CAPÍTULO V: CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA PTAP HERNAN
5.7 PLANTA DE TRATAMIENTO PROYECTADA
La unidad de mezcla rápida es un canal rectangular, de 0.70 m de ancho y 0.95 m de altura, con cambio de pendiente. El agua cruda ingresa a la unidad con un canal de derivación desde el canal que alimenta a la planta existente.
Las condiciones para el caudal de diseño de 100 lps, producen una gradiente de velocidad de 1,241 s-1, con un período de mezcla de 2.1 segundos. En el origen del resalto hidráulico, en la parte superior del canal, estará ubicado un difusor de 1” de diámetro con siete orificios de 1/2” espaciados a 0.10 m centro a centro para la aplicación de la solución de cloruro férrico.
La rampa que produce el resalto hidráulico tiene una altura de 0.50 m y una longitud de su plano inclinado de 1.50 m. El resalto hidráulico tiene un número de Froude de 4.6 lo
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que indica que el resalto es estable, al final del resalto se ha considerado una grada de 0.054 m de altura para mantener el resalto.
En la mezcla rápida también se ha previsto otro difusor de 1.25” de diámetro para la aplicación de solución de sulfato de aluminio cuando las características del agua lo requieran. La solución de sulfato se obtiene del edificio de dosificación de la planta existente.
El agua pasa de esta unidad a los floculadores mediante la prolongación de canal de 0.70 m de ancho.
5.7.2 FLOCULADOR
El floculador es una unidad hidráulica de flujo vertical conformado por cinco zonas de floculación que tienen un ancho variable, una longitud de 7.55 m y una altura de agua de 3.50 m. Cada zona tiene 16 canales de floculación, con una ancho de 0.425 m y una longitud en función a la gradiente de velocidad, los canales están conformados por planchas de concreto de 0.05 m de espesor y altura variable, y el paso entre canales es de 0.668 m.
La primera zona de floculación tiene un ancho de 0.81 m, la gradiente de velocidad es de 78.5 s-1, para un período de retención de 3.10 minutos y una pérdida de carga de 0.124 m. El canal de pase a la segunda zona de floculación tiene un ancho de 0.42 m y una altura útil de 0.74 m.
La segunda zona de floculación tiene un ancho de 1.18 m, la gradiente de velocidad es de 41.9 s-1, para un período de retención de 4.68 minutos y una pérdida de carga de 0.053 m. El canal de pase a la tercera zona de floculación tiene un ancho de 0.40 m y una altura útil de 1.13 m.
La tercera zona de floculación tiene un ancho de 1.52 m, la gradiente de velocidad es de 28.5 s-1, para un período de retención de 6.03 minutos y una pérdida de carga de 0.032 m. El canal de pase a la cuarta zona de floculación tiene un ancho de 0.40 m y una altura útil de 1.47 m.
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21.4 s-1, para un período de retención de 7.30 minutos y una pérdida de carga de 0.022 m. El canal de pase a la quinta zona de floculación tiene un ancho de 0.40 m y una altura útil de 1.80 m.
La quinta zona de floculación tiene un ancho de 2.13 m, la gradiente de velocidad es de 17.2 s-1 para un período de retención de 8.45 minutos y una pérdida de carga de 0.016
m. El canal de pase a los decantadores tiene un ancho de 0.60 m y una altura útil de 0.90 m.
El período de retención total en el floculador es de 29.57 minutos con una pérdida de carga de 0.247 metros. El período de retención es concordante con el período de retención obtenido en la prueba de jarras de 30 minutos para una turbidez inicial de 14 UNT y dosificando cloruro férrico.
Para el desagüe del floculador, se ha considerado en la primera, tercera y quinta zona de floculación una tubería de 100 mm de diámetro regulada con una válvula de compuerta que descarga en el sistema de desagüe de la planta. La segunda y tercera zona que no tienen válvula se interconecta con las otras zonas con un orificio de 100 mm de diámetro.
5.7.3 DECANTADORES
El proceso de decantación está compuesto por dos decantadores laminares de flujo inclinado, que operarán en forma paralela.
