si no también enfermedades para los seres humanos. Es por esto, que se han

creado diferentes tipos de plantas de tratamiento paras las aguas residuales o

industriales de forma compacta, para que los usuarios se vean atraídos a ellas y

aporten una ayuda tanto al planeta como a la sociedad, y así comenzar una nueva

educación sobre la importancia de mantener nuestras fuentes naturales de aguas,

limpias.

Las plantas o sistemas de tratamiento son un excelente mecanismo para el

procesamiento de aguas residuales, por su practicidad en cuanto a su construcción,

utilización de poco espacio y sencillez de operación y mantenimiento.

El agua es uno de los recursos indispensables, para la sobrevivencia tanto

de la humanidad, como de la fauna y la flora, es por esto que se propone en el

trabajo de grado, el diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para una

3

urbanización, con la finalidad de disminuir el impacto ambiental de contaminación

que se tiene hoy en día en el país, con la disposición final inadecuada de estas

aguas. La elaboración de este sistema tiene diversos aspectos que se deben tomar

en cuenta en su diseño: primero el estudio de las normas que rigen la materia y que

se deben cumplir en su realización, luego se debe enfocar en la teoría y como

funciona cada uno de los componentes que integran la planta y por último los

cálculos para hallar el dimensionamiento adecuado a los espacios existentes

disponibles que tendrá el sistema.

Esta planta de tratamiento aportará nuevas iniciativas para la elaboración de

sistemas y procesos ecológicos para las urbanizaciones, que ayuden a mejorar y

cuidar nuestro ambiente y educar a la sociedad hacia el alcance de nuevas

alternativas ecológicas que se pueden utilizar y estar a disposición de todos.

1.3) Justificación del Problema

Este diseño traerá dos tipos de beneficios, primero es que las aguas en su

disposición final puedan ser vertidas en ríos, mares, lagos dependiendo de su

ubicación y con un grado de contaminación disminuido. También que puedan ser

reutilizadas en actividades que no requieran el manejo de aguas potables

estrictamente, como es el caso del riego en áreas verdes, limpieza de zonas

recreativas como canchas de distintos usos, dentro de la urbanización.

Al modificarse las características físicas – químicas naturales de los ríos, lagos y

mares por los desechos humanos, se ocasionan daños a los ecosistemas, así como

también efectos contaminantes directos e indirectos sobre los organismos vivos y la

salud del hombre.

4

La planta de tratamiento de aguas residuales ayudará a resolver un

problema de cultura ambientalista que se presenta en el país. El de no tener una

iniciativa para evitar la contaminación de aguas y dar a la sociedad una educación

ambiental, al enseñarles que existen alternativas ecológicas que pueden

implementar en sus hogares todos los días. Esto tiene como objetivo final y

primordial la salud pública, de las personas que están en contacto con las aguas no

tratadas, que evidentemente contendrán bacterias y virus retenidas en ellas, se

verán en riesgo de contraer enfermedades en algunos casos mortales.

1.4) Objetivos

1.4.1) Objetivo General:

Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para la urbanización

“Mis Cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico, donde el agua en su disposición final

será vertida en cauces naturales.

1.4.2) Objetivos Específicos:

Determinar los procesos de aireación, sedimentación y

purificación del sistema de tratamiento residual de acuerdo a la

calidad mínima exigida para las aguas vertidas en cursos naturales.

Determinar la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) del agua

al comienzo y la culminación del procedimiento del sistema.

Establecer el modo de empleo del oxigeno en el sistema de

tratamiento.

Calcular las dimensiones de los tanques de la planta de

tratamiento de aguas residuales domésticas.

Establecer normativas y modo de trabajo de los operadores

para el manejo de la planta de tratamiento de aguas residuales.

5

Indicar las operaciones de mantenimiento preventivo que necesita la

planta de Tratamiento durante todo su funcionamiento.

1.5) Delimitación

Según Arias (1999), “La delimitación del problema significa indicar con

precisión en la interrogante formulada: el espacio, el tiempo o periodo que será

considerado en la investigación, y la población involucrada (si fuere el caso)”

1.5.1) Delimitación Temática

El diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales, está enmarcado

en la investigación de un diseño que cumpla con los requisitos necesarios para el

tratamiento de aguas servidas domésticas.

1.5.2) Delimitación Geográfica

El proyecto, utilizado como base para el diseño de la planta, se ha previsto

en la Urbanización “Mis Cariños”, ubicado en Chaguaramas. Estado Guárico.

1.5.3) Delimitación Temporal

Este proyecto fue realizado durante un período de 10 meses, comenzando

en Agosto 2011, culminando en mayo 2012

CAPÍTULO II: Marco Teórico

7

2.1) Antecedentes

Hoy en día las aguas residuales son un tema de importancia a nivel mundial,

y su tratamiento es prioridad en muchos países para evitar la contaminación de los

cauces naturales. Por estas razones, existen una gran diversidad de

investigaciones, tesis, talleres, cursos, entre otros, para aplicar nuevas técnicas y

soluciones a la contaminación y el deterioro de cuerpos de aguas receptoras.

En Venezuela se puede notar con facilidad la necesidad de nuevos

mecanismos para el tratamiento de aguas residuales, no solo los ríos están en su

mayoría contaminados, sino que estos al llegar al mar tienen como consecuencia la

contaminación de esta fuente de agua y las playas aledañas a ellas.

Verónica la Corte, 04 de agosto del 2000, Universidad Católica Andrés Bello,

Tesis de Grado, “Manual para la Selección de Plantas Compactas para el

Tratamiento de Aguas Servidas en Desarrollos Urbanos”.

“Es importante determinar el nivel de tratamiento, el cual vendrá

fundamentalmente definido por la normativa según el tipo de medio a utilizar para su

descarga del efluente y por las exigencias del cliente, ya que puede surgir la

necesidad de reutilización del agua residual tratada. Uno de los factores más

importante en el diseño y desarrollo de la planta de tratamiento es su costo, tanto de

diseño, construcción, entre otros como también la de operación y mantenimiento.”

Dentro del presente trabajo de grado a realizar, el aporte ofrecido por el

referido “Manual para la Selección de Plantas Compactas para el Tratamiento de

Aguas Servidas en Desarrollos Urbanos”, fue el de implementar nuevas técnicas

8

para el desarrollo de una planta de tratamiento. De esta manera se irán elaborando

y organizando esquemas de cada uno de los puntos que se deben tener en cuenta

durante su ejecución, diagnósticos y pruebas de una planta de tratamiento para

viviendas unifamiliares. También establece el manual el efecto que causa el uso de

triturados de basura, en los hogares y cómo cambian las características del agua,

ayudando de esta manera a tener un nuevo punto de investigación dentro del

presente “Trabajo de Grado”.

Ing. Fernando Nuñez (2006) Curso de Diseño y Cálculo de una Planta de

Tratamiento de Aguas Servidas Domésticas de una Urbanización, Caracas-

Venezuela, Colegio de Ingenieros de Venezuela.

“Para la depuración de las aguas servidas domésticas y de las aguas

residuales industriales, se han desarrollado en el mundo, muchos procesos de

depuración dentro de sistemas ampliamente conocidos, en relación con sus

características fisco-químicas y biológicas, gastos y exigencias del grado de

depuración a cumplir.”

Este curso fue realizado en Caracas-Venezuela, aporto importantes aspectos

a la investigación, es una guía para que los ingenieros puedan proyectar, construir,

mantener y evaluar plantas de tratamiento específicamente para aguas residuales

domésticas. En este curso se dan las características, los tratamientos y los modelos

de plantas que se pueden encontrar en el mercado, también menciona la Gaceta

Oficial No.4.103 para el tratamiento requerido y del sistema para el tratamiento de

las aguas residuales de origen doméstico e industrial.

9

Ing. José Aranguren, caracas 12 de octubre 2009, Proyecto de Planta de

Tratamiento de Aguas Residuales, Conjunto Residencial Villas del Rey, Oripoto,

Municipio El Hatillo, Estado Miranda.

“El presente proyecto corresponde al diseño del sistema de tratamiento de

aguas residuales domésticas, como solución de la disposición y saneamiento de las

aguas residuales domésticas que son generadas por el conjunto residencial

ubicado en Villas del Rey, Oripoto.”

El proyecto ya mencionado, y dentro del diseño de plantas de tratamiento

para aguas residuales, aportó gran información para el presente “Trabajo de

Grado”, en aspectos como el cálculo y algunas definiciones básicas de cada

propiedad de los componentes del sistema funcional dentro de una planta de

tratamiento. Algunos de ellos son: Sistema de Desbaste, Reactor Biológico,

Sedimentador Secundario, Cámara de Desinfección y Lecho de Secado.

Artículo de prensa, ENMANUEL SUBERZA 11 de julio 2011 Carlos Slim

“Invierte en Obras para el Tratamiento de Aguas Negras”.

“En Venezuela no se ha empleado el funcionamiento de una planta de

tratamiento tanto a nivel urbano como industrial, comercial, etc. La prioridad de este

diseño es fomentar su uso para que ocasione un impacto ambiental favorable, se

han realizado noticias relevantes de que en otros países como México ya están

invirtiendo gran cantidad de dinero para recuperar el funcionamiento potable del

agua, se realizará una planta de tratamiento que trabajara química y biológicamente

en la recopilación de aguas residuales. En cuanto al impacto ecológico, con este

proyecto, 60 por ciento de las aguas del Valle de México podrán ser saneadas,

10

generará su propia energía eléctrica y aprovechará la extracción del metano de los

lodos”.

El implementar un sistema de diseño para la desinfección de las aguas a ser

vertidas o reutilizadas de una planta de tratamiento para viviendas unifamiliares,

sería un aporte en nuestro país. Cambiaría y reorientaría la educación ambiental de

Venezuela y llegaríamos a ser un país dedicado o en progreso al transcurso y

protección ecológica de su salud ambiental. Sin embargo, para un país donde sus

recursos energéticos relacionados con la producción de energía eléctrica, no

estarían en el ámbito del aprovechamiento de el principio de la biomasa, este aporte

sería un aspecto a considerar, o bien en casos muy específicos, o en el futuro a

largo plazo de la producción de energía eléctrica.

Universidad Católica Andrés Bello, Tesis de Grado; Vladimir Arana Ysa,

Diciembre 2009 .Diseño de Planta de Tratamiento de Aguas Negras.

“El poco aprovechamiento que realizan los efluentes de una planta de

tratamiento, es una consideración importante para la disminución de costos y la

preservación del agua. Las plantas de tratamiento de aguas residuales ofrecen una

posibilidad, aspecto que usualmente es usado cuando hay muy poca disposición de

agua”

Dentro del diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales, es

fundamental considerar el aporte se brinda la utilización del agua proveniente de

plantas de tratamiento. Le proporciona de manera cualitativa y cuantitativa a esa

comunidad, el uso de estas aguas para procesos relacionados con el riego de áreas

verdes y otras aplicaciones relacionadas con el principio de protección al ambiente.

11

2.2) Bases Teóricas

2.2.1) El Agua

“El agua es el compuesto químico que nos es más familiar, el más

abundante y el de mayor significación para nuestra vida. Su excepcional importancia

desde el punto de vista químico, reside en que la casi totalidad de los procesos

químicos que ocurren en la naturaleza, no sólo en los organismos vivos, animales y

vegetales, sino en la superficie. No organizada de la tierra, así como los que se

llevan a cabo en los laboratorios y en la industria, tienen lugar entre substancias

disueltas en agua, esto es, en disolución acuosa.

El agua aunque no se considera alimento, su ingestión no genera calorías,

es indispensable para la vida, pues aunque no se ingiera alimento alguno, un

humano puede sobrevivir varias semanas, pero muere a los 5-10 días si es privado

de agua. 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.)

El agua de la tierra está siempre en un constante movimiento donde se

recicla y purifica, este procedimiento es llamado ciclo de agua o también conocido

como el ciclo hidrológico. Se dice que hay la misma cantidad de agua en la tierra

ahora que cuando la tierra comenzó.

