Diseño planta de aguas residuales corrcto

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Diseño planta de aguas residuales corrcto

  1. 1. UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS INGENIERIA AMBIENTAL “DISEÑO DE UNA PLANTA TRATADORA DE AGUAS RESIDUALES PARA EL EDIFICIO 6 DEL FRACCIONAMIENTO EL VERGEL, DE POZA RICA DE HIDALGO VERACRUZ” PRESENTAN: ARELLANO DE LEÓN LARISSA BADILLO HERNÁNDEZ SUGEY MADAHI IBARRA BAÑUELOS LUZ CRISTINA RUIZ ZAMORA EVELIN SEGURA HERNÁNDEZ ARTURO VÁZQUEZ ROSALES ALDO CARDENETE VÁZQUEZ RENE EVERARDO DISEÑO DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DR. ISRAEL HERNÁNDEZ ROMERO POZA RICA DE HGO, VERACRUZ, DICIEMBRE 2014
  2. 2. CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1 LAS CIFRAS DE AGUA EN MÉXICO. El agua fresca es un recurso finito y las provisiones fácilmente accesibles se están volviendo menos abundantes. Con la escasez del agua ya como una realidad en muchas partes del mundo, se espera que la población y el ingreso junto con los impactos del cambio de clima exacerben aún más este asunto. El logro de soluciones sustentables se compone de las demandas de energía para obtener, almacenar y producir una fuente de agua segura, desde bombear el agua hasta fabricar los químicos y los materiales utilizados a través del proceso. Y a medida que la sociedad desarrolla fuentes de agua menos deseables para lograr satisfacer la creciente demanda, se espera que la cantidad de energía involucrada en nuestra fuente de agua aumente. En consecuencia, existe la necesidad de desarrollar estrategias innovadoras de manejo de agua (por ejemplo, manejo de cuencas sustentables, conservación de agua y prácticas de reutilización de agua) para lograr satisfacer la demanda global de agua potable segura. La cantidad de agua que hay en la Tierra alcanza los 1,385 millones de km3. Sin embargo, menos del 3% de esta cantidad es agua dulce y de este total apenas el 0. 3% es agua superficial. Actualmente existen más de 28 países que se pueden considerar con problemas de escasez de agua, pues cuentan con una dotación menor a los 1,000 m3por habitante al año, cifra considerada como crítica en cuanto a oferta del recurso se refiere; México se encuentra en un nivel medio con una disponibilidad de agua per capita de 5,000 m3 por año. La demanda de agua continúa creciendo como consecuencia del incremento de la población: actualmente, la dotación per cápita a nivel mundial es 33% inferior a la que existía en 1970 y, a partir de entonces, cerca de 1,800 millones de personas se han sumado a la población mundial. Del total de agua dulce utilizada en el mundo, se estima que el 65% se destina para riego agrícola, el 25% para la industria y el 10% para consumo doméstico, comercial y otros servicios urbanos municipales, mientras que en México aproximadamente el 83% del volumen total de agua se destina al riego,12% al abastecimiento de agua para uso doméstico, 3% al uso industrial y el 2% restante a la acuacultura.
  3. 3. En el mundo, 1.4 miles de millones de personas viven sin agua potable para consumo doméstico y 7 millones de personas al año mueren por enfermedades relacionadas con el agua; en México el 16.5% de las poblaciones viven sin agua potable para consumo doméstico. La mitad de los ríos del planeta están seriamente contaminados. En México, el 68% de las aguas superficiales presentan problemas de contaminación, de éstas, la cuenca Lerma-Chapala-Santiago es una de las de mayor índice de contaminación en el país. .  360 litros de agua consume diario en promedio cada mexicano.  70% es extraída del subsuelo.  10.6 millones de personas no cuentan con agua potable en México.  Entre 30 y 50% del agua para abastecimiento público se pierde en fugas.  17% de agua potable es para uso industrial y comercial.  46% es para uso doméstico.  37% pertenecen a tomas clandestina.  106 de 122 es el lugar que ocupa México en calidad mundial de agua.  80% de agua en buena calidad se encuentra en los acuíferos.  27% de las aguas superficiales son de calidad aceptable.  24% de ésas no se usan porque están muy contaminadas.  Porcentaje del agua en México utilizada para uso agropecuario: 77%.  Porcentaje del agua en México para abastecimiento público: 13%.  Porcentaje del agua en México utilizada para industria autoabastecida: 10%.  Porcentaje del agua asignada para el riego que regresa al ciclo hidrológico sin ser aprovechada en la agricultura: 54%.  Porcentaje del agua subterránea que se extrae para la agricultura y que no llega a utilizarse en las parcelas por ineficiencia en la conducción: entre 40% y 60%.  Número de veces que representa, frente al abastecimiento público, el volumen de agua extraída para la agricultura y que no llega a utilizarse: 3.  Porcentaje de cobertura nacional de agua potable: 89.2%.  Millones de personas en México que no cuentan con agua potable: 10.6.  Porcentaje de la población mexicana con acceso a alcantarillado: 77%.  Millones de personas que no carecen de servicio de alcantarillado en México: 22.9.  Porcentaje de la población rural en México con acceso a alcantarillado: 37.9%.  Porcentaje de aguas residuales captadas en los centros urbanos que es tratada: 27.6%.  Porcentaje de agua para abastecimiento público que se pierde en fugas: entre 30% y 50%.
  4. 4.  Número de veces en que la contaminación de agua que genera la industria supera a la contaminación de 100 millones de habitantes: 3.  Presas en México: 4000.  Grandes presas en México: 667.  Porcentaje de la disponibilidad natural de agua que se aprovecha con esa infraestructura en presas: 15%.  Porcentaje de los cuerpos de agua en México que presentan algún signo de contaminación: 70%.  Número de acuíferos, de los 653 identificados en México, que están sobreexplotados: 102.  Número de acuíferos sobreexplotados en 1975: 32.  Lugar que ocupa México, de un total de 122 países, en lo que se refiere a la calidad del agua: 106.  Porcentaje de agua de buena calidad en los acuíferos: 80%.  Porcentaje de las aguas superficiales de México que son de calidad aceptable: 27%.  Porcentaje de esas aguas superficiales que tienen tal nivel de contaminación que es imposible darle algún uso directo: 24%. Fig. 1.1 Disponibilidad natural de agua media percapita.
