Curso XXXIII sobre Tratamiento de Aguas Residuales y … · 2015. 12. 2. · Curso XXXIII sobre...
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Curso XXXIII sobre Tratamiento de Aguas Residuales y Explotación de Estaciones Depuradoras
DIMENSIONAMIENTO DE UNA ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES (EDAR)
PROFESOR: Jaime La Iglesia Gandarillas [email protected]
- Población (P): 100.000 habitantes (hab)
- Dotación por habitante (d): 285 l/hab/día
- Coeficiente de retorno 84%-85% Ya se incluyen los retornos por
sobrenadantes (entorno del 4-5%)
- Carga de DBO5: 50-75 gr/hab/día
- Carga de SS: 50-90 gr/hab/día
- Carga NTK: 8-14 gr/hab/día
DATOS DE PARTIDA
Habitantes equivalentes Dotación abastecimiento
< 20.000 150-200 l/hab/día
20.000 - 50.000 200-250 l/hab/día
> 50.000 250-300 l/hab/día
CAUDALES
El caudal medio viene dado por la fórmula:
𝑄𝑚 =𝑃 𝑥 𝑑
24 𝑥 103 𝐶𝑟 (𝑚3/ ℎ)
𝑄𝑚 =100.00 𝑥 285
24 𝑥 103 0,84 = 1.000 (𝑚3/ ℎ)
El caudal punta se puede calcular aplicando un coeficiente calculado por la fórmula de
Harmon:
𝑄𝑝 = 𝑄𝑚 𝑥 1 + 14
4 + √𝑃 (𝑚3/ ℎ)
𝑄𝑝 = 𝑄𝑚 𝑥 1 + 14
4 + √100 (𝑚3/ ℎ) = 2.000(𝑚3/ ℎ)
P= población en miles de habitantes
Para el caudal máximo o punta con lluvia se considera un coeficiente de 3:
𝑄𝑚𝑥 = 3𝑥𝑄𝑚 𝑥 (𝑚3/ ℎ) = 3.000(𝑚3/ ℎ)
El caudal mínimo se considera un coeficiente de 0,4:
𝑄𝑚𝑛 = 0,4𝑥𝑄𝑚 𝑥 (𝑚3/ ℎ) = 400(𝑚3/ ℎ)
PRETRATAMIENTO Y DECANTACIÓN PRIMARIA:
- Caudal medio: 1.000 m³/h
- Caudal mínimo: 400 m³/h
- Caudal punta: 2.000 m³/h
- Caudal máximo: 3.000 m³/h
BIOLÓGICO
- Caudal medio de dimensionamiento: 1.000 m³/h
- Caudal punta (será el máximo a tratar): 2.000 m³/h
En el biológico no se considera caudal con lluvia, por lo tanto el caudal
punta será el máximo a tratar
CAUDALES ENTRADA
ATV A 131E (punto 4.1)
La CARGA de dimensionamiento de la EDAR, (kg/día de
DBO5), se determinan como el máximo de los valores
medios de períodos de tiempo que se corresponden con la
edad del fango.
A partir de 50.000 habitantes hacer analítica previa. Si es
posible siempre mediante muestra compuesta, 24 horas
una semana completa.
CONTAMINACIÓN
NORMA COMUNITARIA 91/271/CEE (capítulo 4)
La carga se calculará a partir del máximo registrado de la
carga semanal media durante un año, sin tener en cuenta
situaciones excepcionales como, por ejemplo, una lluvia
intensa.