El ciclo incluye diferentes fases que son la precipitación, la evaporación, la

condensación y la transpiración. Este proceso hace que el agua este cambiando del

estado líquido, al sólido y al vapor, esto sucede a causa del calor que produce el sol

y la gravedad que ejerce la tierra.

12

Todos estos procesos que realiza el agua hacen que se distribuya de

diferentes formas en el planeta y a pesar del enorme volumen de agua que existe en

el planeta, solo el 3% es agua dulce. Esta distribución se conforma de la siguiente

manera Océanos y mares (97%), Casquetes polares y glaciares (2%), Aguas

subterráneas (0,75%), y Ríos y lagos (0,25%).

Por estas razones podemos decir que el agua dulce que se encuentra en el

planeta es limitada y se tiene que conservar para evitar problemas futuros de

escases, gracias a ella podemos beber, producir alimentos y tener un uso

recreativo.

Figura#1: Ciclo Hidrológico

(Fuente: http://geogeneral-unesr-bna.blogspot.com/)

http://geogeneral-unesr-bna.blogspot.com/

13

2.2.1.1) Composición del Agua

El agua es una sustancia química formada por dos átomos de hidrógeno y uno de

oxígeno, y su composición química es la siguiente:

Bicarbonato (HCO3 ) 295,3 (mg/l)

Sulfato (SO4 2 ) 43,0 (mg/l)

Cloruro (Cl ) 39,7 (mg/l)

Calcio (Ca 2+) 86,6 (mg/l)

Magnesio (Mg 2+) 23,3 (mg/l)

Sodio (Na +) 20,7 (mg/l)

2.2.1.2) Propiedades Físicas del Agua

“El agua pura es un líquido inodoro, insípido, transparente y prácticamente

incoloro, pues sólo en grandes espesores presenta un tono débilmente azul-

verdoso. La densidad del agua aumenta anormalmente al elevar la temperatura de

0° a 4°C (exactamente 3,98°C), en que alcanza su valor máximo de 1 g/ml. Por

encima o por debajo de esta temperatura, el agua se dilata y la intensidad

disminuye.” (Cita: Manuel Gil Rodríguez; 2006; depuración de aguas residuales:

modelización de lodos activos.)

Las propiedades físicas del agua se presentan en el siguiente cuadro:

P. Moléculas 18,015

P. Congelación 0,0 °C

P. Ebullición 100,0 °C

Temp. Critica 374 °C

14

Tabla#1: Propiedades físicas del agua

(Fuente:http://www.atl.org.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=293:fisica&catid=72:cie

ncias-naturales&Itemid=480)

Las anomalías del comportamiento de la densidad del agua varían según la

temperatura en que está expuesta y la asociación entre moléculas de agua permite

los elevados puntos de fusión y de ebullición en el agua.

Temp. °C Densidad

Hielo 0 0,917

Agua 0 0,99987

1 0,99993

3 0,99999

3,98 1,00000

6 0,99999

10 0,99973

15 0,99913

20 0,99823

100 0,95838

Tabla#2: variación de la densidad del agua con diferentes temperaturas.

(Fuente: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf)

Pres. Critica 218,4 atm

Cal. de Formación -68,3 kcal

Cal. Fusión 79,7 cal/g

Cal. Vapor a 20 °C 585,5 cal/g

Cal. Vapor a 100 °C 539,5 cal/g

Calor Especifico 1,0 cal/g

http://www.atl.org.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=293:fisica&catid=72:ciencias-naturales&Itemid=480

http://www.atl.org.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=293:fisica&catid=72:ciencias-naturales&Itemid=480

http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf

15

Las aguas servidas domésticas contienen diferentes características físicas-químicas

y biológicas presentes en ella:

Físicas:

- Color del agua.

- Olor del agua.

- Conductividad.

- Específica.

- Turbiedad.

- Sólidos: estos pueden dividirse en dos sólidos suspendidos o no filtrables y

los sólidos disueltos o filtrantes.

- Temperatura: Medida del calor o energía térmica de las partículas en una

sustancia.

- PH: Potencia de Hidrogeno.

Químicas:

- Materia Orgánica: contiene compuestos orgánicos tales como carbono,

hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.

- Materia Inorgánica: se encuentran los cloruros, sulfatos, nutriente, metales

pesados, gases, residuos toxico, aceites y grasas.

- Biológicas: cuando hay presencia de micro-organismos patógenos como los

paratifoidea, Amibiasis, Hepatitis, Cholera, Leptospirosis, entre otros.

Es fundamental que el Ingeniero, químico, biólogo conozca bien las

características de los diferentes microorganismos por su importancia en el

procedimiento de purificación. Estos microorganismos son:

16

Bacterias

Hongos

Algas Protozoos

Rotífero

Crustáceos

Virus

2.2.1.3) Características de las Aguas Residuales

A las aguas residuales también conocidas como aguas servidas, fecales o

cloacales; son aquellas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de

una población, que fueron alteradas por diversas actividades y usos.

También “Las aguas residuales se puede definir, considerando las fuentes

de su generación, como la combinación de los desperdicios líquidos y los

desperdicios acarreados por aguas que se remueven de residencias, instituciones y

establecimientos comerciales e industriales junto con agua superficial, subterránea o

de tormenta que pueda estar presente.” (Metcalf and Eddy, 1991) “.

Las aguas residuales domesticas están constituidas por un elevado

porcentaje de agua (cerca del 99%) y un pequeño porcentaje de sólidos

suspendidos (aproximadamente 0,1%). Aunque el porcentaje de los sólidos es

pequeño es uno de los mayores problemas que se pueden presentar durante el

tratamiento de las aguas.

17

Mapa Conceptual #1: Agua Residual Domestica.

(Fuente: http://www.mailxmail.com/curso-agua-calidad-contaminacion-2-2/aguas-residuales)

Figura#2: Aguas Negras y Grises

(Fuente: http://demaindeco.blogspot.com/2011/05/como-resolver-el-problema-de-las-aguas.html)

http://www.mailxmail.com/curso-agua-calidad-contaminacion-2-2/aguas-residuales

http://demaindeco.blogspot.com/2011/05/como-resolver-el-problema-de-las-aguas.html

18

2.2.2) Demanda Biológica de Oxigeno

Según el Ing. Fernando Nuñez, la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) es

un parámetro indispensable para determinar la calidad del agua que se está

utilizando o se desea verter en algún cauce natural. El DBO es una prueba para

determinar la cantidad de materia susceptible a ser oxidada por microorganismos

presentes en el agua.

El proceso para determinar el DBO varía según la temperatura, para obtener la

Demanda Biológica de Oxigeno se lleva una muestra del efluente al laboratorio para

un procedimiento experimental que durante cinco días se mantendrá la muestra con

un aproximado de 20 °C, es por esto que se indica como en la normativa. Este

se puede realizar al comienzo y final de la planta de tratamiento de aguas

residuales, para verificar que el sistema este trabajando en perfectas condiciones y

esté cumpliendo con las normativas. Los aparatos que se utilizan en el laboratorio

son:

Botellas de incubación para la DBO, de 250 a 300 ml de capacidad.

Incubadora de aire o baño de agua, controlada termostáticamente a 20 ± 1ºC

(no se puede tener ninguna fuente luminosa)

19

Figura#3: incubadora de aire o baño de agua

(Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-ifm/laboratory-bacterogical-incubator-106942580.html)

Las normativas y reglamento de cada país, se fijan valores de DBO

máximos que pueda contener el afluente para poder ser vertida a los cauces

naturales. Estos valores también varían según el uso que se le dio al efluente, por

ejemplo puede ser industrial, comercial, domestico, entre otros. En Venezuela para

que un efluente de origen doméstico pueda ser vertido tiene que tener el a 60

mg/l. (Gaceta Venezolana No. 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989)

El diseño del sistema de tratamiento se basó en las características de aguas

residuales domésticas establecidas en la Gaceta Venezolana No. 4103

Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989 donde indica que para el caso que

ocupa este sistema la Demanda Biológica de Oxigeno es de 220 mg/l.

2.2.3) Sistema de Tratamiento Seleccionado

Tras reuniones con el Ing. José Aranguren, la eficiencia de la separación de

la materia en las aguas tiene diferentes procesos y tratamientos. El sistema de

tratamiento seleccionado para el presente diseño de planta de tratamiento, fue la del

tipo “Lodos Activos” en la modalidad de “Aeración Extendida”.

Las plantas de tratamiento que utilizan el método de “Lodos Activos”

permiten una reducción del y un 96% de los sólidos suspendidos en el agua,

al igual que una reducción considerable de los nitratos y nitritos en el agua. Este

sistema permite que el afluente cumpla con la normativa ambiental y también la

facilidad en su mantenimiento.

http://spanish.alibaba.com/product-ifm/laboratory-bacterogical-incubator-106942580.html

20

Este diseño de planta de tratamiento para aguas residuales, se regirá bajo los

siguientes parámetros:

PARAMETROS EFLUENTE NORMA

Tipo de Tratamiento Lodos Activados en Aireación Extendida

Caudal de Diseño 1584 /d

V reactor 4,69

% de Material Volátil (e) 0,8

F/M 0,124

DBO 220 mg/l 60 mg/l

Tabla#3: Parámetros del cálculo de la planta.

(Fuente: propia datos arrojados en cálculo de la planta de tratamiento.)

2.2.4) Diagrama de Flujo

En la “Figura #4” se muestra el diagrama de flujo correspondiente al sistema

de la “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” de tipo “Lodos Activos” en su

modalidad de “Aireación Extendida” y está diseñada para un caudal medio de 1.584

/d.

Según los diagramas de flujo del Ing. Fernando Nuñez, el presente diseño se

divide por tanquilla de desbaste, reactor biológico, sedimentador, cámara de

desinfección y lecho de secado. Se podrá observar la dirección de las aguas

servidas y recirculación de los lodos activos.

21

Figura#4: Diagrama de Flujo de la Planta de Tratamiento

(Fuente: Propia, autoCad)

2.2.5) Descripción del Proceso de Tratamiento

Tras varias reuniones con el Ing. José Aranguren, este manifestó que las

aguas servidas del Sector las Chaguaramas de la urbanización Mis Cariños, Edo.

Guárico, llegarán hasta una rejilla de desbaste con la finalidad de que todos los

objetos de gran tamaño o que no sean biodegradables, sean retenidos y luego

eliminados como desechos sólidos, esto tiene como finalidad el evitar futuros

problemas o daños en el sistema.

Luego de pasar por la rejilla de desbaste, esta agua va directo al Reactor

Biológico en donde se aplicara aire por el fondo del tanque, mediante unidades de

aireación o sopladores, después que el efluente cumple con el tiempo de retención

determinado se conducirá a la siguiente etapa que es el Sedimentador. En esta fase

22

los lodos van a sedimentar al fondo de la tolva y ser bombeado de nuevo al reactor

biológico mediante una Bomba Neumo Eyectora AirLift y el agua clarificada que

queda en la superficie. Se enviará directo a la Cámara de Cloración, donde se va a

suministrar una dilución de cloro o dióxido de cloro residual para lograr una

desinfección del 95% aproximadamente y así cumplir con la normativa ambiental.

El lodo activo que se encuentra en el Reactor Biológico y cuando la materia

orgánica se encuentre envejecida, será purgado para el lecho de secado para

disponer de él como residuo sólido o abono.

Figura#5: diseño de planta de tratamiento (prototipo).


A continuación se describirá cada uno de las unidades que conforman la

planta de tratamiento para aguas residuales:

2.2.5.1) Sistema de Desbaste

El sistema de Desbaste consiste en unas rejillas paralelas para retener todo

aquel material sólido de un tamaño considerable, que son arrastrados por las aguas

23

residuales y que pueden causar problemas en el sistema. Estos objetos pueden ser

madera, plástico, latas, desperdicios domésticos, entre otros.

El diseño de la rejilla fue realizado por el Ing. José Aranguren, donde están

inclinadas a 60° con respecto al fondo y están compuestas por pletinas separas

cada 30mm. Estas pletinas están colocadas contra la corriente y tendrán la

suficiente fuerza para soportar los objetos que se queden entre ellas y a su vez

mantener sus distancias sin deformaciones.