  5. 5. Tabla 1.1 Porcentaje de la población con servicio de agua potable por entidad federativa, 1990, 2000,2005 y 2010. Entidad federativa 1990 2000 2005 2010 Estados Unidos Mexicanos 77.1 85.2 88.5 88.7 Aguascalientes 95.1 97.4 97.6 98 Baja California 80 90.5 94.1 95.3 Baja California Sur 87.4 88 86.5 88.1 Campeche 67.8 80.7 85.3 85 Coahuila de Zaragoza 89.9 94.2 96 96.8 Colima 91.4 94.6 97.1 97.3 Chiapas 53.8 69.3 71.7 73.8 Chihuahua 86.5 92.9 93.5 94.9 Distrito Federal 95.7 97.6 98.1 97.5 Durango 83.6 91 91.3 92.9 Guanajuato 81.6 89.3 92.7 91.9 Guerrero 52.1 60.9 64.5 62 Hidalgo 65.1 80.3 85.9 87.2 Jalisco 85.1 89.9 93.4 94.6 México 83.6 90.7 93.2 92.2 Michoacán de Ocampo 75.4 83.5 88.7 88.1 Morelos 86.1 86.9 89.6 87.6 Nayarit 80.7 85.5 89.9 88.3 Nuevo León 88.2 94.2 95.5 96.9 Oaxaca 51.8 66.4 71.4 69.8 Puebla 67.6 78.1 84.4 83.8 Querétaro 79 89.3 90.6 91.9 Quintana Roo 81.1 90.8 93.7 91.7 San Luis Potosí 64.1 76.9 82.4 83.1 Sinaloa 78.4 85.8 90.4 90.3 Sonora 89.6 92.3 94.2 94.4 Tabasco 57.6 69.9 75.2 73.8
  6. 6. Tamaulipas 79.5 91.1 94 95.1 Tlaxcala 88.2 91.2 96.5 95.6 Veracruz de Ignacio de la Llave 57 66.7 73.8 76.3 Yucatán 70.8 90.1 93.6 94.4 Zacatecas 73.7 84.5 92.2 91.7 FUENTE: INEGI. Porcentaje de viviendas particulares habitadas con disponibilidad de agua por entidad federativa, 1990 a 2010. Tabla 1.2 Porcentaje de viviendas particulares habitadas con disponibilidad de drenaje por entidad federativa, 1990 a 2010. Entidad federativa 1990 2000 2005 2010 Estados Unidos Mexicanos 62 75.4 85.8 89.1 Aguascalientes 85.8 94.2 97 97.8 Baja California 66.7 81.4 90.8 93.7 Baja California Sur 65.5 80.7 90.8 94.2 Campeche 46.6 63.4 80.6 85.7 Coahuila de Zaragoza 68.4 83.5 92.2 95.6 Colima 81.1 92.6 98.4 98.7 Chiapas 38.5 57.5 74.5 80.4 Chihuahua 66.2 84.9 91.3 93.2 Distrito Federal 93.3 97.7 98.9 99.2 Durango 53.3 72.4 84.2 88.3 Guanajuato 57.9 74.3 85.4 89.3 Guerrero 34.8 46.8 62.5 71.7 Hidalgo 40.9 62 78.7 83.4 Jalisco 79.9 89.6 95.7 96.9 México 72.2 82.7 90.3 92 Michoacán de Ocampo 53.2 66.4 82.1 85.4 Morelos 63.6 79.2 90.4 92.4 Nayarit 56.7 77.7 91.3 93.5
  7. 7. Nuevo León 80.9 90.8 96.1 97.2 Oaxaca 27.7 42.3 61.1 69.6 Puebla 45.5 60.7 78.2 84.9 Querétaro 56.9 74.9 87.1 91 Quintana Roo 57.6 83.3 91 94 San Luis Potosí 48.1 61.2 75.9 80.5 Sinaloa 53.8 71.9 86.2 90.9 Sonora 65.2 78.9 87.4 90 Tabasco 60.9 82 91.8 91.7 Tamaulipas 59.2 74.2 84 88.1 Tlaxcala 55 79.3 89.1 92.8 Veracruz de Ignacio de la Llave 47.8 61.7 75.7 80.2 Yucatán 46.2 58.2 71.7 80.1 Zacatecas 46.3 68.2 84.4 89 FUENTE: INEGI. Porcentaje de viviendas particulares habitadas con disponibilidad de drenaje por entidad.
  8. 8. 1.2 TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES El agua residual es un tipo de agua que no tiene valor inmediato para el fin para el que se utilizó ni para el propósito para el que se produjo debido a su calidad, cantidad o al momento en que se dispone de ella. No obstante, las aguas residuales de un usuario pueden servir de suministro para otro usuario en otro lugar. Las aguas de refrigeración no se consideran aguas residuales. (FAO). Tabla. 1.3 Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y sus procedencias.
  9. 9. Fuente. Manual de procedimientos. DOP. CEA Jalisco. El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano. El propósito del tratamiento de aguas es el de proporcionar agua potable que tenga buen sabor. El agua potable se refiere al agua que es saludable para el consumo humano y que está libre de microorganismos dañinos y de compuestos orgánicos e inorgánicos que causen efectos fisiológicos adversos o que no saben bien. El buen sabor describe el agua que es estéticamente aceptable para beber o que está libre de turbiedad, color, olor y sabor objetables. El agua que tiene buen sabor puede no ser segura. El objetivo del tratamiento de las aguas residuales es producir efluente reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reutilización. Es muy común llamarlo depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables. Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías - y eventualmente bombas - a una planta de tratamiento municipal. Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial de sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados esos materiales por equipo especial; posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos como la arena) seguido de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separe los sólidos suspendidos existentes en el agua residual. Para eliminar metales disueltos se
  10. 10. utilizan reacciones de precipitación, que se utilizan para eliminar plomo y fósforo principalmente. A continuación sigue la conversión progresiva de la materia biológica disuelta en una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en estas aguas. Una vez que la masa biológica es separada o removida (proceso llamado sedimentación secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos adicionales (tratamiento terciario) como desinfección, filtración, etc. El efluente final puede ser descargado o reintroducido de vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc.). Los sólidos biológicos segregados experimentan un tratamiento y neutralización adicional antes de la descarga o reutilización apropiada. Fig.1.2 Esquema de una planta de tratamiento de aguas convencional.
  11. 11. 1.3 TRATAMIENTO PRELIMINAR Secuencia de unidades de tratamiento encargadas de modificar la distribución del tamaño de partículas presentes en el agua residual. El tratamiento preliminar prepara las aguas residuales para más tratamiento.  Se utiliza para eliminar espuma aceitosa, escombros flotantes y arenilla, los cuales pueden inhibir los procesos ecológicos y dañar el equipo mecánico.  Los tanques ecualizadores se utilizan para balancear flujos o carga orgánica.  Los efluentes industriales pueden requerir adicionalmente pretratamiento físico-químico para la eliminación de amonio-nitrógeno (extracción con aire), ácidos/bases (neutralización), metales pesados (oxidación/ reducción, precipitación) o aceites (flotación de aire disuelto).  Acondiciona el agua residual para ser tratada en las siguientes etapas de proceso de tratamiento.  Remueve materiales que pueden interferir con los equipos y procesos de tratamiento de aguas abajo.  Reduce la acumulación de materiales en los procesos ubicados aguas abajo del tratamiento preliminar. 1.3.1 Operaciones utilizadas en el tratamiento preliminar  Dilaceración  Filtración  Flotación  Tanque Imhoff  Mezcla  Tamizado grueso  Tamizado fino Tamizado grueso Primera operación unitaria en una planta de tratamiento de aguas residuales. Se emplean equipos para interceptar y retener solidos gruesos presentes en el agua residual cruda.  Rejillas manuales  Rejillas mecánicas
  12. 12. Fig. 1.3 Ejemplo de rejilla utilizada en el tratamiento preliminar. 1.3 TRATAMIENTO PRIMARIO La meta del tratamiento primario es la de remover los sólidos mediante el asentamiento de la gravedad inactiva. Típicamente, el agua residual doméstica es mantenida por un periodo de aproximadamente 2 horas. Los tanques de asentamiento, también referidos como tanques de sedimentación o clarificadores, pueden ser ya sea rectangular o circular. Durante la sedimentación, los sólidos se asientan en el fondo del tanque, en donde son recolectados como un lodo liquido sólido. El tratamiento primario es para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos. Este paso está enteramente hecho con maquinaria, de ahí que se conoce también como tratamiento mecánico. El tratamiento primario remueve alrededor de 60% de los sólidos suspendidos (TSS), 30% de BOD y 20% de fósforo (P). El BOD y el fósforo removidos en esta etapa están principalmente en su fase de partículas (esto es, parte del TSS).Cualquier BOD, N o P disuelto pasará a través del tratamiento primario y entrará al tratamiento secundario. Los coagulantes pueden añadirse para mejorar la eliminación de materia de partículas. Esto puede reducir los costos de energía global requeridos durante el segundo tratamiento para convertir biológicamente estas partículas a CO2, agua y nueva biomasa.
  13. 13. Remoción de sólidos La remoción de los sólidos habitualmente se realiza mediante el cribado. Los sólidos que se remueven son de gran tamaño, por ejemplo, botellas, palos. Con esto se evita tener problemas en la planta de tratamiento de aguas, ya que si no se remueven estos sólidos pueden llegar a tapar tuberías o dañar algún equipo. Remoción de arena Esta etapa incluye un canal de arena donde la velocidad de las aguas residuales es cuidadosamente controlada para permitir que la arena y las piedras de ésta tomen partículas, pero todavía se mantiene la mayoría del material orgánico con el flujo. Este equipo es llamado colector de arena. La arena y las piedras necesitan ser quitadas a tiempo en el proceso para prevenir daño en los equipos. Sedimentación Se llevaba a cabo en tanques comúnmente llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios. Los tanques son lo suficientemente grandes, tal que los sólidos fecales pueden situarse y el material flotante como la grasa y plásticos pueden levantarse hacia la superficie y desnatarse. El propósito principal de la etapa primaria es producir un líquido homogéneo capaz de ser tratado biológicamente y unos fangos o lodos que pueden ser tratados separadamente. Los tanques primarios de asentamiento se equipan generalmente con raspadores conducidos mecánicamente que llevan continuamente los fangos recogidos hacia una tolva en la base del tanque donde, mediante una bomba, se pueden llevar hacia otras etapas del tratamiento. Fig. 1.4 Tanque se sedimentación circular cónico.