Estas unidades se componen de las siguientes estructuras: canal de distribución de agua floculada, canal central de distribución de agua floculada por debajo de las placas, zona de decantación de placas, sistema de recolección de agua decantada, y sistema de almacenamiento y extracción hidráulica de lodos.
a) Canal de distribución de agua floculada
El efluente del floculador descarga en un canal que distribuye el agua floculada uniformemente a los decantadores, el canal tiene una longitud de 5.10 m, un ancho constante de 0.60 m y una altura variable la cual disminuye en el sentido del flujo.
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La sección inicial tiene una altura útil de agua de 0.90 m, la sección final tiene una altura útil de agua de 0.40 m. La compuerta de paso a los decantadores es rectangular, de 0.60 de base y 0.35 de altura, en estas condiciones la gradiente de velocidad es de 15.5 s-1, con una diferencia de distribución de caudal entre la primera y última compuerta de 1.34 %. La pérdida de carga en la compuerta es 0.47 cm.
b) Canal central de distribución de agua floculada
El agua floculada al ingresar al decantador por la compuerta cuadrada, descarga en un canal central sumergido con un ancho de 0.60 m y altura variable, que disminuye desde 2.25 m hasta 0.60 m y una longitud de 12.85 m. Este canal distribuye el agua floculada por debajo de las placas del decantador.
Este canal tiene, a cada lado, una hilera de 27 orificios de 100 mm de diámetro espaciados a 0.475 m centro a centro. La gradiente de velocidad en estos orificios es de 14.39 s-1, con una diferencia de distribución de caudal entre el primer y último orificio de 3.82 %. La pérdida de carga en los orificios es 0.09 cm.
c) Zona de decantación
Cada decantador tiene dos zonas de decantación de 1.04 m de altura, ubicadas a cada lado del canal central de distribución de agua decantada, que tienen una longitud de 12.85 m y un ancho de 1.60 m, y para el caudal de tratamiento la tasa superficial de decantación aplicada es de 105.1 m3/m2.día.
Cada zona está compuesta por 102 placas de 1.60 m de ancho, 1.20 m de alto y 0.06 cm de espesor. Las placas son lonas de vinilo reforzadas con hilos de poliéster de alta tenacidad, recubiertas por ambos lados con PVC de formulación especial, con bastas en todo el contorno. Las placas de lonas de vinilo estarán sujetas en los costados a ángulos de aluminio mediante un sistema de anclaje y sujeción.
Las lonas se instalarán formando un ángulo de 60º con el plano horizontal, y con una separación en el plano horizontal de 0.12 m.
77 d) Sistema de recolección de agua decantada
En cada zona de decantación, para el sistema de recolección de agua decantada se ha considerado 9 tubos de PVC de 250 mm de diámetro y 1.60 m de longitud, que corresponden a una tasa de recolección de 1.74 Lps/m, los tubos están separados cada 1.36 m.
En la parte superior de los tubos se ha considerado 16 orificios de 3/4” de diámetro y separados a cada 0.10 m centro a centro, que para el caudal de tratamiento originan una carga de agua en el orificio de 5.08 cm.
El agua decantada recolectada por cada tubería es descargada en un canal central de recolección de agua decantada de 0.60 m de ancho, el cual esta ubicado en la parte superior del canal central de distribución de agua decantada. Los canales de cada decantador descargan en el canal de distribución de agua a los filtros.
e) Sistema de almacenamiento y extracción de lodos
Cada zona de decantación tiene un sistema de almacenamiento de lodos que consiste en cuatro tolvas en forma de troncos de pirámide invertida con una tubería de evacuación de lodos. La tolva tiene una base mayor útil de 4.10 m de longitud, 3.21 m de ancho y 0.90 m de altura, en la parte inferior presenta una base menor de 0.25 m por 0.25 m.
El volumen total de almacenamiento de lodos en cada zona de decantación es de 16.97 m3, y para una tasa de producción de lodos estimada en 0.005 litros de lodo por cada l/s de agua tratada, la frecuencia máxima de descarga es de 0.79 días.
En el vértice de cada tolva existe una tubería de 200 mm de diámetro por el cual ingresará el lodo al colector, que será de 500 mm de diámetro y está diseñado para extraer en forma homogénea y simultánea el lodo de las tolvas al abrir la válvula mariposa de salida, la válvula opera con una carga hidráulica del orden de 4.17 m, y los lodos se descargan al sistema de desagües de la planta.