Las rejillas están diseñadas para que las personas de mantenimiento de la

planta de tratamiento, puedan hacer una limpieza manual sencilla y de forma

cómoda. Luego de su limpieza los residuos que se retiraron se dejaran reposar por

un tiempo determinado por su condición de secado y luego llevados al lugar de

disposición final.

Figura#6: Tanquilla de Desbaste.


24

2.2.5.2) Reactor Biológico

Para el Ing. Fernando Nuñez, nos informo que las etapa consiste en inyectar

aire por la parte inferior de los tanques mediantes sopladores, esto con el fin de

garantizar la mezcla entre el líquido y los lodos activos ya formados por el proceso y

que comience la oxidación. Se debe tener una concentración de oxígeno disuelto de

2,0 mg/l dentro del proceso en el Reactor Biológico.

Esta fase garantizará una reducción del 95% aproximadamente de la carga

orgánica en el agua y niveles de DBO inferiores a los limites máximo establecidos

por el Decreto 883 para su descarga en cauces naturales.

25

Figura#7: Reactor Biológico.


Figura#8: Reactor Biológico

Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores

26

Figura#9: Reactor Biológico, sopladores vista sin agua recolectada.


2.2.5.3) Sedimentador Secundario

“La base del proceso de depuración de aguas residuales, tratamiento

secundario, consiste en que una comunidad de microorganismos en el Reactor

Biológico, asentados en flóculos, partículas que constituyen los lodos activos,

asimilan aeróbicamente la materia orgánica del influente, produciendo nuevos

microorganismos, compuestos inorgánicos y agotando la materia orgánica de las

aguas. Los lodos activos se separan por sedimentación, retornando al reactor

biológico su mayor parte, a fin de mantener alta la concentración de lodos en el

Reactor Biológico.” (Cita: Manuel Gil Rodríguez; 2006; depuración de aguas

residuales: modelización de lodos activos.)

Como se indicó en párrafo previo, llega una mezcla entre el agua y los lodos

generados en el “Reactor Biológico” y se realizará la separación física entre los

27

lodos y el agua clarificada. Después el agua pasará a la “Cámara de Desinfección” y

los lodos serán recirculados al “Reactor Biológico” o si hay un exceso de lodos se

pasará al “Lecho de Secado”. Toda esta recirculación de los lodos activos se dará

mediante una Bomba Neumo-eyectora tipo Air-Lift.

Figura#10: Sedimentador


Figura#11: Sedimentador (tolva) vista planta y frente.


28

Figura#12: Tolva


2.2.5.4) Cámara de Desinfección (o Cloración)

El agua residual, luego de haber pasado por las diferentes etapas para su

limpieza, llega a su última fase, que consiste en la aplicación de un desinfectante

para obtener un agua limpia exenta de bacterias y gérmenes patógenos, conforme

al Decreto 883 de la Gaceta Oficial No.5.021 Extraordinario publicado el 11 de

octubre de 1995.

“Un tiempo de contacto de 20 a 30 min (es deseable que sea de 1 a 2 h), con

una dosis de cloro o de bióxido de cloro residual de 0,05 a 0,2 mg/l compactado en

pastillas de baja peligrosidad. El tiempo de contacto y el cloro residual deben

ajustarse según el contenido de nitrógeno en agua, la naturaleza del esterilizante

utilizado y la aplicación eventual de una pre cloración” (Degremont, 1973, p.563)

Las características de las pastillas de baja peligrosidad se describen como

un producto químico desinfectante basado en cloro orgánico de lenta disolución,

siendo efectivo para el control de algas, bacterias y hongos, contiene un agente

estabilizante permitiendo que la luz solar no lo descomponga fácilmente. Su uso

29

está recomendado para mantener un nivel estable de cloro, aprovechando la lenta

solubilidad que tiene el producto.

Figura#13: Clorador


Figura#14: Cámara de Cloración vista planta.


30

2.2.5.5) Lecho de Secado

Antes de su disposición final los lodos deben deshidratarse, es por esto que

se crea la Cámara de Secado o Lecho de Secado. El Ing. José Aranguren nos habla

de que en esta fase los lodos extraídos del Sedimentador de la planta de

tratamiento, se llevan para que configuren una masa seca de lodo con una

concentración aproximada de 30% de sólido. Esto es para que pueda ser manejable

y así disponer de ellos como residuos sólidos o como fertilizantes.

Figura#15: Lecho (Camara) de Secado.


2.2.6) Decreto N°883

El decreto N°883 de la Gaceta Oficial Nº 5.021 Extraordinario publicado el 11

de octubre de 1995, establece las Normas Venezolanas para la Clasificación y el

Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos, en

este se establecen las normas para el control de calidad de los cuerpos de agua y

los vertidos líquidos.

31

En esta norma se da la Clasificación de las aguas por su uso, dando los

parámetros y límites o rango máximo que deben cumplir para estar dentro de la

normativa y puedan ser vertidas a cauces naturales, o ser reutilizadas como aguas

blancas. Por ejemplo tenemos las aguas Tipo 1 que son destinadas a uso

doméstico o industrial, Tipo 2 para uso agropecuario, entre otros.

La Sección III de esta norma (de las descargas a cuerpos de agua) establece

el parámetro Físico-Químicos y los Límites Máximos de calidad de los vertidos que

vayan a ser descargados en ríos, estuarios, lagos y embalses.

A continuación se describen los Parámetros y Condiciones que se deberán

cumplir en la calidad del agua a la salida de la planta de tratamiento, para que

pueda ser vertida en cauces naturales sin contaminarlas.

2.2.6.1) Parámetros Físico-Químicos

Aceites minerales e

hidrocarburos

20 mg/l

Aceites y grasas vegetales

y

Animales.

20 mg/l

Alkil Mercurio No detectable

Aldehídos 2,0 mg /l

Aluminio 5,0 mg/l

Arsénico 0,5 mg/l

Bario 5,0 mg/l

Cianuro 0,2 mg/l

Cloruros 1000 mg/l

32

Cobalto 0,5 mg/l

Cobre 1,0 mg/l

Aluminio 5,0 mg/l

Arsénico 0,5 mg/l

Bario 5,0 mg/l

Cianuro 0,2 mg/l

Cloruros 1000 mg/l

Cobalto 0,5 mg/l

Cobre 1,0 mg/l

Color real 500 mg/l

Cromo 2,0 mg/l

Demanda Bioquímica de

Oxígeno (DBO5, 20)

60 mg/l

Demanda Química de

Oxígeno (DQO)

350 mg/l

Detergentes 2,0 mg/l

Dispersantes 2,0 mg/l

Espuma Ausente

Estaño 5,0 mg/l

Fenoles 0,5 mg/l

Fluoruros 5,0 mg/l

Fósforo total (expresado

como fósforo)

10 mg/l

Hierro 10 mg/l

Manganeso 2,0 mg/l

Mercurio 0,01 mg/l

Nitrógeno (expresado como

nitrógeno)

40 mg/l

Nitritos + Nitratos 10 mg/l

PH 6 – 9

33

Plata 0,1 mg/l

Plomo 0,5 mg/l

Selenio 0,05 mg/l

Sólidos flotantes Ausentes

Sólidos suspendidos 80 mg/l

Sólidos sedimentables 1,0 ml/l

Sulfatos 1000 mg/l

Tabla#4: Parámetros Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su

descarga final.

(Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-2010)

Biocidas

Órgano fosforados y

Carbonatos

0,25 mg/l

Órgano clorados 0,05 mg/l

Tabla#5: Parámetros Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su

descarga final.


Radiactividad

Actividad α

máximo

0, 1 Bq/l.

Actividad β

máximo

1, 0 Bq/l.

Tabla#6: Parámetro Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su

descarga final.


http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-2010



34

2.2.6.2) Parámetros Biológicos

Según el Ing. Fernando Nuñez y el Ing. José Aranguren, nos explica que

estos parámetros definen como el número más probable de organismos coliformes

totales no mayores de 1.000 por cada 100 ml, en el 90% de una serie de muestras

consecutivas y en ningún caso será superior a 5.000 por cada 100 ml.

2.2.7) Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 4.103

Extraordinario publicada el 2 de junio de 1989.

Esta Gaceta Oficial fue publicada el viernes 2 de junio de 1989, en ella se

encuentra en el capítulo XI el tema sobre el tratamiento requerido y del sistema para

el tratamiento de las aguas residuales de origen doméstico e industrial.

En esta gaceta se especifican aspectos importantes a considerar en el

presente diseño de una planta de tratamiento, al igual que una serie de normas que

se deben tener en cuenta para el desarrollo y buen cumplimiento del objetivo del

proyecto. Alguna de estas normas establecidas es:

Para la protección de los equipos y bombas dentro del proyecto de

esta planta de tratamiento, se debe proceder a instalar una cesta metálica

removible o reja que pueda ser limpiada manualmente o mecánicamente,

que estará ubicada al comienzo del sistema para su mantenimiento. Estas

rejas deben ser colocadas con una inclinación de 30° a 45°.

Se deberá colocar grifos a presión para el suministro de agua para el

lavado y mantenimiento de los equipos y tanques de tratamiento. Se debe

35

tener en cuenta que donde se ubique esta planta debe garantizar que no

contamine el vertido final.

Todas las tuberías y canales que se utilizarán en la “Planta de

Tratamiento de Aguas Servidas”, deben ser diseñadas para que puedan

conducir el máximo caudal de gasto previsto para el sistema.

Los lodos activos provenientes del “Tanque de Sedimentación”,

deberán ser sometidas a un proceso de digestión y secado, antes de su

disposición final.

El líquido que se obtenga del lecho de secado de los lodos activos de

las aguas residuales, será recirculado otra vez a la planta de tratamiento por

una unidad del sistema.

El efluente que se obtenga del sistema de tratamiento, debe ser

sometido a desinfección antes de ser vertido a cauces, este debe cumplir

con los parámetros establecidos en el decreto N°883.

Los materiales que se utilizan para el diseño de la “Planta de

Tratamiento”, deben ser seleccionadas con gran cuidado, debido a la

presencia de sulfuro de hidrógeno y otros gases corrosivos, de grasas,

aceites, ácidos y otras sustancias que se encuentran o producen las aguas

residuales. También se tiene que tener especial cuidado con la selección

de la pintura y metales, para evitar aquellas que contengan plomo.

El Diseño debe ser destinado a usuarios comunes, por lo cual se

debe tratar que los equipos utilizados se puedan disponer fácilmente, al

igual que las herramientas y accesorios necesarios para su operación y

mantenimiento.

36

2.2.8) Urbanización

El modelo de la planta de sistema de tratamiento de aguas residuales, se

realizará para funcionar y satisfacer las necesidades de la urbanización “Mis

Cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico.

Figura#16: Vista Satelital de la Ubicación del Terreno.

(Fuente: http://maps.google.com/maps?hl=en&tab=wl)

Esta urbanización está comprendida por 1064 viviendas de interés social,

1 piscina de 70 M², 1 área de recreación, 5 canchas múltiples, 1 cancha de

futbol profesional y 1 estadio de beisbol, entre otros.

http://maps.google.com/maps?hl=en&tab=wl

37

La planta de tratamiento de aguas residuales va a estar destinada

únicamente para las casas unifamiliares, para su descontaminación y luego

vertido final. Cada una de las viviendas cuentan con un área de 150 M² el

cual incluye un estacionamiento para un carro, cocina, comedor, sala, 2

habitaciones y dos baños.

Figura#20: Estacionamiento y Planta Diseñados para cada Vivienda.

(Fuente: Propia AutoCAD)

La distribución de las viviendas dentro de la urbanización está

establecida en 4 módulos, donde:

1er Módulo: son 18 bloques de 16 casas en cada uno, para un

total de 288 casas.

2do Módulo: son 18 bloques de 16 casas en cada uno, para un

total de 288 casas.

3er Módulo: son 15 bloques de 16 casas en cada uno, para un

total de 240 casas.

