Peru

1. Diseño de Plantas de
Tratamiento deAguas
Residuales
Diseño de Unidades de Pretratamiento
Ing. Diana Izquierdo Henríquez
UNIVERSIDAD NA CIONAL DETRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

2. Contenido
1. Introducción
2. Unidades de Cribado, desarenado
3. Unidades de Desengrasado – Flotación
4. Neutralización

3. Introducción
PRELIMINAR
Rejas-Desarenador
PRIMARIO
Sedimen. , Lagunas
SECUNDARIO
Trat. Biológico
Sediment. Secund.
TERCIARIO
Elimina Patógenos
Parásitos Fósf. y N.
PROCESOS
DEL
TRATAMIENTO

5. Unidad de Cribado
La operación de cribado o desbaste se usa
para remover basura gruesa, generalmente
basura flotante o suspensión, contenida en
afluentes que pueden obstruir o dañar
bombas, tuberías y equipos de las plantas
de tratamiento.
Su uso es obligatorio en toda planta de
tratamiento por más simple que sea.
 Cribado de limpieza manual
 Cribado de limpieza mecánica

6. Unidad de Cribado
Criterios Técnicos para el diseño
Parámetros Según Norma OS.090
Tipo de barras:
Barras de sección rectangular
Espesor: 5 – 15 mm
Ancho: 30 – 75 mm
Dimensiones de la barra: Depende de la longitud de la barra y del mecanismo de limpieza
Espaciamiento entre barras (mm):
20 – 50 mm
Para localidades con un sistema inadecuado de recolección de
residuos sólidos: ≤ 25mm
Velocidad a través de las barras limpias
0,60 – 0,75 m/s
Verificarse para caudales mínimo, medio y máximo
Velocidad entre las barras 0,30 – 0,60 m/s
Para determinación de perfil hidráulico:
se calculará la pérdida de carga a través de las cribas para
condiciones de caudal máximo horario y 50% del área obstruida.
Angulo de inclinación de las barras 45 – 60 grados respecto a la horizontal

7. Unidad de Cribado
Criterios Técnicos para el diseño
El cálculo de la cantidad de material cribado se determinará de acuerdo con la
siguiente tabla:

8. Unidad de Desarenado
Criterios Técnicos para el diseño
 Remover arena, grava, partículas u otro
material sólido pesado que tenga
velocidad de asentamiento o peso
especifico bastante mayor que el de los
sólidos orgánicos degradables.
 Protegen al equipo mecánico del desgaste
anormal y reducen la formación de
depósitos pesados en tuberías, canales y
ductos.
 Minimizan la frecuencia requerida de
limpieza de los digestores con
acumulación excesiva de arena.

9. Unidad de Desarenado
Criterios Técnicos para el diseño
Parámetros Según OS.090
Remueven partículas de
diámetro
≥ 0,20 mm
Velocidad de flujo 0,30 m/s + 20%
Tasa de aplicación 45 – 70 m3/m2/h
Entrada y salida del
desarenador
25% mas de la longitud teórica
Relación entre largo y altura del
agua
Mínimo 25
Dependiendo del tipo de agua residual, puede ser necesario un Desarenado aireado.

10. Unidad de Desengrasado
La remoción de grasas y aceites puede llevarse a cabo en
sedimentadores primarios y también en sistemas de flotación
por aire disuelto.

11. Sistema de Flotación por aire disuelto
El sistema de flotación por aire disuelto (DAF) se realiza
generando burbujas muy pequeñas con un promedio de
diámetro de 20 micrones. Estas burbujas se adhieren tanto a
solidos finos, materia en suspensión, microorganismos,
precipitados de grasas y aceites, metales pesados,
colorantes, proteínas, elementos orgánicos, etc.,
levantándolas y haciéndolas flotar en la superficie y
permitiendo la clarificación en el fondo del tanque.