  14. 14. 1.4 TRATAMIENTO SECUNDARIO El tratamiento secundario (el cual es una forma de tratamiento biológico) utiliza microorganismos para descomponer estas moléculas de alta energía. Existen dos enfoques básicos para el tratamiento biológico, difiriendo en la manera en la que el desecho es llevado a hacer contacto con los microorganismos en los reactores de crecimiento suspendido, los organismos se adjuntan a una estructura de soporte y el agua residual se pasa sobre los organismos. El tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el contenido biológico del agua residual, el cual deriva los desechos orgánicos provenientes de residuos humanos, residuos de alimentos, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales utilizan procesos biológicos aeróbicos para este fin. Tratamiento biológico Objetivos principales:  Estabilizar la materia orgánica.  Coagular y remover los sólidos coloidales que no sedimentan. El tratamiento biológico comprende:  Conversión de materia orgánica carbonácea disuelta y en estado coloidal en diferentes gases y tejidos celulares.  Formación de copos biológicos compuesto de materia celular y de los coloides orgánicos presentes en las aguas residuales.  Subsecuente remoción de dichos solidos por sedimentación por gravedad. Humedales artificiales  Los humedales utilizados para la remoción de contaminantes de las aguas residuales son además sencillos de operar y no requieren de energía eléctrica para funcionar, como es el caso de los mecanizados, por lo que los costos de tratamiento son hasta 300 por ciento más bajos.  En este caso los lodos que se acumulan en el sustrato forman biomasa vegetal que incrementará la producción de oxígeno, elemento que optimiza la remoción de contaminantes de las aguas residuales.
  15. 15. Los mecanismos involucrados en la eliminación de los principales contaminantes presentes en las aguas residuales urbanas, mediante el empleo de humedales artificiales son:  Eliminación de sólidos en suspensión mediante procesos de sedimentación, floculación y filtración.  Eliminación de materia orgánica mediante los microorganismos presentes en el humedal, principalmente bacterias, que utilizan esta materia orgánica como sustrato.  Eliminación de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, principalmente mediante mecanismos de nitrificación – desnitrificación y precipitación.  Eliminación de patógenos mediante adsorción, filtración o depredación.  Eliminación de metales pesados como cadmio, cinc, cobre, cromo, mercurio, selenio, plomo, etc. Filtración La filtración de arena retiene gran parte de los residuos de materia suspendida. El carbón activado sobrante de la filtración retiene las toxinas residuales. El tratamiento de lagunas proporciona sedimentación y mejora biológica adicional por almacenaje en charcos o lagunas artificiales. Se trata de una imitación de los procesos de autodepuración que un río o un lago somete las aguas residuales de forma natural. Estas lagunas son altamente aerobias y se da a menudo la colonización por macrofitos nativos, especialmente cañas. Desbaste Consiste habitualmente en la retención de los sólidos gruesos del agua residual mediante una reja, manual o autolimpiable, o un tamiz, habitualmente de menor paso o luz de malla. Esta operación no solo reduce la carga contaminante del agua a la entrada, sino que permite preservar los equipos como conducciones, bombas y válvulas, frente a los depósitos y obstrucciones provocados por los sólidos, que habitualmente pueden ser muy fibrosos: tejidos, papeles, etc. Fangos activados o lodos activados Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas de material y puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en última instancia a gas nitrógeno.
  16. 16. Placas rotativas y espirales En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biótico que proporciona el substrato requerido. Reactor biológico de cama móvil El reactor biológico de cama móvil asume la adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos para que se adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. Las ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son: 1) Mantener una alta densidad de población de biomasa. 2) Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la concentración del licor mezclado de sólidos (MLSS). 3) Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos (RAS). Filtros aireados biológicos Filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye usualmente un reactor lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión o apoyados por una capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es soportar altamente la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del filtro. Reactores biológicos de membrana MBR es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto con un proceso de fangos. Esta tecnología garantiza la remoción de todos los contaminantes suspendidos y algunos disueltos. La limitación de los sistemas MBR es directamente proporcional a la eficaz reducción de nutrientes del proceso de fangos activos. Sedimentación secundaria El paso final de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los flóculos biológicos del material de filtro, y producir agua tratada con bajos niveles de materia orgánica y materia suspendida. En una planta de tratamiento rural, se realiza en el tanque de sedimentación secundaria.
  17. 17. Fig. 1.5 Tanque de sedimentación secundaria. 1.5 TRATAMIENTO TERCIARIO El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar, río, lago, campo, etc.). Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el proceso final, es siempre llamada pulir el efluente. 1.7 REMOCIÓN DE NUTRIENTES El paso final antes de medir el flujo y descargarlo hacia el agua receptora es la desinfección. El propósito de la desinfección es el de asegurar la eliminación de organismos patógenos. Esto se logra más comúnmente por la adición de hipoclorito de sodio líquido, dióxido de cloro o gas de cloro; la generación en sitio de hipoclorito; ozonización o exposición a luz ultravioleta. Durante la aireación, el oxígeno es transferido de una fase gaseosa a la fase liquida. Las aguas residuales pueden contener también altos niveles de los nutrientes nitrógeno y fósforo. Eso en ciertas formas puede ser tóxico para peces e invertebrados en concentraciones muy bajas (por ejemplo amoníaco) o puede crear condiciones insanas en el ambiente de recepción (por ejemplo: mala hierba o crecimiento de algas). Las algas pueden producir toxinas, y su muerte y consumo por bacterias (decaimiento) pueden agotar el oxígeno en el agua y asfixiar peces y otra vida acuática. Cuando se recibe una descarga de los ríos a los lagos o a los mares bajos, los nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas perdiendo muchos peces sensibles a la contaminación en el agua.
  18. 18. La remoción del nitrógeno o del fósforo de las aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitación química o biológica. La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del amoníaco a nitrato (nitrificación que implica nitrificar bacterias tales como Nitrobacter y Nitrosomonus), y entonces mediante la reducción, el nitrato se convierte en nitrógeno gaseoso (desnitrificación), que se envía a la atmósfera. La oxidación anaeróbica se define como aquella en que la descomposición se ejecuta en ausencia de oxígeno disuelto y se usa el oxígeno de compuesto orgánico, nitratos y nitritos, los sulfatos y el CO2, como aceptador de electrones. En el proceso conocido como desnitrificación, los nitratos y nitritos son usados por las bacterias facultativas, en condiciones anóxicas, condiciones intermedias, con formación de CO2, agua y nitrógeno gaseoso como productos finales. Desinfección El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir substancialmente el número de organismos vivos en el agua que se descargará nuevamente dentro del ambiente. La efectividad de la desinfección depende de la calidad del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.), del tipo de desinfección que es utilizada, de la dosis de desinfectante (concentración y tiempo), y de otras variables ambientales. El agua turbia será tratada con menor éxito puesto que la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los tiempos del contacto son bajos. Generalmente, tiempos de contacto cortos, dosis bajas y altos flujos influyen en contra de una desinfección eficaz. Fig. 1.6. Organismos encontrados en las aguas residuales.