38

4to Módulo: son 15 bloques de 16 casas en cada uno, para un

total de 240 casas.

Esta distribución tendrá un total de 1056 viviendas y con una dotación

aproximada de 1500 Lts/día según La Gaceta Venezolana No. 4103

Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989, donde especifica la dotación de

agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares. Es importante

destacar que la planta de tratamiento se va a ubicar a 210 mts

aproximadamente del 3er Modulo, ya que la pendiente esta inclinada hacia

esa parte del terreno y es el sector más bajo de la urbanización, permitiendo

que el agua residual fluya de forma natural hacia la misma.

Figura#17: Distribución de los Módulos a Construir.


39

Figura#18: Ubicación de la Planta de Tratamiento


2.2.9) Posibles Problemas

En la Planta de Tratamiento se pueden presentar condiciones desfavorables

durante su operación, cuya solución es sencilla y rápida según los Ing. Fernando

Nuñez y el Ing. José Aranguren. En forma general la posible problemática se puede

dividir en 2 categorías:

40

2.2.9.1) Las Inherentes al Sistema Biológico

2.2.9.1.1) Alzamiento de Lodos

En una operación normal del sistema, los sólidos suspendidos en la mezcla,

biomasa o lodos activos, son llevados al tanque “Sedimentador” secundario, Estos

lodos tienden a formar flóculos en el “Sedimentador” hacia el fondo de los mismos,

mientras que el líquido clarificado sale por los vertederos hacia el “Tanque de

Cloración”. El lodo sedimentado es bombeado de nuevo al reactor activo y así se

produce un ciclo entre los dos tanques.

En ciertas ocasiones este lodo no sedimenta con facilidad, produciendo un

mayor volumen del mismo y ocasionando una disminución de su densidad. Esto es

debido a que no se puede mantener una buena circulación del mismo y bajo estas

condiciones, el lodo activo suele llenar los sedimentadores e inclusive puede llegar a

salir por los vertederos del sistema, aumentando la Demanda Biológica de Oxigeno

del afluente.

Este fenómeno recibe el nombre de “Abultamiento de Lodos”. Este problema

puede ocurrir por varias causas, entre las cuales se citan las siguientes: aparición

de organismos filamentosos del tipo Sphaerotilus Natas, que disminuyen la

densidad del lodo, septicidas del líquido crudo, cargas orgánicas elevadas, excesivo

contenido de materia orgánica, entre otros. Otras causas pueden estar referidas

directamente hacia el liquido operacional, siendo las más relevantes: aireación

excesiva, aireación deficiente, mezcla baja, corto circuito en el tanque de aireación,

tiempos de retención altos y de nitrificación del liquido.

41

Entre las diferentes medidas que puede tomar el operador, para eliminar el

abultamiento de los lodos, se tienen las siguientes:

1) Incremento del suministro del aire.

2) Aumentar el caudal de recirculación.

3) Cloración del lodo de recirculación con dosis de 1,00 a 2,00 ppm, basándose

en el volumen de este y con dosis de 0,3 a 0,6 ppm sobre la base de sólidos

secos.

2.2.9.1.2) Alzamiento de Lodo

Este fenómeno es contrario al caso anterior, donde se manifiesta un

levantamiento de los lodos por pedazos y no por un manto completo. Estos

pedazos de lodos pueden variar entre 5cm hasta 35cm con formas esferoides.

La aparición de este problema, no implica que toda la masa de lodos activos

tenga malas características de asentamiento. La causa de este fenómeno se debe a

la nitrificación del líquido. Esto quiere decir que los nitritos son convertidos en gas

nitrógeno y sus burbujas son atrapadas en la masa de los lodos de desecho

llegando al punto de hacer subir la misma.

Este problema puede solucionarse tomando las siguientes medidas:

1) Incrementar el caudal de recirculación.

2) Disminuir el tiempo de retención celular al incrementar el caudal de

lodos de desecho.

3) Disminuir el suministro de aire.

42

2.2.9.1.3) Aparición de Espuma en los Tanques de Aireación y Sedimentación.

Los líquidos cloacales presentan generalmente en su constitución sustancias

como detergente, jabón, entre otros. Estos componentes producen espuma durante

el proceso de aireación, este problema de espuma es máximo durante el arranque y

puesta de marcha de la planta.

Si la concentración de los sólidos suspendidos en el reactor es elevada, el

problema disminuye.

2.2.9.2) Las Inherentes al Sistema Biológico

Según el Ing. José Aranguren, nos informa que a través de la practica y la

experiencia del operador, este podrá percatarse del buen funcionamiento de la

planta de tratamiento de una manera cualitativa, es decir, que al observar los

diferentes líquidos y lodos involucrados en el sistema se forma una idea bastante

clara del funcionamiento y su estado.

El líquido presente en los tanques de aireación, puede presentarse con

coloraciones variables, Cuando el sistema apenas se ha arrancado, el color será

marrón claro, a medida que transcurre el tiempo se vuelve un color más oscuro.

Los lodos de recirculación que provienen del tanque “Sedimentador” son

marrones y de aspecto floculante que significa que los sólidos en suspensión

pueden provocar precipitación en el afluente; si esta coloración se hace muy oscura

43

por ejemplo gris, significa indicios de condiciones sépticas en los mismos. Si es lo

contrario y el color de los lodos es más claro que lo usual, hay indicios de poca

aireación en los tanques o baja concentración de bacterias.

El lodo activo en buenas condiciones presenta un olor totalmente inofensivo

pero si ocurre lo contrario se presentan condiciones sépticas, para lo cual la

solución es muy sencilla, y en este caso el operador solo debe mezclar con líquido

fresco el lodo del sistema.

El líquido tratado que sale del tanque “Sedimentador” debe presentar una

turbiedad muy baja, casi transparente y prácticamente sin olor.

2.2.10) Variable de Operación

Tomando en consideración las características físico-químicas del efluente y

lo expuesto por el Ing. José Aranguren, el proceso de tratamiento de la planta es de

“Lodos Activados” en la modalidad de “Aireación Extendida”, y para ello se

consideran las siguientes variables de operación:

2.2 .10.1) Tratamiento biológico

El factor de carga de la planta, se refiere principalmente a la calidad del

material orgánico que entra al “Reactor Biológico”, dividido entre la cantidad de

bacterias presentes en el reactor. Comúnmente llamado relación F/M. su

determinación se realiza de la siguiente forma:

44

F= Caudal en m³/día multiplicado por la DBO medida a la entrada del reactor,

en kg/día.

M= concentración de sólidos suspendidos Volátiles en Kg/m³ multiplicada

por el volumen del reactor en m³. En caso de no contar con el valor de sólidos

suspendidos volátiles se podrá utilizar el valor de los sólidos suspendidos totales y

multiplicados por 0,8.

Mantener este valor a través del tiempo, es la clave de operación de la

planta. Las únicas variables que presenta dicho valor, son la DBO de entrada al

reactor y la concentración de los sólidos suspendidos volátiles en el reactor. Dado

que la DBO de entrada no puede ser controlada, la única variable de control es la

concentración de sólidos suspendidos volátiles en el reactor o en su defecto los

sólidos suspendidos totales, multiplicados por 0,8.

La cantidad de masa o de lodos activados que deben existir en todo el

sistema debe ser lo más cercano posible al valor de diseño, sin embargo esta

cantidad no debe superar el límite para el cual se desmejoren las características de

la sedimentación de mismo, ni tampoco producir una caída sensible en el nivel de

oxigeno disuelto en el tanque de aireación.

El valor de diseño de los sólidos suspendidos esta en un rango de operación

entre 3.000 y 6.000 mg/l (3-6 Kg/m³). Sin embargo el valor de operación óptimo

debe ser determinado por el profesional encargado de controlar estos parámetros,

ya que su valor óptimo es función de la DBO de salida y de la sedimentabilidad de

los lodos.

45

La carga hidráulica (caudal) influye en la concentración de sólidos, pero

también es importante, en el sentido que una sobrecarga puede producir un

desbalance del flujo durante la operación. Esta sobrecarga, también puede deberse

a que la rata de flujo excede la capacidad hidráulica optima del “Sedimentador”,

cuando existe lodo presente. El operador debe vigilar que la carga hidráulica que

recibe el “Sedimentador” sea regular, puesto que las variaciones de este pueden

provocar la formación de corrientes o remolinos que pueden elevar el lodo a la

superficie.

La rata de recirculación (reactor – sedimentador) contribuye a una mayor o

menor concentración de bacterias depuradoras. Además garantiza la re-aireación de

los lodos y evita, por los movimientos a que se ven sometidos, un aumento de su

volumen en el “Sedimentador”. Si este aumento se produce, puede originarse el

“abultamiento” de los lodos (estos se desbordan del sedimentador) o el alzamiento

de los mismos (se levantan por pedazos).

Otro parámetro operacional importante es el oxigeno disuelto, se refiere a la

concentración de oxigeno disuelto en el reactor biológico. Esto es controlable por el

operador. El aumento y descenso del mismo se mide por la concentración de

oxigeno disuelto (OD).

En un proceso aeróbico la concentración del oxigeno disuelto es deseable

mantenerla continuamente en valores cercanos y mayores a 2 mg/l OD.

El valor de OD es función de los siguientes parámetros:

- Tiempo o período de retención del lodo en el Reactor- Sedimentador.

- Concentración de características del lodo.

- Tiempo de aireación.

46

- Carga orgánica e hidráulica.

El parámetro “Tiempo de retención de los lodos”, depende por una parte de

la velocidad de sedimentación de las partículas en suspensión y por otra parte la

extracción de los lodos sedimentados que deben recircularse a la unidad de

aireación. Este lodo debe recircularse lo más rápido posible, ya que puede ocurrir en

el “Sedimentador” una anaerobiosis o fermentación del lodo.

El tipo de lodo está directamente relacionado con el mayor o menor oxigeno

disuelto en el medio. Para un lodo joven el OD disminuye y, para uno viejo,

aumentará sobre lo normal.

En cuanto a la aireación, es necesario que esta produzca turbulencia, pues

así se garantiza un alto grado de transferencia de oxigeno para mantener los

organismos en contacto con la materia orgánica y en movimiento, para evitar su

asentamiento. Además es un hecho que la disminución de oxigeno disuelto, puede

traer como consecuencia la formación de microorganismos no deseables.

Informaciones suministradas por los Ing. Aranguren y Un;ez, la carga

orgánica e hidráulica produce también sus efectos. Al exigir variaciones en la carga,

varía el oxigeno disuelto en el reactor, aunque el flujo no varíe y si la concentración

de la carga orgánica aumenta disminuye el oxigeno disuelto.

Otros factores que influyen en la estabilidad del proceso son:

Factores Efectos

pH Entre 6 y 7.4 se considera neutro para los efectos de una

47

planta de tratamiento que funcione normal. En este rango

de pH se asegura que se desarrollen los microorganismos

deseables. El oxigeno es captado óptimamente en este

rango.

Cargas

Tóxicas

Se consideran: cianuros, fenoles, metales, desinfectantes,

los cuales si entran al sistema en suficiente concentración

matan los microorganismos presentes.

Temperatura Si esta desciende, también lo hace la actividad

metabólica. Las altas temperaturas también favorecen la

desnitrificación y el crecimiento de organismos

filamentosos. La temperatura ideal varía entre 27 y 30°C

Tabla#7: Factores que Influyen en la Estabilidad del Proceso.

(Fuente: manual de operación para plantas de tratamiento de aguas residuales.)

2.2.11) Indicaciones para el Operador

En reuniones con el Ing. José Aranguren, se decidió que para obtener

una buena operación en la Planta de Tratamiento, esta debe basarse principalmente

en obtener las condiciones de oxigeno disuelto y sólidos suspendidos necesarios en

el sistema; en tal sentido, el operador debe atender las condiciones de operación y

mantenimiento de los siguientes componentes del sistema:

2.2.11.1) Equipos de Aereación.

El equipo de aireación estará encendido en todo momento.