12. Sistema de Flotación por aire disuelto

13. Sistema de Flotación por aire disuelto

14. Desarenado y desengrasado

15. Sistema de Flotación por aire disuelto
Según la ley de Henry, la concentración de un gas disuelto es función de su
presión relativa. Su solubilidad se puede calcular por la expresión:
Donde:
C’ = Solubilidad del aire en agua, a la presión absoluta P’, mL aire/L agua.
P’ = Presión absoluta del aire, mm Hg.
C = Solubilidad del aire en agua, a la presión de 1 atm., mL aire/L de agua; valores
típicos se incluyen en la tabla 15.1
Pv = presión de vapor del agua, mm de Hg.
𝐶′ = 𝐶
𝑃′
− 𝑃𝑣
760 − 𝑃𝑣

16. Sistema de Flotación por aire disuelto
La cantidad de aire liberado, al reducir la presión a presión atmosférica, se cuantifica a partir de
la diferencia de solubilidades calculadas según la ecuación:
𝐶𝑇 − 𝐶𝐿 = 𝐶
𝑓 𝑃𝑇 − 𝑃𝑉 − (𝑃𝐿 − 𝑃𝑉)
760 − 𝑃𝑉
Donde:
CT = Solubilidad de saturación del aire, a la presión de operación del tanque, mL aire/L.
CL = Solubilidad de saturación del aire, a la presión local atmosférica, mL aire/L.
PT = Presión de operación del tanque, mm Hg.
PL = Presión local atmosférica, mm Hg.
C = Solubilidad de saturación del aire 1 atm., mL aire/L de agua;
Pv = presión de vapor del agua a la temperatura del ensayo, mm de Hg.
f = fracción de saturación alcanzada en el tanque de presurización, generalmente de 0.5 a 0.8.

17. Sistema de Flotación por aire disuelto
 La fracción de saturación (f) depende de la turbulencia, del tiempo
de contacto, de la superficie de contacto entre el aire y el agua y
de otros factores. Generalmente, se adopta, para el diseño de una
unidad de flotación, un valor de f=0.5.
 La eficiencia de un sistema de flotación por aire disuelto
depende, principalmente, del valor de la relación entre la cantidad
de aire y la de solidos requerida para lograr un determinado grado
de clarificación. Este valor variará con cada tipo de suspensión y
se puede determinar, experimentalmente, utilizando una celda de
flotación de laboratorio.

18. 𝐴
𝑆
=
𝐶. 𝑑 )
𝑓 𝑃𝑇 − 𝑃𝑣 − (𝑃𝐿 − 𝑃𝑉
)
𝑆0(760 − 𝑃𝑉
Sistema de Flotación por aire disuelto
Dividiendo la ecuación por la concentración de solidos suspendidos (S0, mg solidos/L de
liquido), se obtiene la siguiente relación adimensional aire/solidos,A/S:
Donde:
A/S = relación adimensional aire/solido
d = Densidad del aire a las condiciones del problema, mg/mL.
C = Solubilidad de saturación del aire 1 atm., mL aire/L de agua.
S0 = Concentración de solidos suspendidos del afluente, mg/L.

19. Sistema de Flotación por aire disuelto –
Separador de Aceite API
 El separador de aceite API se usa para remover aceite de aguas
residuales de refinería.
 Su uso esta limitado a la separación y retención de solidos y
líquidos no miscibles, separables por gravedad.

20. Sistema de Flotación por aire disuelto –
Separador de Aceite API
 No retiene ni separa sustancias en solución, así como tampoco
sirve para romper emulsiones.
 La eficiencia del separador como removedor de aceite se
incrementa con el tiempo de retención; para remociones mayores
del 50% de aceite se recomiendan tiempos de retención mayores
a 20 minutos.