  19. 19. Luz Ultravioleta Se utiliza para dañar la estructura genética de las bacterias, virus, y otros patógenos, haciéndolos incapaces de la reproducción. Las desventajas dominantes de la desinfección UV son la necesidad del mantenimiento y del reemplazo frecuente de la lámpara y la necesidad de un efluente altamente tratado para asegurarse de que los microorganismos objetivo no están blindados de la radiación UV. Ozono El ozono (O3) se genera al pasar oxígeno (O2) por un potencial de alto voltaje, lo que añade un tercer átomo de oxígeno y forma O3. El ozono es muy inestable y reactivo y oxida la mayoría del material orgánico con que entra en contacto, de tal manera que destruye muchos microorganismos causantes de enfermedades. El ozono se considera más seguro que la clorina porque, mientras que la clorina tiene que ser almacenada en el sitio (altamente venenoso en caso de un lanzamiento accidental), el ozono es colocado según lo necesitado. Cloración Este procedimiento es también bastante efectivo y de uso generalizado en estados unidos y en nuestro medio. Es un sistema de desinfección más económico que los dos métodos anteriores. La dosis de cloro que se emplean normalmente es de 1mg/l; se obtienen aguas residuales de cloro del orden de 0.5mg/l para prevenir contaminación posterior en la red de distribución. Para que el cloro actúe efectivamente, se debe dejar un tiempo de contacto del cloro con el agua, de 15 a 20 min. Dosificación del cloro El cloro se encuentra en tres estados físicos: gaseoso. Líquido y sólido. Cloro gaseoso en solución acuosa: El cloro gaseoso viene embalado en cilindros y para poder pasarlo a una solución acuosa se requiere de agua a presión. Por la complejidad y peligrosidad en el manejo del cloro gaseoso este sistema es más utilizado en plantas de purificación para acueductos de gran tamaño. Aplicación del cloro solido o líquido. En poblaciones pequeñas resulta ser más económico y fácil el empleo del cloro en cualquiera de estos dos estados. Los hipocloritos (sales del ácido hipocloroso) . Puede ser obtenido comercialmente en cualquiera de estas dos formas.
  20. 20. Hipoclorito de calcio: el hipoclorito de calcio más usado es hth y este viene en forma granular, polvo o tabletas. Puede ser aplicada directamente. Hipoclorito de sodio: este hipoclorito viene en forma de liquida en diferentes concentraciones por ejemplo el penclorito 130(130g/l). El cloro es un elemento muy corrosivo y por lo tanto se debe tener precaución en su manejo. Adicionalmente los equipos empleados deben ser de materiales resistentes a la corrosión. Los hipocloritos líquidos son dosificados mediante el empleo de hipocloradores, los cuales son bombas de desplazamiento positivo, de diafragma o pistón con elementos resistentes a la corrosión. Para hacer la dosificación de un hipoclorito, es necesario hacer una dilución de la concentración inicial de cloro de 0.5 a 1.0 por ciento en peso.
  21. 21. Tabla 1.4 Operaciones y procesos unitarios y sistemas de tratamiento utilizados para eliminar la mayoría de los contaminantes presentes en el agua residual. Contaminante Operación unitaria, proceso unitario o sistema de tratamiento. Sólidos en suspensión. Desbaste y dilaceración. Desarenado. Sedimentación. Filtración. Flotación. Coagulación/Sedimentación. Sistemas naturales (Tratamiento por evacuación al terreno.) Materia orgánica Biodegradable. Variantes de fangos activados. Película fija: filtros percoladores. Variantes del lagunaje. Filtración intermitente en arena. Sistemas físicos-químicos. Sistemas naturales. Compuestos orgánicos Volátiles. Arrastre por aire. Adsorción en carbón. Patógenos. Nutrientes: Nitrógeno. Cloración. Hipocloración. Cloruro de cromo. Ozonación. Radiación UV. Sistemas naturales. Variantes de sistemas de cultivo en suspensión con nitrificación y desnitrificación. Variantes de sistemas de película fija con nitrificación y desnitrificación. Arrastre de amoniaco. Intercambio iónico. Fósforo. Nitrógeno y fósforo. Adición a sales metálicas. Coagulación y sedimentación con cal. Eliminación biológica del fósforo. Eliminación biológica-química del fósforo. Sistemas naturales. Eliminación biológica. Fuente: Metcalf Eddy (1998).
  22. 22. 1.8 POTENCIALES IMPACTOS AMBIENTALES Los contaminantes de las aguas servidas municipales, o aguas servidas domésticas, son los sólidos suspendidos y disueltos que consisten en: materias orgánicas e inorgánicas, nutrientes, aceites y grasas, sustancias tóxicas, y microorganismos patógenos. Los desechos humanos sin un tratamiento apropiado, eliminados en su punto de origen o recolectados y transportados, presentan un peligro de infección parasitaria, hepatitis y varias enfermedades gastrointestinales, incluyendo el cólera y tifoidea. Cuando las aguas servidas son recolectadas pero no tratadas correctamente antes de su eliminación o reutilización, existen los mismos peligros para la salud pública en las proximidades del punto de descarga. Si dicha descarga es en aguas receptoras, se presentarán peligrosos efectos adicionales. Si la descarga entra en aguas confinadas, como un lago o una bahía, su contenido de nutrientes puede ocasionar la eutrofización, con molesta vegetación que puede afectar a las pesquerías y áreas recreativas. Los proyectos de aguas servidas son ejecutados a fin de evitar o aliviar los efectos de los contaminantes descritos anteriormente en cuanto al ambiente humano y natural. Cuando son ejecutados correctamente, su impacto total sobre el ambiente es positivo. Los impactos directos incluyen la disminución de molestias y peligros para la salud pública en el área de servicio, mejoramientos en la calidad de las aguas receptoras, y aumentos en los usos beneficiosos de las aguas receptoras. Adicionalmente, la instalación de un sistema de recolección y tratamiento de las aguas servidas posibilita un control más efectivo de las aguas servidas industriales mediante su tratamiento previo y conexión con el alcantarillado público, y ofrece el potencial para la reutilización beneficiosa del efluente tratado y de los fangos. Los impactos indirectos del tratamiento de las aguas residuales incluyen la provisión de sitios de servicio para el desarrollo, mayor productividad y rentas de las pesquerías, mayores actividades y rentas turísticas y recreativas, mayor productividad agrícola y forestal o menores requerimientos para los fertilizantes químicos, en caso de ser reutilizado el efluente y los fangos, y menores demandas sobre otras fuentes de agua como resultado de la reutilización del efluente. A menos que sean correctamente planificados, ubicados, diseñados, construidos, operados y mantenidos, es probable que los proyectos de aguas servidas tengan un impacto total negativo y no produzcan todos los beneficios para los cuales se hizo la inversión, afectando además en forma negativa a otros aspectos del medio ambiente.
  23. 23. CAPITULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Una unidad habitacional ubicada en la colonia El Vergel, de la ciudad de Poza Rica, Veracruz, cuenta con 5 niveles y cada uno con 4 departamentos. Cada departamento tiene:  2 habitaciones  1 baño  1 cuarto de lavado  Cocina  Sala – comedor  1 tinaco de 1200L  1 lavadora  1 fregadero Se requiere implementar una planta de tratamiento de aguas residuales la cual sea factible, tomando en cuenta la composición de las aguas residuales domésticas, y el caudal registrado. Consideremos un promedio de 15 familias y 43 personas en total en temporada normal. Para el número de personas flotantes consideraremos que: En verano llegan 2 personas más por familia, sumando 30 personas más y nos da un total de 73. En invierno llegan 4 personas más sumando 60 y nos da un total de 103. Con estos datos tenemos tres promedios que son los siguientes: Mínimo 43 Medio 73 Máximo 103 Consideramos un gasto de agua de 185L/per cápita/ día.