El cartucho filtrante del Filtro Silenciador debe cambiarse al menos cada

sesenta días.

48

Se debe limpiar la rejilla cada semana o cuando se vea alguna obstrucción.

Establecer una rutina de lubricación y engrase en los sopladores según su

manual de mantenimiento al igual que las válvulas de aire en todo el

sistema.

Chequear las válvulas en todo el sistema e inspeccionar las tuberías de aire

por pérdidas.

Mantener un control electromecánico de los equipos, manteniendo un

registro de los siguientes aspectos:

A. Frecuencia de lubricación de los Sopladores

Cambio de aceite una semana después del arranque definitivo.

Aproximadamente 100 horas de operación.

Cambio de aceite después del arranque cada mil (1000) horas de operación.

Esto daría un cambio al mes

Se debe usar aceite inhibidos de corrosión, espuma y sin detergente.

El aceite debe ser SAE n°50

El tipo de grasa a utilizar debe ser NGLI #2, Grado Premium, con base de

petróleo para altas temperaturas, resistente a la humedad y con buena

estabilidad mecánica.

La lubricación de rodamiento debe realizarse como mínimo 15 días.

Existen otras alternativas de lubricante, con un tiempo de cambio de seis mil

(6000) horas.

B. Consumo eléctrico de los motores, el cual debe ser aproximadamente de 60

Amp. / por cada fase.

Alineación de poleas y correas.

Empacadura de válvulas.

2.2.11.2) Reactor Biológico

Los ingenieros anteriormente mencionados nos indicaron:

49

Verificar que la concentración de oxigeno disuelto sea mayor o igual a 2

mg/l.

Realizar pruebas de sedimentabilidad de los lodos, en base a prueba de

sedimentación con cilindro graduado de 1000ml.

Se debe realizar los análisis de sólidos suspendidos totales y volátiles para

comprobar que los mismos se encuentran dentro de los valores diseñados.

(3000 – 6000 mg/l)

Verificar que los flujos de aire este parejos en todos los bajantes de difusión.

Verificar el factor de carga de la planta, determinando el DBO.

La gran mayoría estas características son determinadas mediante pruebas de

laboratorio posteriores, y las muestras son tomadas por los operadores de la planta,

solo en el caso de la verificación del flujo de aire en los difusores se puede

determinar y observar a medida que la planta de tratamiento este en

funcionamiento.

2.2.11.3) Sedimentador

Verificar que la recirculación de los lodos funcionen al 100% todo el tiempo.

Remover la materia no biodegradable que se encuentre en la superficie del

sedimentador, es por esto que se recomienda que el operador tenga una

cesta de maya plástica usada para las piscinas.

Inspeccionar las tuberías de distribución para verificar que no tengan

perdidas de aire.

Limpieza de los vertederos con chorros de agua y cepillo.

Limpieza de las paredes y demás sitios que favorezcan la acumulación de

material solido, lodos, entre otros.

2.2.11.4) Clorador

50

Limpieza de las paredes.

Mantener almacenadas pastillas solubles de cloro, para reponerlas en el

dispensador flotante a medida que las mismas se vayan disolviendo.

2.2.11.5) Lecho de Secado.

Remover los lodos secos una vez que los mismos presenten las condiciones

de baja humedad.

Si se llega a tener malos olores por el envío de lodos frescos al lecho de

secado, se puede agregar cal viva a fin de evitar la proliferación de animales

indeseables.

Verificar que el agua nunca llegue a una altura superior a los 20cm.

2.2.12) Procedimientos de Parada

El Ing. Fernando Nuñes menciona que los procedimientos de parada de la

planta de tratamiento se pueden clasificar en dos grupos: las paradas programadas

y las de emergencia.

2.2.12.1) Parada Programada

Consiste en una interrupción planificada y programada en el funcionamiento

de la planta de tratamiento para realizar algún mantenimiento, inspección o

reparación a los equipos. Si se llega a presentar esta situación se tendrá en cuenta:

No se descargará agua cruda al sistema.

51

El sistema biológico funcionará normalmente.

El sistema de recirculación de lodos funcionará normalmente.

2.2.12.2) Parada de Emergencia

Estas paradas suelen ocurrir por fallas en la energía eléctrica o en algún

equipo ocasionando la parada de la planta completa o de sistemas individuales.

2.2.12.2.1) En la Energía Eléctrica.

Como se mencionó anteriormente, puede ser total o parcial, donde el

operador debe tomar en cuenta las siguientes acciones:

Evitar colocar los conmutadores de selección en posición de parada, con el

fin de arranques simultáneos al momento de restablecer el servicio en la

planta.

Establecer la naturaleza y duración de la falla.

Proceder al arranque de la instalación inspeccionando el funcionamiento

correcto de todos los elementos mecánicos.

2.2.12.2.2) En los Equipos

Se debe poner fuera de servicios aquellos equipos con fallas, y si no se

tienen equipos de reserva y es esencial para su funcionamiento, se

interrumpirá la alimentación del mismo y paralizar el tratamiento.

52

Notificar inmediatamente al personal de mantenimiento.

Proceder al drenaje y limpieza del equipo.

2.2.13) Seguridad

Es importante que el personal que opere y mantenga la planta de tratamiento

tenga los conocimientos necesario en el manejo de esta, así como de los primeros

auxilios en caso de algún accidente durante su trabajo.

2.2.13.1) Riesgos Mecánicos

Para disminuir o eliminar los accidentes mecánicos durante el manejo de los

equipos automáticos de la planta, el operador debe considerar las siguientes

medidas de seguridad:

Todo equipo en funcionamiento debe estar protegido por los cobertores

correspondientes, los cuales serán desmontados solamente con la máquina

completamente apagada.

Las lubricación, limpieza o reparación de cualquier maquina debe efectuarse

sobre las misma en parada, y a su vez retirar los fusibles de los

seccionadores y colocar una pancarta para evitar la puesta en marcha

accidental.

Se debe trabajar con la vestimenta apropiada y con su equipo de seguridad

establecida.

53

2.2.13.2) Riesgos Eléctricos

Mantenimiento de un buen aislamiento de la instalación, punto neutro

conectado a tierra.

Inaccesibilidad a las partes sin protección de las instalaciones.

Aislamiento mediante un piso aislante o el uso de de protectores individuales

como guantes, zapatos, entre otros.

Limitación de las tensiones, es decir se limita la tensión entre fase y tierra

niveles bajo.

2.2.12.3) Riesgos a Contraer Enfermedades

Para que el operador no contraiga ninguna enfermedad por los diferentes

agentes que contiene las aguas residuales en el sistema, deberá tomarse en cuenta

las siguientes recomendaciones:

Debe lavarse las manos con un jabón antiséptico capaz de destruir cualquier

residuo de agente contaminante antes y luego de operar o manejar cualquier

sistema o maquina de la planta.

Se debe evitar comer, fumar, tomar, comer chicle entre otros dentro y a los

alrededores de la planta de tratamiento.

El operador o personal deberán usar guantes, sobre todos si se llega a

manipular el líquido residual.

La ropa del operador deberá estas apartada a la ropa de trabajo en la planta.

Se recomienda el uso de lentes de seguridad para evitar que caiga agua

residual en los ojos.

54

Se recomienda el uso de mascarilla a fin de evitar que los operados o

personal inhale algún agente que cause enfermedades.

2.3) cuadro de variables

Objetivos específicos

Variables Dimensiones

Indicadores Fuente de información

Instrumento de

recolección de datos

Determinar los procesos de aireación,

sedimentación y purificación del

sistema de tratamiento

residual de acuerdo a la

calidad mínima exigida para las aguas vertidas

en cursos naturales.

Aireación Tipo de Bomba

Modelo, capacidad.

Documental Observación Directa

Aire Modo de empleo, sopladores

Sedimentación Lodos Activos

Abono, Fertilizante,

Residuos Sólidos

Purificación Tipo de Cloro a emplear

Cloro residual en Pastilla

periodo de tiempo de contacto

De 20 a 30 min.

Determinar la

demanda biológica de oxigeno en el

agua al

comienzo y culminación del

sistema

Calidad del

agua

Cumplimient

o del Decreto 883

Toma de

muestra y Prueba

laboratorio de la Demanda

Biológica de Oxigeno

Documental Observació

n Directa

Establecer el modo de empleo

del aire en el sistema de tratamiento

Difusores Dimensiones Pruebas, Puesta en Marcha


Presión de Aire

Hoja de Cálculo

diseñada en Excel.

Sopladores Sistema de Recirculación

Tubería

Nivel de Potencia

Hoja de Cálculo diseñada en Excel.

55

Calcular las dimensiones de los tanques de la

planta de tratamiento de

aguas residuales domésticas

Reactor Biológico

Tamaño Hoja de Cálculo

diseñada en Excel por

metro cubico.


Sedimentador

Cámara de cloración

Volumen

Lecho de Secado

Establecer normativas y el modo de trabajo de los operados para el manejo

de la planta de tratamiento de

aguas residuales.

Parámetro de Operación

Vestimenta Apropiada

Manejo de Equipos


Equipos de Seguridad.

Contacto con aguas Residuales

Trabajo Tiempo manual de mantenimiento

Vida Útil de Cada equipo

Indicar el mantenimiento que necesita la

planta de tratamiento

durante todo su funcionamiento.

Reactor Biológico

Suministro de aire

Inspección de los difusores


Sedimentador Lodos de recirculación

tiempo de sedimentación

Cámara de cloración

Cambio de las pastillas

Almacenamiento

Lecho de Secado

Remoción de los Lodos

Limpieza

2.4) Terminología básica

Aguas servidas: Aguas utilizadas o residuales provenientes de una comunidad,

industria, granja u otro establecimiento, con contenido de materiales disueltos y

suspendidos.

(Decreto N°883 Caracas-Venezuela 1997 (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-

2010)

Metabolización: son compuestos químicos volátiles que se generan durante el

proceso de potabilización del agua. La metabolización junto con la excreción

constituyen los procesos de eliminación.

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuestos_org%C3%A1nicos_vol%C3%A1tiles

http://es.wikipedia.org/wiki/Potabilizaci%C3%B3n

56

(Fuente: http://www.drscope.com/privados/pacc/generales/desequilibrio/metabolismo.html)

Microorganismos: También llamado microbio, es un ser vivo que sólo puede

visualizarse con el microscopio.

(Fuente: http://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap1.pdf)

Lodos activos: El proceso de los lodos activados para el tratamiento de aguas

negras está basado en proporcionar un contacto íntimo entre las aguas negras y

lodos biológicamente activos. Los lodos se desarrollan inicialmente por una

aireación prolongada bajo condiciones que favorecen el crecimiento de organismos

que tienen la habilidad especial de oxidar materia orgánica.

(Fuente: Curso de Diseño y cálculo de una planta de tratamiento de aguas servidas domesticas de una

urbanización)

Vertido líquido: Descarga de aguas residuales que se realice directa o

indirectamente a los cauces mediante canales, desagües o drenajes de agua,

descarga directa sobre el suelo o inyección en el subsuelo, descarga a redes

cloacales, descarga al medio marino-costero y descargas submarinas.


2010)

Contaminación de las aguas: Acción o efecto de introducir elementos, compuestos

o formas de energía capaces de modificar las condiciones del cuerpo de agua

superficial o subterráneo de manera que se altere su calidad en relación con los

usos posteriores o con su función ecológica para el desarrollo de la vida acuática y

ribereña.


2010)

http://es.wikipedia.org/wiki/Ser_vivo

http://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio

http://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap1.pdf

http://www.monografias.com/trabajos11/contabm/contabm.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/lamateri/lamateri.shtml





57

Paratifoidea: Es una enfermedad infecciosa intestinal aguda y general. Las fuentes

principales de la infección son aguas contaminadas.

(Fuente:http://www.lenntech.es/biblioteca/enfermedades/lafiebretifoidea/tifoide.htm#ixzz1f7LJl01)

Sistema de Venturi: Consiste en que un fluido en movimiento dentro de un

conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad.