CONTAMINACIÓN
- DBO5 (gr/habitante por día):
Contaminación media (mg/l) x dotación
1.000
Si no se tienen análisis, los datos de contaminación que se pueden usar son los siguientes:
a) Zonas residenciales, red separativa: 50 gr/hab/día
b) Núcleos de población, red separativa: 60 gr/hab/día
c) Núcleos de población, red unitaria: 75 gr/hab/día
- SS (gr /habitante por día):
Contaminación media (mg/l) x dotación
1.000
Si no se tienen análisis, los datos de contaminación que se pueden usar son los siguientes:
a) Zonas residenciales, red separativa: 50 gr/hab/día
b) Núcleos de población, red separativa: 75 gr/hab/día
c) Núcleos de población, red unitaria: 90 gr/hab/día
- Carga de DBO5: 75 gr/hab/día; 7.500 kg/día
- Carga de SS: 90 gr/hab/día; 9.000 kg/día
- DBO5 = 312,5 mg/l
- SS = 375 mg/l
- NTK = 40 mg/l
- P = 15 mg/l
En estas concentraciones ya están considerados el incremento por
sobrenadantes y posibles vertidos de industrias
CONTAMINACIÓN ENTRADA
- DBO5: 25 mg/l
- SS: 35 mg/l
- NT: 10 mg/l (15 ppm hasta 100.000 h-e)
- NO3: 8 mg/l
En algunos pliegos se especifica límite de nitratos. Esto es debido que en las
plantas con nitrificación el nitrógeno no utilizado por las bacterias se oxida
a nitritos y rápidamente a nitratos. La cantidad de nitrógeno no se alteraría
salvo que desnitrifiquemos en un selector anóxico.
- P: 1 mg/l (2 ppm hasta 100.000 h-e)
- Sequedad del fango 20% materia seca (MS)
- Reducción de sólidos volátiles > 40%
- pH: 6-8
- Si hay desinfección: en Viveros oxidación avanzada 2,2 ufc e.coli/100 ml
RESULTADOS A OBTENER
LINEA DE TRATAMIENTO PROPUESTA
Nº DE HABITANTES EQUIVALENTES
< 10.000 de 10.000 a 30.000 de 30.000 a 50.000 de 50.000 a 200.000
PROCESO CONVENCIONAL DE FANGOS ACTIVADOS
AIREACION PROLONGADA
LECHOS BACTERIANOS
BIODISCO
S
BIOCILÍN
DROS
BIOFILTROS
Tipo de
población
Nº de habitantes equivalentes
< 10.000 de 10.000 a
20.000 de 20.000 a
50.000 de
50.000 a 200.0
00
Estable
1 línea
1 línea
2 líneas iguales ≥ 2
líneas igua
les Variable
estacional
1 línea
2 líneas iguales
2 líneas iguales ≥ 3
líneas igua
les
LINEA DE TRATAMIENTO PROPUESTA
LINEA DE AGUA:
- Aliviadero y derivación (by-pass) general (1)
- Pozo de gruesos (1)
- Rejas y tamices de desbaste (3)
- Desarenado-desengrasado (2)
- Decantación primaria (2)
- Aliviadero y medición de caudal
- Biológico media carga (fangos activos) con reducción de
nutrientes (2)
- Decantación secundaria (2)
- Recirculación de fangos interna y externa
- Medición caudal salida planta
LINEA DE TRATAMIENTO PROPUESTA
LINEA DE FANGOS:
- Tamizado de fangos primarios
- Espesador fangos primarios por gravedad (2)
- Espesador fangos biológicos por flotación (1)
- Cámara de mezcla (1)
- Digestión anaerobia de fangos (2)
- Deshidratación del fango mediante centrífugas
LINEA DE BIOGAS:
- Línea de acero inoxidable para recogida de gas
- Gasómetro de membrana (1)
- Calderas con quemadores de biogás para calentamiento de fangos
a través del intercambiador de calor
- Motogeneradores
- Alternadores
- Energía eléctrica
Q
DESBASTE RESIDUOS
ARENAS
GRASAS
DESARENADO
DESENGRASADO
AIRE
ESPUMAS
Y FLOTANTES
MEDIDA DE
CAUDAL
DECANTACION
PRIMARIA
Se puede poner antes o después del primario
SOBRENADANTES
FANGOS EN EXCESO
FANGOS MIXTOS
FANGOS RECIRCULADOS
Los fangos primarios a
espesamiento por gravedad
Los secundarios a
flotación
POZO DE FANGOS
FRESCOS
ESPESAMIENTO
BIOLÓGICO
DECANTACION
SECUNDARIA
RECIRCULACIÓN DE
FANGOS
DIGESTION
ANAEROBIA
TERCIARIO DIGESTION
ANAEROBIA.