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5.7.4 FILTROS
La batería de filtros está conformada por cuatro filtros, con medio filtrante de arena y antracita, operando con tasa declinante y sistema de autolavado.
El agua decantada es recolectada en un canal, con un ancho de 1.50 m y 2.20 m de altura, de donde se distribuye el agua a cada filtro de la batería mediante una válvula de mariposa de 250 mm de diámetro. En este canal esta ubicado el aliviadero de control de nivel máximo de operación.
Cada filtro tiene una longitud de 4.650 m y un ancho de 1.925 mm, que para el caudal de diseño la tasa de filtración aplicada es de 241.31 m3/m2.día. Para estas características, el medio filtrante recomendado es de arena y antracita.
Para el lavado de los filtros se empleará todo el caudal de tratamiento, es decir los 100 l/s, que proporciona una velocidad de lavado de 0.67 m/min, y ocasiona en la arena una expansión de 28.0% y de 28.9 para la antracita. Para estas características se requiere una carga hidráulica de 0.70 para que un filtro sea lavado con el caudal que producen los otros filtros.
Las características de la arena empleada como medio filtrante, son las siguientes:
Espesor : 0.25 m Diámetro efectivo : 0.50 mm Diámetro mínimo : 0.42 mm Diámetro máximo : 1.41 mm Porosidad : 0.42 Coeficiente de esfericidad : 0.80 Coeficiente de uniformidad : 1.50
Las características de la antracita empleada como medio filtrante, son las siguientes:
Espesor : 0.45 m Diámetro efectivo : 0.90 mm Diámetro mínimo : 0.83 mm Diámetro máximo : 2.38 mm Porosidad : 0.42 Coeficiente de esfericidad : 0.80
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El sistema de drenaje considerado es de viguetas prefabricadas de 0.30 m de ancho y 0.255 m de altura, y para estas condiciones la capa de soporte de grava tiene las siguientes características:
Primera capa : 1/16” a 1/8”, con 0.075 m de espesor
Segunda capa : 1/8” a 1/4”, con 0.075 m de espesor
Tercera capa : 1/4” a 1/2”, con 0.075 m de espesor
Cuarta capa : 1/2” a 1”, con 0.075 m de espesor
Quinta capa : 1” a 2”, con 0.100 m de espesor
Para este drenaje y medio filtrante, la carga hidráulica para operar con tasa declinante es de 0.70 m, y los filtros deben tener una altura de agua de 3.82 m.
El agua de lavado de los filtros es evacuado mediante dos canaletas laterales de 0.30 m de base y 0.40 m de altura, estas canaletas descargan, mediante una válvula de mariposa de 300 mm de diámetro, a otro canal de desagüe, de 1.50 m de ancho y 2.85 m de altura que se encuentra debajo del canal de distribución de agua decantada, para finalmente ser evacuado al sistema de desagüe de la planta.
Cada filtro tiene un canal de aislamiento y con una compuerta cuadrada de 0.35 m se interconectan todos los filtros para suministrar el agua de lavado. Cada filtro de la batería cuenta con una tubería de 100 mm de diámetro para la descarga total del filtro, la tubería descarga en el canal de desagüe.
Para el control del caudal de tratamiento de la batería de filtros se ha considerado un vertedero rectangular de control de 1.00 m de longitud, el efluente de cada filtro se recolecta en un canal de interconexión de 0.70 m de ancho, del cual el agua pasa a la cámara de contacto.
5.7.5 CAMARA DE CONTACTO
El efluente de los filtros se descarga en la cámara de contacto, en donde se aplicará cloro gas en solución para la desinfección.
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La cámara de contacto está conformado por nueve canales de un ancho de 0.70 m y una altura de agua útil de 2.75 m, cada canal tiene una longitud de 8.45 m. El ancho en las vueltas de los canales es 1.05 m.
Para el caudal de tratamiento, el período de retención es de 24.40 minutos. En el último canal se ha considerado un vertedero rectangular de 0.70 m de longitud para controlar el nivel de agua en la unidad. De la unidad, el efluente se conduce a la cisterna existente de la planta.