(Fuente: www.interempresas.net/.../123001345_HI_E_Venturi_systeme_r050.)

Coagulación: La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales

causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual,

neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse

entre sí.

(Fuente: cabierta.uchile.cl/revista/15/artículos/pdf/edu4.pdf)

Floculación: Es la aglomeración de partículas desestabilizadas y después en los

flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes

construidos para este fin, denominados sedimentadores.

(Fuente: cabierta.uchile.cl/revista/15/artículos/pdf/edu4.pdf)

Sphaerotilus Natans: bacteria filamentosa relativamente larga, delgada, recta o

débilmente curvada, compuesta de células redondeadas, y con una delgada vaina

que recubre el filamento. No presenta ramificaciones y cuando existen son falsas,

sin citoplasma contiguo. Son Gram y Neisser negativos.

(Fuente: http://personal.telefonica.terra.es/web/ayma/atlas_b.htm)

http://www.lenntech.es/biblioteca/enfermedades/lafiebretifoidea/tifoide.htm#ixzz1f7LJl01

http://personal.telefonica.terra.es/web/ayma/atlas_b.htm

58

Nitrificación: Proceso en el cual, el amonio se transforma primero en nitrito y éste

en nitrato, mediante la acción de las bacterias aerobias del suelo. El proceso se

lleva a cabo en dos etapas coordinadas, controladas cada una por diferentes grupos

de bacterias.

(Fuente: http://www.manualdelombricultura.com/glosario/pal/139.html)

Desnitrificación: La desnitrificación es la transformación biológica del nitrato en gas

nitrógeno, oxido nítrico y oxido nitroso. Éstos son compuestos gaseosos y no son

fácilmente accesibles para el crecimiento microbiano; por ello, se liberan

normalmente en la atmósfera. El gas nitrógeno supone alrededor del 70% de los

gases atmosféricos y su liberación en la atmósfera es un hecho benigno.

(Fuente: http://www.selba.org/EspTaster/Ecologica/Agua/Desnitrificacion.html)

Floculante: Un floculante es una sustancia química que aglutina sólidos en

suspensión, provocando su precipitación. Por ejemplo el alumbre, que es un grupo

de compuestos químicos, formado por dos sales combinadas en proporciones

definidas una de las sales es el sulfato de aluminio o el sulfato de amonio.

(Fuente:http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/6019/mod_resource/content/1/tema_06_coagulacion_y_flo

culacion)

Rotifero: los rotíferos contribuyen a un grupo de animales microscópicos (entre 0.1

y 0.5 mm) con unas 2200 especies que habitan en las aguas dulce, tierra húmeda,

musgos, líquenes, hongos e incluso agua salada.

(Fuente: http://www.biodiversidadvirtual.org/micro/Rotifero-2-de-3-img827.html)

http://www.manualdelombricultura.com/glosario/pal/139.html

http://www.selba.org/EspTaster/Ecologica/Agua/Desnitrificacion.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia_qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Precipitaci%C3%B3n_(qu%C3%ADmica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Sal_(qu%C3%ADmica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Sulfato_de_aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Sulfato_de_amonio

http://www.biodiversidadvirtual.org/micro/Rotifero-2-de-3-img827.html

Capítulo III: Marco metodológico.

60

3.1) Diseño de la Investigación

El diseño de la investigación será no experimental, “es el que se realiza sin

manipular en forma deliberada ninguna variable. El investigador no sustituye

intencionalmente las variables independientes. Se observan los hechos tal y como

se presentan en su contexto real y en un tiempo determinado o no, para luego

analizarlos. Por lo tanto, en este diseño no se construye una situación específica

sino que se observan las que existen. Las variables independientes ya han ocurrido

y no pueden ser manipuladas, lo que impide influir sobre ellas para modificarlas.”

(Santa Palella Stracuzzi y Feliberto Martins Pestana)

El tipo de investigación es de campo, este consiste según Santa Palella

Stracuzzi y Feliberto Martins Pestana la recolección de datos de diferentes estudios

son cambiar ninguna variable. En esta se estudia todas las variables en su entorno

para no perder su naturalidad.

3.2) Nivel de Investigación

En el diseño de la planta de tratamiento para aguas servidas, se realizará

una investigación tipo proyectivo, donde se intenta proponer una solución al vertido

final de las aguas servidas domésticas. Esto “implica explorar, describir y proponer

alternativas de cambio, y no necesariamente ejecutar la propuesta” (Santa Palella

Stracuzzi y Feliberto Martins Pestana).

Como se menciono anteriormente, la investigación le aportara una soluciona

a la urbanización Mis Cariños para que sus aguas servidas no contaminen la fauna

y flora que se encuentren en su entorno. Solo se llegara hasta su diseño para cubrir

61

las necesidades de la población basado en conocimientos anteriores, luego la

comunidad decidirá si se ejecutará o no el proyecto.

3.3) Población y Muestra

“La población, o en términos más precisos población objetivo, es un

conjunto finito o infinito de elementos con características comunes para los cuales

serán extensivas las conclusiones de la investigación. Ésta queda delimitada por el

problema y por los objetivos del estudio.” (Fidias Arias, 1999)

La población estará conformada por todas aquellas plantas de tratamiento

para las aguas residuales, que lleguen a limpiar y en algunos casos a purificar el

efluente hasta el punto que cumplan con las normativas venezolanas para ser

servidas en ríos, lagos y mares. Esta población sería finita divido a que existen

menos de 100.000 sistemas de purificación dentro del país.

Esta población sería accesible también denominada población

muestratreada, es la porción finita de la población objetiva a la que realmente se

tiene acceso y de la cual se extrae una muestra representativa. El tamaño de la

población accesible depende del tiempo y de los recursos del investigador (Ary,

Jacob y Razavieh, 1989)

La muestra es un sub conjunto representativo finito que se extrae de la

población accesible.

62

En este sentido una muestra representativa es aquella que por su tam;o y

características similares a las del conjunto, permite hacer inferencia o generalizar

los resultados al resto de la población con un margen de error conocido.

La planta de tratamiento será nuestra muestra representativa puesto que sus

características pueden ser comunes a instalaciones con caracteristicas similares.

3.4) Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

Según Fidias Arias, “Se entenderá por técnica, el procedimiento o forma

particular de obtener datos o información.”

La técnica utilizada para el proyecto es la observación que consiste en

visualizar o captar mediante la vista, en forma sistemática cualquier hecho,

fenómeno que se produce en la naturaleza o sociedad, en función de los objetivos

de investigación pre establecidos.

“Un instrumento de recolección de dato es cualquier recurso, dispositivo o

formato (en papel o digital), que se utiliza para obtener, registrar o almacenar

información.”.

Para el presente proyecto se utilizo una hoja de cálculo para la realización

del diseño de la planta de tratamiento de aguas servidas, donde recolecta todos las

formulas y datos necesario para su dimensionado.

CAPITULO IV: Cálculo Planta de Tratamiento

64

El diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales se caracteriza

principalmente por aportar un beneficio al medio ambiente y la sociedad, para la

utilización de la misma. Para establecer los parámetros adecuados dentro del

manejo de aguas residuales se deben realizar cálculos y pruebas previas para su

uso. El primer aspecto que se debe tomar en cuenta en el cálculo, es el caudal que

va a ser utilizado en el área establecida.

4.1) Cálculo del Caudal

Para el cálculo del caudal se trabajará con viviendas unifamiliares

desarrolladas dentro de un sistema de urbanización con el nombre de “Mis

Cariños”. Chaguaramas. Estado Guárico, la misma posee 1056 viviendas de

interés social de 150 M², el dato principal que es necesario para el cálculo de

esta planta es del caudal de agua que se determina según la normativa de

dotaciones de agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares

en la Gaceta Oficial No. 4044, que según los metros cuadrados de cada

parcela da un valor de dotación de agua correspondiente en litros por día, en

el caso de la planta de tratamiento para esta urbanización se utiliza 1500

Lts/día, luego de obtenidos estos datos es cuestión de multiplicar los litros

día por la cantidad de casas que se tienen dentro de la urbanización de la

siguiente manera:

Con el valor determinado del caudal medio, se puede definir el tamaño

exacto de la planta de tratamiento, tomando en cuenta que es un valor alto la

cantidad de litros diarios que se va a manejar dentro de la planta de tratamiento.

Esta condición conllevará a un sistema de varios “Tanques de Reactores Biológicos”

65

y “Sedimentadores” para cumplir la normativa y compensar la cantidad de agua

residual que se va a generar diariamente en la urbanización.

4.2) Cálculo de la Planta de Tratamiento

Luego de este procedimiento se dispone de datos ya establecidos para el cálculo

de una planta de tratamiento que son los siguientes:

DBO= 220 mg/lts. Para

aguas residuales

residenciales

Demanda biológica de oxigeno promedio para

aguas residenciales, representa el sustrato

biodegradable

Ss= 220 mg/lts Sólidos suspendidos promedio para estos líquidos,

representa la biomasa activa presente en contacto

con el substrato.

DBO= 60 mg/lts Demanda bioquímica máxima en el efluente

tratado, optado según el Decreto 883.

Ss Sólidos suspendidos máximos en el efluente

tratado, optado.

G= 0 Incremento de los sólidos suspendidos volátiles

por día, en este sistema.

B= DBO×Q (DBO agregado al sistema por día.)

E= 90% ó 73% porcentaje de eficiencia esperado en la remoción

del DBO

a= 0,57 Coeficiente de productividad o de crecimiento

celular.

b= 0,04 Rata de respiración endógena ó constante de

desaparición: autoxidación, optada.

66

R= sus valores están entre 1

a 1, 1 a 2 y 1 a 3.

Rata de recirculación Q=R optada

Csr= 10000 mg/lts Concentración de los sólidos de recirculación,

optada.

y= 220 mg/lts DBO del afluente asignada al sistema en

consideración.

e= 0,80 Porcentaje de materia volátil contenida en los

sólidos de aeración, como decimal optado.

a= 0,48 kg de O2 /Kg Kg de DBO removidos, valor agregado (optado).

b= 0.08 kg de biomasa, valor agregado, optado.

m.s.n.m Altura sobre el nivel del mar.

Tv= C Temperatura promedio del ambiente en verano.

Ti= C Temperatura promedio del ambiente en invierno.

TO°= °K= -273.16 °C Temperatura cero absoluto.

W= kg/m³ Valor obtenido de tabla peso específico del aire a

altitud de m.s.n.m ya °C de temperatura.

Tabla#7: Datos Establecidos para el Cálculo de una Planta de Tratamiento

(Fuente: manual de plantas de tratamiento de aguas residuales)

4.2.1) Ecuaciones utilizadas

a) Acumulación de lodo por síntesis y oxidación para el sistema de oxidación

total, para valor de G=0

Donde:

: es el valor del DBO con sólidos removidos. (Mg/l)

: El valor de DBO agregados por día. (kg/d)

67

: El porcentaje de eficiencia esperado en la remoción del DBO. (Resultado

decimal)

: Rata de respiración endógena. (ppm)

: Kilos de sólidos obtenidos.

a) Kilos de sólidos contenidos en el aireador.

Donde:

: Coeficiente de productividad. (0.57)

: Valor del DBO agregados por día. (Kg/d)

: Porcentaje de eficiencia esperado en la remoción del DBO. (Resultado Decimal)

: Rata de respiración endógena. (ppm)

b) Concentración de sólidos de aireación en el líquido de la mezcla.

Donde:

R: Rata de recirculación. (ppm)

Q: Caudal o gasto medio obtenido. (lts/dia)

Crs: Es la concentración de los sólidos de recirculación. (Porcentaje Decimal)

68

c) Sólidos suspendidos.

Donde:

S: kilos de sólidos obtenidos.

d) Factor de carga.

Donde:

: Valor de DBO agregado por día. (mg/d)

SSva: sólidos suspendidos. (mg/l)

e) Tiempo medio de resistencia celular o tiempo de detención hidráulica:

relación volumen y gasto por día.