FILTRADO
REACTIVOS
SECADO
MECANICO
EFLUENTE DE SALIDA Y
MEDIDA DE CAUDAL (SIEMPRE A LA SALIDA DE LA EDAR)
FANGO
SECO
SILOS
- La obra de llegada recoge el agua residual que nos llega por los
diferentes colectores ya sea por gravedad o bombeada.
- La red puede ser unitaria o separativa.
- Entre la entrada de la depuradora y antes del pretratamiento se alivian
caudales por encima de 5 Qmed. Entre el pretratamiento y el decantador
primario se alivian caudales por encima de 2- 3 Qmed. Lo anterior ya no
se suele hacer pues la mayoría de los planes hidrológicos obligan a
verter con un tratamiento primario previo. Posibilidad de estanques de
tormenta. Por último el caudal aliviado entre la salida del decantador
primario y la entrada del biológico será el necesario para poder tratar en
el biológico hasta 1,5-2 Qmed. La velocidad en las conducciones se
dimensionarán para velocidades 1 m/s con el objetivo de no condicionar
futuras ampliaciones de la EDAR.
OBRA DE LLEGADA, MEDICIÓN CAUDAL Y BYPASS GENERAL
OBRA DE LLEGADA, MEDICIÓN CAUDAL Y BYPASS GENERAL
Para dimensionar el pozo de gruesos los parámetros de diseño son la
carga superficial o velocidad ascensional, que relaciona la velocidad
de transporte del agua junto a la sedimentación de los sólidos, y el
tiempo de retención hidráulico necesario para que se depositen los
sólidos que queremos eliminar.
Cs = Q/S Conociendo el caudal y el límite de carga superficial se
obtiene la superficie que se ha de cumplir. TRH = V/Q como el tiempo
de retención tiene que ser mayor a un valor establecido, conociendo
el caudal y la superficie calculada se obtiene la altura (h) para
calcular el volumen definitivo V = S x h
OBRA DE LLEGADA, MEDICIÓN CAUDAL Y BYPASS GENERAL
Qmed Qmax
Carga Superficial< 100 250 m³/m²/h
Tiempo de Retención> 60 30 seg
POZO DE GRUESOS
POZO DE GRUESOS
POZO DE GRUESOS
POZO DE GRUESOS
POZO DE GRUESOS
CUCHARA BIVALVA ELECTROHIDRÁULICA
Producción de arenas estimada: 150 gr/m3
Caudal medio: 1.000 m3/h
Carga diaria: 3.600 Kg/día
Densidad: 1,30 T/m3
Volumen a retirar: 2,77 m3/dia
Operaciones estimadas al día: 24
Capacidad mínima de cuchara: 115,38 l
Capacidad de cuchara: 115 l
REJA DE MUY GRUESOS
REJA DE MUY GRUESOS
Desbaste de residuos en el pozo Reja de muy gruesos
Nº de unidades 2,00 ud
Ancho de la reja: 1,00 m
Altura de la reja: 1,00 m
Tipo de barrotes: Extraibles
Luz libre de paso: 10 cm
Ancho de barrotes: 1 cm
Nº de barrotes 10,00 ud
Sección de paso: 0,90 m2
Sistema de limpieza: Automático o manual
El desbaste consiste en unos equipos mecánicos en forma de reja, malla
o criba cuya función es limitar el paso de los residuos sólidos que llevan
las aguas residuales
DESBASTE
Mínima en canal Máxima en
canal
Máxima en
rejas
Ancho del
canal
Velocidad (m/s) >0,30 <1 <1,5 0,5-1,5 m
Rejas de
gruesos
Rejas de finos Tamices*
Luz de paso mm < 25 4-6 3-1
Ancho de barrotes mm < 10 4-6 3-1 (malla del tamiz)
* En el caso de falta de materia carbonada, se evitaría poner tamices, para no
comprometer el proceso de ND (nitrificación-desnitrificación)
DESBASTE
DESBASTE
DESBASTE
DESBASTE
DESBASTE
DESBASTE
NUMERO DE CANALES ACONSEJADO CON CAUDAL MÁXIMO
En Canal
Qmax
v= --------------- < 1,00 m/s ==> S > 0,83 m²
S
En Rejas
Qmax
v= ---------------- < 1,50 m/s ==> S > 1,59 m²
0,7 xS x 0,63
Superficie de Canal 0,46
Superficie mínima necesaria con Qmax 1,59
Número de canales necesarios, limpieza automática (n) 3,00
Número de canales adoptados (n) 3,00
COMPROBACIÓN DE VELOCIDADES CON Q máximo
En Canal
Canales en servicio 3
Qmax
v= --------------- = 0,77 m/s < 1,00 m/s O.K.