  24. 24. 2.1 PARÁMETROS A CONSIDERAR Caudal (Q)= flujo caudal x número de habitantes DBO5= 200 mg/L DQO= 400 mg/L DQO/DBO= 2 SS= 3.5 mL/L ST= 1200 mg/L Q= (185 L/hab-día) (103 hab)= 19055 L/día (1día/ 86400s) Q= 0.22 L/s (1m3/1000 L) (86400s/1 día) Q= 19.008 m3/d 2.2 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN Para hacer la proyección de la población y así obtener un mejor cálculo a la hora de estimar el caudal diario que entrara a la planta se utilizaron tres métodos, que son los siguientes: 1. Método aritmético. PF= P2010+(I)(AP) Donde: PF= población futura P2010= población total del 2010 I= incremento aritmético= ( P2005−P1995) (2010−2000) AP= años de proyección 2. Método de la tasa de crecimiento. Pin+n= (1+Tc)n Donde: Pin= la población inicial n= Proyección de años
  25. 25. Tc= tasa de crecimiento 3. Método de Malthus. PF= P2010 (1+PI)(N/10) Donde: PF= población futura PI= promedio de incremento= 푆푈푀퐴(푖푛푐푟푒푚푒 %)(10) 2010−2000 Y fue así como obtuvimos la siguiente proyección de la población para la colonia el Vergel. Tabla 2.1 Proyección de la población en el Vergel Proyección en el Vergel Año Total de población inicial Tasa de crecimiento Total de habitantes 2014 73 0.0137 73 2016 73 0.0137 78 2018 78 0.0137 83 2020 83 0.0137 88 2025 88 0.0137 94 2030 94 0.0137 103 Fuente: Estimaciones de sefiplan con datos del INEGI.
  26. 26. 2.3 UBICACIÓN DEL SITIO Poza Rica de Hidalgo es una ciudad localizada al norte del estado mexicano de Veracruz, al oriente de la República Mexicana, el principal núcleo urbano de la zona norte de la entidad. Fig. 2.1 Mapa de la ciudad de Poza Rica. Su zona conurbada está conformada por asentamientos y núcleos de población, fraccionamientos, colonias, áreas industriales y comerciales, asentadas sobre territorios de los municipios limítrofes en una conurbación en proceso de ratificación por parte de los ayuntamientos involucrados y el Congreso del estado, en la que la ciudad de Poza Rica constituiría el núcleo central y que incluiría cinco municipios en forma parcial, con sectores periféricos de los municipios de Coatzintla, Tihuatlán, Cazones y Papantla. Geología y relieve. El centro de la ciudad se asienta en un pequeño valle sobre la cuenca del río Cazones, en la llanura costera del Golfo de México, con una altitud promedio de 60 msnm, aunque la mayor parte del territorio se asienta sobre suelos irregulares, en su mayor parte lomeríos al noreste de la ciudad, entre los que sobresale el Cerro del Mesón, con una altura máxima de 242 msnm. Los suelos preponderantes son del tipo vertisol, con un alto contenido de arcillas expansivas que forman grietas en temporadas de sequía. Hidrología. El municipio de Poza Rica está enclavado en la cuenca hidrográfica del río Cazones; este río de 100 km de longitud nace en la región montañosa del estado de Hidalgo y desemboca en el Golfo de México, tiene un escurrimiento promedio anual superior de 40 m³/s en su desembocadura.
  27. 27. La ciudad también se encuentra circundada por varios arroyos tributarios del río Cazones como son el Mollejón, Hueleque, Salsipuedes y Arroyo del Maíz, que regularmente se ven afectados por inundaciones en la temporada anual de lluvias. Clima. El clima de la región es con una temperatura media anual de 24.8°C, con abundantes lluvias en verano y principios de otoño. La precipitación media anual es de 1,103 mm. Fig. 2.2 Imagen satelital del fraccionamiento. El edificio está ubicado en el Fraccionamiento El Vergel, calle de la Rosa, andador de los claveles, edificio E6. Latitud: 20.5097253 Longitud: -97.4383178
  28. 28. Fig. 2.3 Mapa satelital del sitio. Fig. 2.4 Fotografia del edificio E6.
  29. 29. 2.4 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DOMESTICA DEL EDIFICIO Tabla 2.2 caracterización del agua residual del edificio Parámetro Unidad Concentración De la muestra LMP por la NOM- 001-SEMARNAT 1996 Observaciones Solidos totales. mg/L 1200 200 No cumple Solidos suspendidos ml/L 3.5 50 Si cumple Demanda Bioquímica de oxígeno, DBO5. mg/L 200 60 No cumple Demanda Química de oxígeno, DQO. mg/L 400 120 No cumple Cloruros mg/L 50 250 Si cumple Nitratos mg/L 300 60 No cumple Sulfatos mg/L 30 400 Si cumple Coliformes totales NMP/100ml 107 a 108 2000 No cumple
  30. 30. CAPITULO III DISEÑO DE LA PLANTA TRATADORA DE AGUA 3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES Afluente Tratamiento preliminar Tratamiento primario Tratamiento secundario Desinfección Rejillas de limpieza manuales Tanque de sedimentación circular  lodos activados Filtro de carbón activado Biorreactor (Humedal artificial). Cloración Efluente
  31. 31. 3.2 DIAGRAMA DE PROCESOS
  32. 32. 3.3 DISEÑO DE LA REJILLA Caudal (Q) = 19.008 m3/d Velocidad (v) = 28 m/h* *velocidad, tomando en cuenta la distancia desde el punto más alto del edificio, donde el agua comienza a fluir. 푣 = (28 푚 ℎ ) (24 ℎ 1 푑 ) = 672 푚 푑 퐴 = 푄 푣 퐴 = 19.008 푚3 푑 672 푚 푑 퐴 = 0.02828 푚2 ≈ 0.03 m 2 퐴 = 휋푟2 퐴 휋 푟 = √ 0.02828푚2 3.1416 푟 = √ r= 0.0948 m d= 0.1897 m 100푐푚 1푚 0.1897 푚 ( 1 푝푢푙푔푎푑푎푠 2.53 푐푚 ) ( ) = 7.4706 푝푢푙푔 ≈ 8 pulgadas. Área A = L x L 0.03 m2 = L2 퐿 = √0.03푚2
  33. 33. 100 푐푚 1 푚 퐿 = 0.1732 푚 ( ) = 17.32 푐푚 푐푎푑푎 푙푎푑표 푑푒 푙푎 푟푒푗푖푙푙푎 = 6.8190 pulgadas. Tomando en cuenta los datos de la Tabla 5.5 (Tchobanoglous y Burton 1991). Tabla 3.1 Información usual para el diseño de rejillas de limpieza mecánica y manual. Parámetro Unidad Limpieza manual Limpieza mecánica Tamaño de la barra: Ancho Pulgadas 0.2 – 0.6 0.2 – 0.6 Profundidad Pulgadas 1.0 – 1.5 1.0 – 1.5 Espaciamiento entre barras Pulgadas 1.0 – 2.0 0.6 – 3.0 Inclinación con la vertical Grad. 30 – 45 0 – 30 Velocidad de aproximación Pie/s 1.0 – 2.0 2.0 – 3.25 Perdidas admisibles Pulgadas 6 6  Ancho de la barra 0.4 pulgadas  1 pulgada de separación entre barras  5 barras 17.32 cm 1.016cm 2.54 cm
  34. 34. 3.4 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN Condiciones de Diseño 푉 = 1 3 휋 푟2ℎ L = 3 . ℎ2 = 푔2 − 푟2 Relación Longitud-Diámetro 1 = 3 . 0.3048 푚 13 푝푖푒푠 ( 1 푝푖푒 ) 3.9624 푝푖푒푠 ≈ 4 푚 h =10 pies = 3.048 m d = 10 pies = 3.048 m r = 1.524 m Pendiente = 6 = 1.8288 m 푔2 = ℎ2+ 푟2 Condiciones de la tubería de entrada: Q = QII= V= VII= D= d = Condiciones de diseño en el desarenador. Remoción de partículas hasta de diámetro con un grado de remoción de 75% ɱ = 30 °퐶 − 0.800 푥 10−6 32 ° 퐶 1.924 (푓푡2⁄푆) 푥 105 푚2⁄푠 Temperatura = 30°C *Viscosidad cinemática (poas) = 푐푚2⁄푠 휌푎 30°퐶 = 9.764 푘푔⁄푚3 Grado de desarenador = n = 1 Relación Longitud: Ancho = 1:3 Cota de la lámina del desarenador = Velocidad de sedimentación de las partículas d = 0.188 m