Donde:

Y: DBO del afluente asignada al sistema en consideración. (mg/l)

K: factor de carga. (Porcentaje en decimal)

Csa: concentración de sólidos de aireación en líquido mezcla. (Porcentaje en

Decimal)

69

e: porcentaje de materia volátil contenida en los sólidos de aireación. (Resultado

Decimal)

Donde:

: Tiempo medio de resistencia celular. (min)

Q: Caudal o gasto medio obtenido. (m3/min)

Figura#19: volumen del tanque.

(Fuente: Propia)

f) Kilogramos de oxígeno por día.

Donde:

a`: DBO removidos.(mg/l)

70

Q: Caudal o gasto medio obtenido. (ml/d)

Y: DBO del afluente asignada. (mg/l)

E: el porcentaje de eficiencia esperado en la remoción del DBO. (Decimal)

b`: biomasa

V: volumen del tanque. (m3)

Csa: concentración de sólidos de aireación en líquido mezcla. (Porcentaje Decimal)

e: porcentaje de materia volátil contenida en los sólidos de aireación. (Decimal)

g) Kilogramos de oxigeno entre densidad del aire y porcentaje de

oxígeno.

Donde:

R`02: kg de oxígeno por día.

h) Volumen de aire con condiciones normales.

Donde:

Va: kg de oxígeno entre densidad del aire y porcentaje del oxígeno.

i) Volumen de aire a m.s.n.m y a temperatura específica.

71

Donde:

Tv: temperatura promedio del ambiente en verano. (°K)

Van: volumen de aire. (m3)

Ti: temperatura promedio de aire en invierno. (°K)

j) Peso del aire a m.s.n.m y temperaturas asumidas para el total del

sistema.

Donde:

qs: volumen de airea m.s.n.m

Con este procedimiento se determinó el número de sopladores, de

reactores. La capacidad del soplador y la capacidad requerida del estanque, para la

capacidad que el estanque requerirá se emplea la siguiente fórmula:

Y para la capacidad del soplador:

Luego del siguiente procedimiento se va a continuar calculando ahora la

potencia del soplador.

72

4.2 Cálculo de la potencia “CV” requerida para el soplador la pérdida de

carga en la conducción del aire.

a) Potencia requerida por el soplador para estanques de aireación

Donde:

W: Peso del aire a m.s.n.m y temperaturas asumidas para el total del sistema. (Kg)

R: constante de los gases aire. (M/°K)

Ti: temperatura absoluta de entrada. (°K)

P1: presión absoluta de entrada en la tubería. (kg/cm2)

P2: presión absoluta de salida de la tubería. (kg/cm2)

K: relación del calor específico a presión constante a calor específico a volumen

constante. (porcentaje Decimal)

n: valor exponencial para el aire según la relación de K. (K_1/k)

e: porcentaje de eficiencia del soplador asumido. (Decimal)

b) Aumento real de la temperatura durante la compresión.

Donde:

Ti: temperatura absoluta de entrada. (°K)

73

P1: presión absoluta de entrada en la tubería. (kg/cm2)

P2: presión absoluta de salida de la tubería. (kg/cm2)

K: relación del calor específico a presión constante a calor específico a volumen

constante. (Porcentaje Decimal)

c) Viscosidad del aire, adoptando una temperatura madia en la tubería

t= 60°C.

Donde:

∆T: aumento real de la temperatura. (°K)

d) Número de Reynols.

Donde:

qs: volumen de aire requerido en condiciones normales.(m3)

d: diámetro de la tubería principal de conducción de aire. (m)

u: viscosidad del aire.

e) Factor de rozamiento en la tubería según el diagrama de Moody.

74

Grafico#1: Diagrama de Moody para el cálculo del factor de rozamiento en la

tubería.

(Fuente: http://mecfluidos.blogspot.com/2007/08/documentos-complementarios-al-tema.html)

f) Caudal de aire en la tubería de transportación.

Donde:

qs: volumen de airea m.s.n.m.

ti: temperatura absoluta de entrada. (°K)

Pa: presión atmosférica a m.s.n.m optada. (kg/cm2)

Pt: presión de trabajo sobre el sistema. (kg/cm2)

http://mecfluidos.blogspot.com/2007/08/documentos-complementarios-al-tema.html

75

g) Velocidad del aire en la tubería.

Donde:

Ca: caudal del aire. (m3/seg)

n: valor exponencial para el aire según la relación de K. (m)

h) Peso específico del aire.

Donde:

M: peso molecular del aire. (Kg)

P: presión absoluta de la tubería. (kg/cm2)

R: constante universal del aire.

T: temperatura absoluta de la tubería. (°K)

i) Altura cinética para el cálculo de la pérdida de carga.

Donde:

Vel: velocidad del aire de la tubería. (m/seg)

P. específico: peso específico.

j) Valor total de la pérdida de carga en la tubería.

76

Donde:

f: factor de rozamiento en la tubería. (m/m)

L: longitud de la tubería. (m)

hc: altura cinemática. (m)

d: diámetro de la tubería. (m)

k) Pérdida de carga total en el sistema de trasportación de aire.

Donde:

ht: altura total de la perdida de carga de la tubería. (m)

hf: altura del filtro. (m)

hv: altura de las válvulas. (m)

hs: altura del silenciador. (m)

ha: altura de las aguas, nivel freático. (m)

d: difusores. (m)

pd: presión de difusores. (kg/cm2)

l) Selección del soplador.

PSI: Unidad de presión, libra por pulgada cuadrada.

77

Donde:

Ht: altura total de la pérdida de carga de la tubería que esta expresada en PSI.

BHP: Unidad de caballos de potencia.

Donde:

Cv: cálculo de la potencia requerido por soplador expresada en HP.

CFM: Unidad pie cubico por minuto.

RPM: Unidad de revolución por minuto.

78

Tabla#8: Tabla para la Determinación de Valores en PSI de CFN (unidad pie cubico

por minuto) y BHP (unidad de caballos de potencia).

(Fuente: manual de diseño y cálculo de una planta de tratamiento de aguas residuales servidas

domesticas de una urbanización, colegio de ingenieros de Venezuela, Ing. Fernando Núñez Calderón,

Caracas, 2006)

79

Grafica#1: Para el Cálculo del Valor en Unidades de Revolución por Minuto.



Caracas, 2006)

80

Grafica#2: Para el Cálculo del Valor en Unidades de Revolución por Minuto.



Caracas, 2006)

81

Con este cálculo determinamos las características del soplador que se va a

utilizar dentro del diseño de la planta de tratamiento.

4.3 Calculo del tanque “Sedimentador Secundario”

a) Área superficial resultante para “cs” adaptado.

Donde:

S: sólidos contenidos en el aireador. (Porcentaje Decimal)

Rcs: Rata de desbordamiento superficial recomendada (ppm).

b) Área superficial resultante para “ds”

Donde:

Q: Caudal o gasto medio obtenido. (m3 /día)

Rds: Rata de desbordamiento superficial. (Ppm)

c) Dimensiones adoptadas del sedimentador

a: ancho seleccionado. (m)

l: largo seleccionado. (m)

A: área resultante. (m2)

a.c: ancho del fondo del cono. (m)

82

Figura#20: dimensiones de los sedimentadores.


4.4 Cálculos de los vertederos

Q: gasto medio por segundo. (lts/seg)

Qmv: gasto máximo de vertederos de tanques pequeños.(ltrs/s/m)

Lv: canal de vertederos de 1 solo lado. (Unidad)

l: largo propuestos para vertederos.(m)

v: ángulo de los vertederos propuesto.(°)

v: ancho individual de los vertederos.(m)

Hv: altura individual de los vertederos. (m)

Ev: espacio entre dos vertederos colectivos. (m)

83

d) Número de vertederos

Donde:

Nv: numero de vertederos. (Unidad)

l: largo propuesto para vertederos.(m)

v: Ando individual de los vertederos.(m)

e) Gasto individual por vertederos.

Donde:

Qr: gasto individual por vertederos. (ltrs/seg)

Q: caudal de diseño. (ltrs/seg)

Nv: número de vertederos. (Unidad)

f) Altura útil resultante por vertedero.

Donde:

84

H: altura útil resultante por vertedero. (m)

Qr: gasto individual por vertedero. (ltrs/seg)

4.5 cálculo del canal colector.

Q: gasto medio por segundo. (ltrs/seg)

a: ancho del canal. (m)

Hc: profundidad neta del canal optado. (m)

v: Velocidad mínima recomendada. (m/seg)

hl: Altura libre entre el vértice inferior del vertedero y la superficie del tirante de

agua. (m)

ht: Altura total del canal desde la cresta superior de los vertederos al fondo del

canal. (m)

a) Área del colector.

Donde:

A: área del colector. (m2)

Q: Gasto de diseño. (ltrs/seg)

V: velocidad mínima recomendada. (m/seg)

85

b) Altura del tirante de agua.

Donde:

Ht: altura del tirante de agua. (m)

A: área del colector. (m2)

A: ancho del canal. (m)

4.6 cálculo de la cámara de cloración para sedimentadores.

Q: gasto por segundo. (Ltrs/seg)

T: tiempo de contacto mínimo requerido. (Min)

c) Volumen resultante

Donde:

Vr: volumen resultante. (M3)

Q: gasto por segundo. (Ltrs/min)

T: tiempo de contacto mínimo requerido. (Min)

d) Volumen total

86

Donde:

Vt: volumen total. (M3)

a: ancho total escogido. (m)

h: altura resultante del tirante de agua. (m)

d: distancia entre pantallas optado. (m)

e) Clorador seleccionado.

Modelo: SAS.

QM: gastos máximos por segundos igual al gasto a tratar.

Clr: dosificación de cloro residual en el efluente.

HTH: compuesto Químico con 70% de cloro útil.

4.7 cálculo del lecho de secado

Vs: volumen de cono sedimentador. (m3)

Vv: volumen que se puede vaciar al lecho de secado, 20% del volumen del cono.

(m3)

n: número de veces a vaciar por mes sugerido.

Lls: largo de lecho de secado. (m)

Rp: Rata de percolación del lecho. (ppm)

87

Alsu: área requerida para percolar. (m2)

f) Volumen que puede variar en el lecho de secado.

Donde:

Vv: volumen que puede variar en el lecho de secado. (m3)

Vs: volumen del sedimentador. (m3)

g) Profundidades del lecho de secado.

La profundidad del lecho de secado contara con dos capas una de material

granular o piedra picada y la otra de arena, dejando un borde libre donde reposara

el lodo que va a ser utilizado como abono a futuro, como se muestra en la siguiente

figura.

Figura#21: profundidad del lecho de secado.


88

4.3) Memoria Descriptiva

Ya presentadas las ecuaciones para el cálculo de la planta de tratamiento de

aguas residuales, fueron aplicadas para la urbanización “Mis Cariños”, con el

caudal establecido por la Gaceta Oficial Nº 4103 Extraordinaria publicado el 2 de

junio de 1989, según la cantidad de M2 utilizados.

En el presente proyecto de investigación y diseño fue realizada una hoja de

cálculo de la planta de tratamiento para aguas residuales, donde cada componente

de la misma fue determinado para obtener dimensiones y valores que sean

aprobados bajo el criterio de diseño.

En la primera página de la hoja de cálculo se va a encontrar todos los datos

y parámetros de la demanda biológica de oxigeno (DBO) deseados para este

diseño, también hay una pequeña leyenda explicando las celdas que se pueden

modificar y las que no para introducir datos futuros en caso de ser reutilizado para

otro diseño.

El componente principal dentro de la planta de tratamiento es el Reactor

Biológico, es donde van a ser dirigidas las aguas residuales y aireadas mediante

tuberías ubicadas específicamente, en el mismo se pueden encontrar todos los

datos que conforman su cálculo, luego se realizan las ecuaciones a utilizar, que ya

fueron desglosadas cada una al principio del capítulo IV del presente proyecto, en la

hoja de cálculo también se va a encontrar el volumen del tanque donde se expresa

las medidas de ancho, largo y profundidad, expresado que dentro del reactor se

encuentran las tuberías de oxigenación o también llamadas sopladores, estas

tendrán una cantidad de 3 sopladores, una por cada reactor. Dentro de los

89

sopladores será indicada la potencia requerida por cada uno de ellos, con una serie

de elementos que van a conformar, el proceso de diseño.