S x n
DESBASTE
COMPROBACIÓN DE VELOCIDADES CON Q punta
En Canal
Canales en servicio 3
Qpunta
v= --------------- = 0,51 m/s < 1,00 m/s O.K.
S x n
COMPROBACIÓN DE VELOCIDADES CON Q medio
En Canal
Canales en servicio 2
Qmed
v= --------------- = 0,39 m/s > 0,30 m/s O.K.
S x n
COMPROBACIÓN DE VELOCIDADES CON Q mínimo
En Canal
Canales en servicio 1
Qmin
v= --------------- = 0,31 m/s > 0,30 m/s O.K.
S x n
Los parámetros de diseño para el desarenado-desengrasado son la carga
superficial o velocidad ascensional, es decir la relación entre la
velocidad de transporte del agua que se opone a la sedimentación de
las arenas y el tiempo de retención hidráulico. Este tiempo debe ser el
necesario para que puedan sedimentar las partículas de un diámetro
mayor de 0,2 mm. Si se considera Qp la carga superficial < 25 m³/m²/h
DESARENADO-DESENGRASADO
Qmed Qmax
Carga Superficial< 10 35 m³/m²/h
Velocidad de paso < 0,15 0,30 m/s
Tiempo de Retención* > 15 5 min
Caudal de aire > 5 8 Nm³/m²/h
Sequedad de la arena > 90 %
Materia Orgánica arena < 6 %
DESARENADO-DESENGRASADO
DESARENADO-DESENGRASADO
DATOS DE DISEÑO
Caudal medio: 1.000 m³/h
Caudal punta: 2.000 m³/h
Caudal máximo: 3.000 m³/h
PARAMETROS DE DISEÑO
Carga superficial Tiempo de retención Hidráulico (TRH)
media: < 10 m³/m²/h medio: > 15 min
punta: < 25 m³/m²/h máximo: > 5 min
máxima: < 35 m³/m²/h
CALCULO DE LA SUPERFICIE NECESARIA
Para caudal medio
Qmed
Cs = -------------------- < 10 =====> S1 > 100,0 m²
S1
Para caudal punta
Qpunta
Cs = -------------------- < 25 =====> S2 > 80,0 m²
S2
Para caudal máximo
Qmax
Cs = -------------------- < 35 =====> S3 > 85,7 m²
S3
Superficie mínima necesaria: 100,0 m²
DESARENADO-DESENGRASADO
CALCULO DE LA ALTURA MINIMA
Para caudal medio
S x h1
TRH = ------------------- > 15 =====> h1 > 2,5 m
Qmed
Para caudal máximo
S x h2
TRH = ----------------- > 5 =====> h2 > 2,5 m
Qmax
Altura mínima necesaria: 2,5 m
PRODUCION DE ARENAS Y GRASAS
ARENAS GRASAS
Producción : 300 30 gr/m³
Carga diaria : 7.200 720 Kg/dia
Densidad : 1,3 1,1 T/m³
Volumen a retirar: 6 1 m³/dia
DESARENADORES 2,00 ud
Altura resguardo: 0,50 m
Superficie mínima = 100 m² Longitud: 12,00 m
Ancho desarenado: 3,00 m
Ancho desengrasado: 1,50 m
Altura aconsejable = 2,50 m Total ancho: 4,50 m
Volumen aconsejable Qmed= 250 m³ Ancho fondo: 2,00 m
Altura rectangular: 2,00 m
Altura trapezoidal: 1,00 m
Altura útil: 3,00 m
Diseño Adoptada
Unitaria Total Unitaria Total
Superficie mínima 50 100 m² 54 108 m²