  35. 35. 푉 = 푔 18 (휌푠− 휌) ɱ 푑2 = Tamaño de la partícula ˃ 0.040 m Tabla 5.1 Pág. 242 Tchobanoglous. *Se utilizó por nuestro criterio una pendiente de 6 pulgadas = 1.8288 m esto para que nos quedara idealmente. 퐶푎푟푔푎 표푟푔푎푛푖푐푎 푚푎푠푎 푠푠푡 푉표푙푢푚푒푛 표 푎푟푒푎 Medir altura del lodo  Mínima.  Velocidad máxima de ascensión = Velocidad del lodo a precipitar m/a (de abajo hacia arriba). Carga volumétrica. Carga orgánica 푚3 ℎ푎푏. 푑í푎 푋 ⁄ 푛ú푚푒푟표 푑푒 ℎ푎푏푖푡푎푛푡푒푠. *Volumen diario * Eficiencia = 푚3 Se le añade el 20% por cuestiones de seguridad. (푄)(퐸) = 푉 푉 = (19.008 푚3 푑 ) (0.75) = 14.256푚3 ≈ 15 푚3 Pueden ser 2 tanques de 8 푚3  Volumen del cilindro según dimensiones de la tabla 5.16 de la pág. 310 푉 = 휋 푟2 ℎ = (3.1416)(15.524)2(2.0371푚) = 14.8639 푚3 15 푚3 → 100%  Volumen del cono. 푉 = 1 3 휋푟2ℎ = 1 3 (3.1416)(1.524)2(1.10109푚) = 2.4587 푚3 푉 푡표푡푎푙 = 17.3226 푚3 푉 ≠ ℎ2+ + 푟2 ℎ2 = 푔2 − 푟2 ℎ = √푔2 − 푟2 ℎ = √(1.8288)2 = 1.0109 푚
  36. 36. 3.5 FILTRO DE CARBON ACTIVADO Para el diseño del filtro se tomaron las concideraciones de “la Guia para el diseño de sistemas de filtración”, Lima 2005. Y los siguientes criterios nos seran de mucha ayuda para el diseño de dicho filtro.  Periodo de diseño: es recomendable para esta fuente entre 8 y 12 años, sin embargo nuestro diseño plantea una duración de 10 años.  Periodo de operación: -deben ser diseñados para periodos de operación de 24 horas, siento de 2 el número minimo de unidades en paralelo.  Caudal del diseño: las unidades en una planta de tratamiento serán diseñadas para el caudal maximo diario. Dimensionamiento: Área superficial As= 푄푑 푁푥푉퐹 Donde: As= se obtiene del caudal de agua en m3/h y de la tasa de filtración Vf= velocidad de filtración (m/h)  De acuerdo a esta guía la velocidad de filtración varia entre los 0.1 y 0.2 m/h. Y cambe mencionar que a mayor contaminación del agua el afluente tendra una menor velocidad de filtración, Qd= carga total del diseño (m3/h) N= número de unidades Para N tambien se considera un valor experimental obtenido de la guia para el diseño de sistemas de filtracíón y el dato utilizado es 2.
  37. 37. Sustituyendo en la ecuación se tiene: As= 푚3 ℎ (0.792 ) (2)(0.2푚/ℎ) As= 1.98 m2 Coeficiente de minimo costo K= (2N)/(N+1) Sustituyendo se tiene K= (2)2/(2+1) K= 1.33 Longitud de unidad L= (AsK)1/2 L= ((1.98 m2)1.33)1/2 L= 1.57 m Ancho de unidad b = (As/K)1/2 b= (1.98 m2/ 1.33)1/2 b=1.22 m
  38. 38. 3. 6 DISEÑO DEL HUMEDAL Factores a considerar  Caudal (Q)= 19.008 m3  Volumen  Área  Concentración BDO5 inicial= 100mg/L Calculo de la carga orgánica CBDO5 inicial= 100 mg/L 100 푚푔 ( 퐿 ) ( 1 푔 1000푚푔 1000퐿 1푚3 ) = 100 g/m3 ) ( Carga orgánica = C0 * Q Carga orgánica = (100 푔 푚3 ) (19.008 푚3 푑 ) 1000 푔 푘푔 = 1.9008 퐾푔 푑 Tomando en cuenta la temperatura más fría en la región de Poza Rica, Ver. y de acuerdo a la tabla establecida por US EPA (1983). Tabla 3.2 Temperatura a considerar Temperatura media en invierno (°C) Carga superficial de DBO Kg/ha * d lb/ac * d > 15 45 – 90 40 – 80 0 – 15 22 – 45 20 – 40 < 0 11 – 22 10 – 20 Carga superficial 40 Kg/ha * d  Área Á푟푒푎 = 퐶푎푟푔푎 표푟푔푎푛푖푐푎 퐶푎푟푔푎 푠푢푝푒푟푓푖푐푖푎푙
  39. 39. Á푟푒푎 = 1.9008 푘푔 푑 40 푘푔 ℎ푎 ∗ 푑 Área= 0.0475 ha  475.2 m2 Suponiendo una altura de 1 m  Tiempo de retención 푡 = 퐴ℎ 푄 푡 = 475.2 푚2 19.008 푚3 푑 t= 25 días  Volumen 푄 = 푉 푡 V= Qt V= (19.008 푚3 푑 ) (25 d) V= 475.2 m3  Dimensiones Se utiliza una relación 3:1 (Stainer 1993) W= √Á푟푒푎 3 W= √475.2 푚2 3 W= 12.5857 m ≈ 13 m L= 3W L= 3 (12.5857m)
  40. 40. L= 37.7571 m ≈ 38 m Ajustando dimensiones L = 6m W= 2 m h= 1 m Pendiente del fondo del 10% (W.E.F. 1990) = 0.1 m 6m 2 m Plantas acuáticas emergentes (Burka and Louvenue 1990). Juncuss effussus 5 – 15 cm (Profundida de la raíz). Typha latifolia 15 – 60 cm (Profundidad de la raíz). Pasto vetiver 2 m (altura). Phragmites 3 m (altura). 1m Nivel del agua 20 cm de sustrato (tierra). 50 cm de grava (tamaño mediano). 10 cm de arena.
  41. 41. 3.6 CLORACIÓN Diseño del tanque de cloración Relación Longitud-Diámetro. 0.3048 푚 13 푝푖푒푠 ( 1 푝푖푒 ) 3.9624m ≈ 4 푚 h =10 pies = 3.048 m d = 10 pies = 3.048 m r = 1.524 m (푄)(퐸) = 푉 푉 = (19.008 푚3 푑 ) (0.75) = 14.256푚3 ≈ 15 푚3 Pendiente = 6 = 1.8288 m  Volumen del cilindro según dimensiones de la tabla 5.16 de la pág. 310 푉 = 휋 푟2 ℎ = (3.1416)(15.524)2(2.0371푚) = 14.8639 푚3  Volumen del cono. 푉 = 1 3 휋푟2ℎ = 1 3 (3.1416)(1.524)2(1.10109푚) = 2.4587 푚3 푉 푡표푡푎푙 = 17.3226 푚3 Condiciones de la dosificación Caudal: 19.008 푚3/d = ( 1푚3 1000퐿 24ℎ 1 푑 )( )( 1 ℎ 3600푠 ) = 0.22 L/s GASTO DE PERCLORITO 0.22L/s x 1.5 mg/L x 86.4 = 28.512 g Cl2/d
  42. 42. 28.512 푔 퐶푙2/푑 130푔 퐶푙2/퐿 = 0.21 L/d Al hacer la dilución para dosificar del 1% en peso, la concentración seria de 1.3g/L. Entonces el caudal de la bomba dosificadora puede adecuarse como: q= 푚푔 퐿 1.5 푋 0.22 퐿/푆 130 푚푔/퐿 = 0.33 mg/s 0.33 푚푔/푠 1300 푚푔/퐿 q= = 0.00025 mL/s
  43. 43. Muestreo y localización de los puntos de control en una planta de tratamiento de aguas residuales. Afluente de la planta Antes que todo, hay que acordar y marcar dentro de la planta de tratamiento, los puntos donde se deben realizar los muestreos para evaluar el comportamiento del proceso. Se marcan con número y colores para determinar quien realiza el muestreo y análisis en ese punto. Las características del tipo de agua a la planta, determina como debe de ser operado el sistema para obtener el mejor desempeño. Las variaciones de los tipos y cantidades de contaminantes pueden estropear el medio ambiente donde crecen los microorganismos del proceso de lodos activados. Esto sucede muy a menudo para el caso de las aguas de tipo industrial, sin embargo, una planta de tratamiento debe funcionar con cualquier residuo doméstico. Por normatividad y para control de proceso el flujo total de agua que entra y sale debe conocerse. También es importante, tener registros de los flujos de entrada instantáneos, para preparar muestras compuestas de agua residual. Por eso, se recomienda usar un medidor de flujo electrónico, con lecturas instantáneas, y acumuladas en m3, o tomas lecturas en vertedores de forma manual con regletas. Como se encuentran todo tipos de compuestos en el agua residual, es necesario categorizarlos de acuerdo con el impacto que pueden tener en el proceso. Típicamente en el afluente se miden el pH, DBO, SST, SSV, os sólidos sedimentables, el nitrógeno y el fósforo, para conocer el balance de nutrientes. La alcalinidad también se verifica, para determinar que se encuentre en concentraciones adecuadas para el tratamiento biológico en la remoción de nitrógeno. Es el punto de muestreo marcado como afluente a la planta debe ser representativo del agua cruda. Puede ser muestreado manualmente o por muestreador automático. Sedimentador primario Puede ser necesario conocer el flujo de los lodos primarios, únicamente para seguir el funcionamiento del proceso. En ocasiones es necesario para este proceso, medir la concentración de SST y SSV de los lodos de purga, del afluente y efluente, para determinar su eficiencia.