Luego de esto con una serie de parámetros ya expuestos se va a realizar la

selección del soplador en las diversas unidades de medidas, como son unidad de

caballos de potencia, unidad de pie cubico por minuto, unidad de revolución por

minuto y la unidad depresión libra por pulgada cuadrada.

El cálculo secundario de la planta fue del “Sedimentador”, su forma es de

una tolva para facilitar la expulsión de los materiales orgánicos que pasen por él, se

encuentra conectada a su vez con una tubería o Bomba Neumo-eyectora tipo Air-Lift

encargada de la recirculación del agua al reactor, los cálculos realizados en este

componente fueron: áreas, dimensiones (largo, ancho y profundidad), volumen del

“Sedimentador”, el número de vertederos o canal colector y la altura de cada uno.

El tercer componente que conforma la planta de tratamiento es la cámara de

cloración, en el cálculo se tomará en cuenta la velocidad mínima recomendada, el

recorrido en minutos, y una cantidad de pantallas que permita que el agua realice

una ruta factible para su depuración en contacto con el cloro, altura del agua, altura

del tanque y el largo, con estos datos se va a obtener el valor del volumen en la

cámara de cloración y la distancia a recorrer.

Luego de esto está el lecho de secado, donde van a ir todos los desechos

orgánicos para ser utilizadas posteriormente como abono, dentro de este cálculo se

van a tomar en cuenta solo las dimensiones y los materiales a utilizar en la

profundidad del mismo. Para determinar las dimensiones del lecho de secado fue

necesario tomar en cuenta el valor del volumen, un valor determinado de la rata de

percolación similar a la de un terreno permeable ya establecido, el área requerida

90

para percolar el agua de un terreno permeable y el número de veces a vaciar por

mes.

Con estos datos se calculan las dimensiones del lecho de secado, o se

establece un valor adecuado para aceptar esa cantidad de material orgánico, fue

tomado en cuenta el material a utilizar en el lecho de secado como base y sub-base,

las mismas van a ser de arena y piedra picada con un borde libre para que ingresen

los lodos compuestos por desechos orgánicos.

91

4.3) Diagrama de Flujo para Manejo de la hoja de cálculo en Excel

Inicio

Datos de Diseño

Página

siguiente

Calculo para planta de tratamiento

de aguas residuales

Caudal de diseño Caudal medio litros por día

DBO (5,20) Demanda biológica de

oxigeno promedio para

el agua residual 200mg/l

Sólidos Suspendidos Sólidos suspendidos promedio

para estos líquidos, representa

la biomasa activa presente en

contacto con el sustrato

200mg/l

Parámetros esperados

DBO (5,20) Demanda biológica de

oxigeno que se quiere

llegar después de

tratado 60mg/l

Reactor

Biológico Sedimentador

Cámara de

Cloración

Lecho de

Secado

Acumulación de lodo por

síntesis y oxidación para

sistema de oxidación

total

Kilos de sólidos

contenidos en el

aireador. (

)

Concentración de

sólidos de aireación en

el líquido de la mezcla.

Cantidad de

sopladores

Kilogramo oxigeno

por día.

Kilogramos de oxigeno

entre densidad del aire y

porcentaje de oxígeno.

Área superficial

resultante para “cs”

adaptado.

Área superficial

resultante para “ds”

Dimensiones

adoptadas del

sedimentador

Área del colector.

Altura del tirante

de agua.

Volumen resultante

Volumen que del

lecho de secado.

Número de veces

a vaciar por mes

Rata de

Percolación

NOTA: LA NOMENCLATURA ESTABLECIDA SE DESCRIBE AL INICIO DEL CAPITULO IV, EL PRESENTE DIAGRAMA ES

UNA GUÍA PARA EL MANEJO DE LA HOJA DE CALCULO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

DOMESTICAS.

92

Continuación pág.

Sólidos suspendidos.

Factor de carga.

Tiempo medio de

resistencia celular o

tiempo de detención

hidráulica: relación

volumen y gasto por día

)

Volumen del tanque

Se coloca la

profundidad del tanque,

ancho y largo.

Volumen de aire con

condiciones normales.

Volumen de aire

Peso del aire

= . /

N° de sopladores

Capacidad del

soplador

Aumento de la

temperatura

Página

siguiente

Viscosidad del Aire

N° de Reynolds

Potencia del soplador

(p2/p1)*K-(1/k)-1)/

(75*n*e))

Vertederos

Número de

vertederos

Gasto individual

por vertederos.

Altura útil

Volumen total

Clorador

seleccionado.

Área Requerida

para percolar

Número de

lechos de secado

Dimensiones por

cada lecho de

secado, ancho largo,

profundidad

Profundidad: Piedra

picada, arena, borde

libre.

93

Factor de rozamiento de

la tubería según Moody

Diríjase al diagrama

de Moody anexo en la

hoja de cálculo.

Caudal de aire en la

tubería de transportación.

Continuación pág.

Velocidad del aire en la

tubería.

Peso específico

del aire.

Altura cinética para el

cálculo de la pérdida de

carga.

Valor total de la

pérdida de carga en la

tubería.

Pérdida de carga total

Selección del soplador

;

Se anexan tablas

requeridas para

obtener valor del

“RPN”

Fin

94

4.3) Cálculos Arrojados por el Programa

Figura#23: Comienzo de Programa.

(Fuente: Propia Excel)

Figura#24: Datos para Reactor Biológico.


95

Figura#25: Dimensiones del Reactor


Figura#26: Selección del Soplador


96

Figura#27: Datos para Sedimentador


Figura#28: Dimensiones Sedimentador


97

Figura#29: Calculo Vertedero


Figura#30: Calculo Cámara de Cloración


98

Figura#31: Calculo Lecho de Secado


99

4.6) Planos de la planta de tratamiento.

Plano #1: vista planta, de planta de tratamiento de agua residual.

Fuente: Propia.

100

Plano #2: vista planta, de planta de tratamiento de agua residual.

Fuente: Propia.

101

Plano #3: vista tridimensional, de planta de tratamiento de agua residual.

Fuente: Propia.

102

Plano #4: vista tridimensional, de planta de tratamiento de agua residual.

Fuente: Propia.

103

Plano #5: vista tridimensional, de sedimentador.

Fuente: Propia.

104

Plano #6: vista tridimensional, de cámara de cloración y sedimentador.

Fuente: Propia.

105

Plano #7: vista tridimensional, de rejilla y reactor biológico.

Fuente: Propia.

106

Plano #8: vista tridimensional, de sedimentador.

Fuente: Propia.

107

Plano #9: viste corte, de planta de tratamiento.

Fuente: Propia.

CAPÍTULO V: Conclusiones y Recomendaciones.

109

5.1) Conclusiones

Dentro de la investigación presentada se definieron cada uno de los

procesos más significativos de la planta de tratamiento de aguas residuales

objeto del presente trabajo de grado, los cuales son: el sistema de aireación,

sedimentación, y purificación. En el primer proceso del sistema de aguas

residuales encontramos la aireación que se realiza dentro del “Reactor

Biológico” y su función es el de soplar oxigeno mediante el uso de tuberías

perforadas con el propósito de separar el material orgánico o lodo. El agua

resultante de esta etapa es transportada al segundo proceso que es el de

sedimentación, en este tanque se terminan de separar el agua del material

orgánico o lodo, lográndose de esta manera que el lodo quede en la parte

inferior del tanque y el agua en la superior, el material orgánico o lodo se

devuelve mediante un sistema de tuberías que lo succionan para regresarlo

al reactor y cumplir la función de matar a los organismos infecciosos del

nuevo lodo, el agua pasa al tercer proceso que es el de purificación donde

se utiliza el cloro para desinfectarla, pasa por un conjunto de canales

logrando alcanzar un grado de pureza del agua recomendada para ser

reutilizada, ya terminado este proceso el agua está lista para ser vertida o su

utilización de aguas grises para riego de áreas verdes o limpieza de canchas

múltiples. En todos los procesos de la planta su cálculo y dimensionado se

cumplió con el objetivo deseado, con la finalidad de purificar el agua residual

para su uso posterior o disposición final no contaminante.

La planta de tratamiento de aguas residuales, a ser desarrollada y construida

bajo los parámetros provenientes del cálculo y dimensionado descritos en el

capítulo IV en el diagrama de flujo para el manejo de la hoja de calcula

realizada. Cada uno de ellos cumplen estrictamente con la demanda

biológica de oxigeno establecida bajo los parámetros físicos y químicos de el

decreto N°883 de la Gaceta Oficial Nº 5.021 Extraordinario publicado el 11

de octubre de 1995.

110

El modo de empleo del aire dentro del sistema de tratamiento de aguas, se

logra en el presente proyecto a través de la utilización de dos sopladores por

cada reactor, calculados y diseñados mediante la formulación indicada en el

capítulo IV.

Las dimensiones de la planta de tratamiento para aguas residuales fueron

calculadas mediante la ayuda de una hoja de cálculo diseñada en Excel,

para determinar las dimensiones de los tanques y otras características

expresadas en la investigación presentada.

Fueron definidos un conjunto de procedimientos para los operadores de la

planta de tratamiento, con la finalidad de garantizar el resolver situaciones

inherentes a la problemática operacional y de mantenimiento que garanticen

la integridad del sistema de tratamiento y su proyección de vida útil. Con

especial énfasis en el disminuir o eliminar los accidentes mecánicos durante

el manejo de los equipos automáticos de la planta. El operador debe

considerar todas las medidas de seguridad recomendadas, para mantener

bajo control y como un adicional a este objetivo, el minimizar los riesgos

eléctricos, mecánicos y riesgos a contraer enfermedades indicados en el

aparte específico del presente trabajo de grado.

Se presento un plan de mantenimiento que debe ser aplicado por el

operador de la planta, empleado en los siguientes equipos: aireación, reactor

biológico, sedimentador, clorador, lecho de secado. Para procedimientos de

parada programada, de emergencia o bajo interrupciones de la energía

eléctrica.

111

5.2) Recomendaciones

Se recomienda como parte del objetivo, compartido no solo por el presente

trabajo de grado sino por las autoridades ambientales de la “República

Bolivariana de Venezuela”, y establecido de sanidad, higiene y protección

ambiental : el implementar, desarrollar, construir y poner en servicio esta

planta de tratamiento de aguas residuales.

Se recomienda, cuando el presente trabajo forme parte de los antecedentes

de consulta obligada, promover en futuros trabajos de grado el mantener

como objetivo general el que la difusión e implementación de estos sistemas

de tratamiento para aguas residuales, sea de obligatorio cumplimiento para

todos los desarrollos urbanísticos habitacionales donde los sistemas de

sépticos y sumideros, los estudios de ingeniería, establezcan su factibilidad

de sustitución y/o reemplazo.

Se recomienda, promover como acción didáctica relacionada con el sembrar

y cultivar la cultura del mantenimiento de estas instalaciones dentro del

ámbito de formación universitaria de profesionales de la ingeniería, y con la

finalidad de crear una sólida conciencia en garantizar la efectiva operación y

cumplimiento del período de diseño de su vida útil de estas instalaciones, el

establecer cada uno de los aspectos tratados al respecto, en el presente

trabajo.

112

Bibliografía

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Tesis de Grado; Manual para la selección de plantas compactas para el

tratamiento de aguas servidas en desarrollos urbanos.

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Grado; Diseño de Planta de Tratamiento de aguas negras, Universidad Católica

Andrés Bello, Caracas- Venezuela.

Ing. Fernando Núñez Calderón; Diseño y cálculo de una planta de

tratamiento de aguas servidas domesticas de una urbanización; Caracas-

Venezuela, Colegio de Ingenieros de Venezuela.

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urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, estado Guárico ... · to the Extraordinary Venezuelan Gazette No. 4044. Taking into consideration that it is a very high value of service,