Altura aconsejable 2,50 2,50 m 3,0 3,0 m
Volumen 128,83 257,7 m³ 146 292 m³
Carga superficial
Qmax < 35,00 m³/m²/h 27,78 m³/m²/h
Qpunta < 25,00 m³/m²/h 18,52 m³/m²/h
Qmedio < 10,00 m³/m²/h 9,26 m³/m²/h
Tiempo de retención
Qmax > 5,00 min 5,84 min
Qmedio > 15,00 min 17,52 min
PREAIREACION
Caudal aire diseño
medio: 5 Nm³/h/m²
máximo: 8 Nm³/h/m²
Para caudal medio
Q1
r = ------------------------- > 5 =====> Q1 > 540 Nm³/h
S
Para caudal máximo
Q2
r = -------------------------- > 8 =====> Q2 > 864 Nm³/h
S
Caudal necesario: 864 Nm³/h
Número de unidades instaladas:
La mayor parte de las sustancias en suspensión en las aguas residuales no se
retienen en el pretratamiento. La manera de separar esos sólidos del agua se
realiza mediante decantadores que pueden ser de forma circular o rectangular
DECANTACIÓN PRIMARIA
Qmed Qpunta Qmax
Carga Superficial < 1,3 2 3 m³/m²/h
Tiempo de Retención > 2 1 h
Calado en la vertical del vertedero 2,5-3,5 m
Velocidad sistema arrastre fangos < 120 m/h circulares
Velocidad sistema arrastre fangos < 60 m/h rectangulares
Tiempo retención fangos < 4 h
Rendimiento reducción DBO5* 30%
Rendimiento reducción SS* 65%
La concentración del fango puede variar entre 1-5%. La tendencia es ir a 1% para evitar problemas en
los tamices posteriores.
Decantadores circulares Ø <35 m serán de puente radial por gravedad con rasquetas
Decantadores circulares Ø >35 m serán de puente diametral por gravedad con rasquetas
La solera del decantador circular tiene forma de cono invertido con una pendiente del entorno de 1/12
El fango se recoge en la cubeta central.
Rectangulares normalmente ancho < 20 m y longitud < 100 m
DECANTACIÓN PRIMARIA
Partiendo de la Carga superficial Cs= Q/S se obtiene una superficie
mínima. Por otro lado con un tiempo de retención hidráulico
establecido TRH=V/Q se despeja un volumen mínimo y siendo V= S x h
se obtiene la altura, la tendencia es ir al menos a 3 metros. Una vez
definido el número de decantadores y su geometría se ajusta el
dimensionamiento hasta que cumpla por cargas y tiempos de retención.
DECANTACIÓN PRIMARIA
DECANTACIÓN PRIMARIA
DECANTACIÓN PRIMARIA
BALANCE DE MASAS EN DECANTACIÓN PRIMARIA
Balance de masas Entrada Eliminado Salida
SS: 9.000 kg/día 5.850 3.150 kg/dia
DBO5: 7.500 kg/día 2.250 5.250 kg/dia
Concentración en agua decantada:
SS: 131,25 ppm
DBO5: 218,75 ppm
RENDIMIENTOS DE DECANTACION PRIMARIA
Rendimientos de eliminacion previstos:
SS: 65 %
DBO5: 30 %
DECANTACIÓN PRIMARIA