  44. 44. MANTENIMIENTO  Supervisar la Operación de las Planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR).  Supervisar la Generación y el Ingreso de Aguas Residuales a la PTAR.  Controlar la Operación de la PTAR.  Controlar el Arranque y Estabilización de la PTAR.  S. Controlar el Manejo, Tratamiento y Disposición de Residuos Generados en la PTAR. NORMAS DE OPERACiÓN  Es responsabilidad del Jefe del Departamento de Procesos, Mantenimiento y Conservación de Plantas:  Coordinar la asesoría técnica y normativa en lo referente a las PTAR, al  personal operativo o administrativo de los centros de trabajo que lo soliciten.  Promover la capacitación teórica-práctica para el desempeño de las funciones básicas del Encargado.  Coordinar la asesoría a los centros de trabajo en los alcances e ingeniería básica de los proyectos relacionados con las PTAR.  Promover traspasos de bienes en desuso y recomendar necesidades de inversión dentro de los anteproyectos de cada año relacionados con las PTAR.  Es responsabilidad del Subgerente, del Encargado y del Jefe del Departamento de Procesos, Mantenimiento y Conservación de Plantas, promover medidas para ahorrar agua potable y previo análisis de beneficio costo, reutilizar el agua tratada de la PTAR dentro y fuera del centro de trabajo, verificando que se cumpla con la norma. Se debe de programar el mantenimiento del equipo considerando que la planta debe de trabajar de forma continua durante los 365 días del año. La entrada de la corriente del agua residual deberá ser desviada a un tanque de almacenamiento auxiliar en caso de contar con este, ya que no es recomendable desviarlo a la corriente del emisor. El tanque sedimentador debe ser limpiado cuando menos dos veces por año, aprovechando la evacuación de lodos. La rejilla deberá ser limpiada en forma
  45. 45. diaria para retirar la basura, restos de comida o bolsas que hayan quedado retenidas. El carcamo de bombeo deberá ser lavado cada vez que el nivel descienda al mínimo y procurar tener una bomba de relevo para el mantenimiento periódico anual. El filtro de carbón deberá ser limpiado cada tres meses y cambiado cuando menos una vez al año. Se debe tomar en cuenta en el proceso de cloración los riesgos y manejo especial que requieren los compuestos químicos utilizados, así como su almacenamiento. Se deben tomar en cuenta las normas de seguridad e higiene en toda la planta y cada uno de los procesos que se realicen.
  46. 46. CAPITULO 4 NORMATIVIDAD NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-ECOL-1996. QUE ESTABLECE LOS LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CONTAMINANTES EN LAS DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES EN AGUAS Y BIENES NACIONALES. Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales, con el objeto de proteger su calidad y posibilitar sus usos, y es de observancia obligatoria para los responsables de dichas descargas. Esta Norma Oficial Mexicana no se aplica a las descargas de aguas provenientes de drenajes separados de aguas pluviales.
  47. 47. LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA CONTAMINANTES BÁSICOS RÍOS EMBALSES NATURALES Y ARTIFICIALES AGUAS COSTERAS SUELO Uso en riego agrícola (A) Uso público urbano (B) Protección de vida acuática (C) Uso en riego agrícola (B) Uso público urbano (C) Explotación pesquera, navegación y otros usos (A) Recreación (B) ESTUARIOS (B) Uso en riego agrícola (A) P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D P.M . P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P. M P.D . N.A N.A 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 N. A. N.A . 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 Ause Ause Ause Ause Ause nte. nte. nte. nte. nte. Aus ente . Ause nte. Ausen te. Ause nte. Ausent e. Ausen te. Ausen te. Ausent e. Ausent e. Ausent e. Ausen te. Aus ente . Ause nte. 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 N. N.A A 150 200 75 125 40 60 75 125 40 60 150 200 75 125 75 125 N. N.A A 150 200 75 150 30 60 75 150 30 60 150 200 75 150 75 150 N. N.A A 40 60 40 60 15 25 40 60 15 25 N.A. N.A N.A. N.A. 15 25 N. N.A A 20 30 20 30 5 10 20 30 5 10 N.A N.A N.A. N.A. 5 10 N. N.A A LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA CONTAMINANTES BÁSICOS RÍOS EMBALSES NATURALES Y ARTIFICIALES AGUAS COSTERAS SUELO Uso en riego agrícola (A) Uso público urbano (B) Protección de vida acuática (C) Uso en riego agrícola (B) Uso público urbano (C) Explotación pesquera, navegación y otros usos (A) Recreación (B) ESTUARIOS (B) Uso en riego agrícola (A) P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D P.M . P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P. M P.D . N.A N.A 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 N. A. N.A . 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 Ause Ause Ause Ause Ause nte. nte. nte. nte. nte. Aus ente . Ause nte. Ausen te. Ause nte. Ausent e. Ausen te. Ausen te. Ausent e. Ausent e. Ausent e. Ausen te. Aus ente . Ause nte. 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 N. N.A A 150 200 75 125 40 60 75 125 40 60 150 200 75 125 75 125 N. N.A
  48. 48. N.A 40 60 40 60 15 25 40 60 15 25 N.A. N.A N.A. N.A. 15 25 N. N.A 20 30 20 30 5 10 20 30 5 10 N.A N.A N.A. N.A. 5 10 N. NOM-002-SEMARNAT-1996 NORMA OFICIAL MEXICANA, QUE ESTABLECE LOS LIMITES MAXIMOSPERMISIBLES DE CONTAMINANTES EN LAS DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES A LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO URBANO O MUNICIPAL Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal con el fin de prevenir y controlar la contaminación de las aguas y bienes nacionales, así como proteger la infraestructura de dichos sistemas, y es de observancia obligatoria para los responsables de dichas descargas. Esta Norma no se aplica a la descarga de las aguas residuales domésticas, pluviales, ni a las generadas por la industria, que sean distintas a las aguas residuales de proceso y conducidas por drenaje separado. Especificaciones Los límites máximos permisibles para contaminantes de las descargas de aguas residuales a los sistemas dealcantarillado urbano o municipal, no deben ser superiores a los indicados en la Tabla 1. Para las grasas y aceites es elpromedio ponderado en función del caudal, resultante de los análisis practicados a cada una de las muestras simples. A 150 200 75 150 30 60 75 150 30 60 150 200 75 150 75 150 N. A A A N.A
  49. 49. PARAMETROS (miligramos por litro, cuando se especifique otra) PROMEDIO MENSUAL PROMEDIO DIARIO INSTRANTANEO Grasas y aceites 50 75 100 Sólidos sedimentables (mililitros por litro) 5 7.5 10 Arsénico total 0.5 0.75 1 Cadmio total 0.5 0.75 1 Cianuro total 1 1.5 2 Cromo hexavalente 0.5 0.75 1 Cobre total 10 15 20 Mercurio total 0.01 0.015 0.02 Níquel total 4 6 8 Plomo total 1 1.5 2 Zinc total 6 9 12  Los límites máximos permisibles establecidos en la columna instantáneo, son únicamente valores de referencia, en el caso de que el valor de cualquier análisis exceda el instantáneo, el responsable de la descarga queda obligado a presentar a la autoridad competente en el tiempo y forma que establezcan los ordenamientos legales locales, los promedios diario y mensual, así como los resultados de laboratorio de los análisis que los respaldan.  El rango permisible de pH (potencial hidrógeno) en las descargas de aguas residuales es de 10 (diez) y 5.5 (cinco punto cinco) unidades, determinado para cada una de las muestras simples. Las unidades de pH no deberán estar fuera del intervalo permisible, en ninguna de las muestras simples.  El límite máximo permisible de la temperatura es de 40°C. (cuarenta grados Celsius), medida en forma instantánea a cada una de las muestras simples.