21. Sistema de Flotación por aire disuelto –
Separador de Aceite API

22. Sistema de Flotación por aire disuelto –
Separador de Aceite API
𝐹 = 𝐹1𝐹2
F1 = Factor de compensación para cortocircuitos, generalmente igual a 1.2
F2 = Factor de compensación para turbulencia, el cual depende del valor de la
relación entre la velocidad horizontal de flujo y la velocidad de elevación del
glóbulo de aceite.

23. La velocidad de elevación del glóbulo de aceite se puede calcular por la
ecuación de Stokes:
𝑉𝑡 =
𝑔 𝜌𝑊 − 𝜌0 𝐷2
18𝜇
Vt = velocidad de elevación del glóbulo de aceite, m/s
g = aceleración de la fuerza de gravedad, m/s2
µ = viscosidad absoluta del agua residual, Ns/m2
w = densidad del agua residual, kg/m3
0 = densidad del aceite, kg/m3
D = diámetro del glóbulo del aceite, m
Sistema de Flotación por aire disuelto –
Separador de Aceite API

24. Se usa para proteger fuentes receptoras de descargas alcalinas o
acidas fuertes, o para permitir el pos tratamiento de dichos residuos.
Aunque la norma de vertimiento generalmente requiere pH entre 5 y
9, este proceso requiere valorar con cuidado el efecto de cualquier
reacción perjudicial al sistema de recolección o de tratamiento
posterior que pueda ocurrir después de la neutralización.
Neutralización

25. Neutralización - Métodos
• Neutralización de residuos ácidos, con lechos de piedra caliza, de
flujo ascensional.
• Neutralización de residuos ácidos con diferentes sustancias
alcalinas como NaOH al 50%, Na2CO3.
• Neutralización de residuos alcalinos con diferentes ácidos como
acido sulfúrico, clorhídrico o conCO2.

26. Neutralización - Métodos
Cualquiera que sea el método de neutralización, es importante tener
en cuenta la influencia de los siguientes factores:
• Igualar al máximo posible el caudal y el pH del afluente al proceso
de neutralización.
• Desarrollar curvas de titulación para el afluente que permitan
hacer un diseño y operación apropiados del proceso de
neutralización.
• Caracterizar cualitativa y cuantitativamente el lodo o residuo del
proceso.
• Determinar el grado de mezcla y el nivel de potencia mas
apropiado en el tanque de neutralización.

27. Neutralización - Métodos
Cualquiera que sea el método de neutralización, es importante tener
en cuenta la influencia de los siguientes factores:
• Cuando se usa aire para mezcla, la tasa mínima es de 0.3 a 0.9
m3/min.m2, para una profundidad del agua de 3m.
• Si se usa una mezcla mecánica, el nivel de potencia es de 40 a 80
W/m3.
• Determinar el efecto del compuesto químico agregado, durante
el proceso de neutralización, sobre la calidad del efluente y sobre
cualquier método ulterior de tratamiento.
• Desarrollar un sistema efectivo de control de proceso de
neutralización.

28. Neutralización - Métodos
Parámetros de diseño de sistemas de neutralización
• Tanque de almacenamiento liquido: usar tanque de suministro del compuesto
• Tanque de dilución: use un tanque con mezcla para consumo diario.
• Tanque de reacción:
- Profundidad igual al diámetro
- Tiempo de retención de 5 a 10 minutos (30 para cal)
- Entrada del afluente por la parte superior
- Salida del efluente por el fondo
• Agitador:
- De turbina para tanques de menos de 4m3
- De flujo axial para tanques de mas de 4m3
- Velocidad periférica de 3.6 m/s para tanques grandes.
- Velocidad periférica de 7.6 m/s para tanques de menos de 4m3
• Sensor de pH: preferible sumergible sobre los de flujo directo.
• Bomba o válvula de control: las bombas tienen un rango limitado a 10:1; las
válvulas tienen rangos mas amplios.

29. Esquema de un sistema de neutralización de un
agua residual acida.

30. Sistema típico
de dosificación
de cal.