  50. 50. Se permitirá descargar con temperaturas mayores, siempre y cuando s demuestre a la autoridad competente por medio de un estudio sustentado, que no daña al sistema del mismo.  La materia flotante debe estar ausente en las descargas de aguas residuales, de acuerdo al método de prueba establecido en la Norma Mexicana NMX-AA-006.  Los límites máximos permisibles para los parámetros demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos totales, que debe cumplir el responsable de la descarga a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, son los establecidos en la Tabla 2 de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL- 1996 referida en el punto 2 de esta Norma, o a las condiciones particulares de descarga que corresponde cumplir a la descarga municipal.  El responsable de la descarga de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal que no dé cumplimiento a lo establecido en el punto anterior, podrá optar por remover la demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos totales, mediante el tratamiento conjunto de las aguas residuales en la planta municipal, para lo cual deberá de: a) Presentar a la autoridad competente un estudio de viabilidad que asegure que no se generará un perjuicio al sistema de alcantarillado urbano o municipal. b) Sufragar los costos de inversión, cuando así se requiera, así como los de operación y mantenimiento que le correspondan de acuerdo con su caudal y carga contaminante de conformidad con los ordenamientos jurídicos locales aplicables.  No se deben descargar o depositar en los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, materiales o residuos considerados peligrosos, conforme a la regulación vigente en la materia.  La autoridad competente podrá fijar condiciones particulares de descarga a los responsables de las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado, de manera individual o colectiva, que establezcan lo siguiente: c) Nuevos límites máximos permisibles de descarga de contaminantes. d) Límites máximos permisibles para parámetros adicionales no contemplados en esta Norma
  51. 51. NOM- 003-SEMARNAT-1997. QUE ESTABLECE LOS LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CONTAMINANTES PARA LAS AGUAS RESIDUALES TRATADAS QUE SE REUSEN EN SERVICIOS AL PÚBLICO. Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios al público, con el objeto de proteger el medio ambiente y la salud de la población, y es de observancia obligatoria para las entidades públicas responsables de su tratamiento y reusó. En el caso de que el servicio al público se realice por terceros, éstos serán responsables del cumplimiento de la presente Norma, desde la producción del agua tratada hasta su reusó o entrega, incluyendo conducción o transporte de la misma. IMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CONTAMINANTES PROMEDIO MENSUAL TIPOS DE REUSO Coliformes fecales NMP/100 ml Huevos de Helminto (h/l) Grasas y aceites m/l DBO5 mg/l SST/mg/l SERVICIOS AL PÚBLICO CON CONTACTO DIRECTO 240 < 1 15 20 20 SERVICIOS AL PÚBLICO CON CONTACTO INDIRECTO U OCASIONAL 1,000 < 5 15 30 30 La materia flotante debe estar ausente en el agua residual tratada, de acuerdo al método de prueba establecido en la Norma Mexicana NMX-AA-006, referida en el punto 2 de esta Norma Oficial Mexicana. El agua residual tratada reusada en servicios al público, no deberá contener concentraciones de metales pesados y cianuros mayores a los límites máximos permisibles establecidos en la columna que corresponde a embalses naturales y artificiales con uso en riego agrícola de la Tabla 3 de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996, referida en el punto 2 de esta Norma. Las entidades públicas responsables del tratamiento de las aguas residuales que reúsen en servicios al público, tienen la obligación de realizar el monitoreo de las aguas tratadas en los términos de la presente Norma Oficial Mexicana y de conservar al menos durante los últimos tres años los registros de la información resultante del muestreo y análisis, al momento en que la información sea requerida por la autoridad competente.
  52. 52. NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental.- Lodos y biosólidos. Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, publicada en el DOF el 15 de agosto de2003 por la SEMARNAT. NOM-052-SEMARNAT-1993. Que establece las características de los residuos peligrosos, el listado de los mismos y los límites que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente, publicada en el DOF el 22 de octubre de1993 por la SEDUE. Cambios de nomenclatura por Acuerdo Secretaria publicados en el DOF el 29 de noviembre de 1994 y el 23 de abril de 2003 por la SEMARNAT. r¡ NOM-053-SEMARNAT-1993. Que establece el procedimiento para llevar a cabo la prueba de extracción para determinar los constituyentes que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente, publicada en el DOF el 22 de octubre de 1993 por la SEDUE. Cambios de nomenclatura por Acuerdo Secretarial publicados en el DOF el 29 de noviembre de 1994 y el 23 de abril de2003 por la SEMARNAT. NOM-054-SEMARNAT-1993. Que establece el procedimiento para determinar la incompatibilidad entre dos o más residuos considerados como peligrosos por la Norma Oficial Mexicana NOM-052-SEMARNAT-1993, publicada en el DOF el 22 de octubre de 1993 por la SEDUE. Cambios de nomenclatura por Acuerdo el29 de noviembre de 1994 y el23 de Abril de ..K 2003 por la SEMARNAT.
  53. 53. CAPITULO 5 RESULTADOS De acuerdo a la normatividad antes mencionada se muestra una tabla con los parámetros obtenidos después de realizar los cálculos convenientes, y así se hace la comparación con los límites máximos permisibles. Tabla 5.1 Datos del análisis del efluente de agua tratada mediante el proceso propuesto. Parámetro Unidad Concentración De la muestra LMP por la NOM-001- SEMARNAT 1996 Observaciones Solidos totales. mg/L 100 200 Si cumple Solidos suspendidos ml/L 1.4 50 Si cumple Demanda Bioquímica de oxígeno, DBO5. mg/L 40 60 Si cumple Demanda Química de oxígeno, DQO. mg/L 80 120 Si cumple Cloruros mg/L 30 250 Si cumple Nitratos mg/L 30 60 Si cumple Sulfatos mg/L 20 400 Si cumple Coliformes totales NMP/100ml 103 2000 Si cumple
  54. 54. REFERENCIAS ELECTRONICAS  http://server.cocef.org/aproyectos/FINSA_MATAMOROS.pdf  http://www.academia.edu/5868256/DISENO_DE_PLANTAS_DE_TRATAMI ENTO_DE_AGUAS_RESIDUALES_act_10.  http://www.youtube.com/watch?v=k8IemqgwDh4  http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lar/oropeza_b_vm/capitulo 4.pdf  http://www.fao.org/nr/water/aquastat/data/glossary/search.html?lang=es&ke ywords=Agua+residual&submit=Buscar&subjectId=-1&submitBtn=- 1&_p=100&termId=-1  http://www.ceajalisco.gob.mx/publicaciones/pdf/plantas_tratam_tomo1.pdf BIBLIOGRAFÍA  Diseño de acueductos y alcantarillados/Ricardo Alfredo Lopez Cualla/2da edición/editorial escuela colombiana de Ingeniería/Alfa Omega grupo editor 1999.  Ingeniería ambiental: fundamentos, sustentabilidad, diseño. James R. Mihelcic. Julie Beth Zimmerman. Editorial Alfaomega. 2012.

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