Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales municipales para el distrito de Cachicadán, Santiago de Chuco, La Libertad 2018

Texto completo

(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. m. ica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL. uí. Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales. Q. municipales para el distrito de Cachicadán,. In. g.. Santiago de Chuco, La Libertad – 2018. de. Tesis para obtener el título profesional de:. Br. Esquivel Caipo, Denisa Aurora. io. Autores:. te. ca. INGENIERO AMBIENTAL. Bi. bl. Br. Santiago Pereda, Eyder Geylin. Asesor:. Ms. Esquerre Pereyra, Paul Henry. Trujillo- Perú 2019. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. JURADO CALIFICADOR. …………………………………………. Dr. Segundo Ruíz Benites. Q. uí. m. ica. PRESIDENTE. g.. ……………………………………….... In. Dr. Percy Aguilar Rojas. bl. io. te. ca. de. SECRETARIO. Bi. ……………………………………….... Ms. Henry Esquerre Pereyra ASESOR. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIAS. ica. Mi tesis la dedico con todo mi amor y cariño a Dios, porque es mi motivación, me ha levantado durante tiempos difíciles de mi vida, me ha permitido llegar a este momento tan especial en mi vida,. io. te. ca. de. In. g.. Q. uí. m. A mis hermanos por creer en mi capacidad, a mi amigo de trabajo que gracias a nuestro esfuerzo y dedicación llegamos hasta el final del camino, como también a mis profesores gracias por su tiempo, apoyo, así como también por la sabiduría que me han transmitido en el desarrollo de mi formación profesional.. Bi. bl. A mi madre por ser la persona que me ha acompañado durante mi trayecto estudiantil y de vida, a mi padre quien con sus consejos ha sabido guiarme para culminar mi carrera profesional.. Denisa Aurora. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIAS. En primer lugar, este logro quiero dedicar a Dios, porque siempre me guía, me cuida y me ayuda en todo. ica. momento de mi vida.. m. También quiero dedicar a mis padres. uí. y a mis hermanas en especial a Luz, por su apoyo incondicional que me. Q. han brindado durante el transcurso de. g.. mi formación profesional y porque. ca. de. In. han confiado siempre en mí.. te. A mi compañera de trabajo por el. io. apoyo mutuo, por nuestro esfuerzo. bl. que hemos puesto en este trabajo de y. ahora. estamos. Bi. investigación. obteniendo este logro muy importante para cada uno de nosotros.. Eyder Geylin. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTOS A Dios por permitirnos tener una buena experiencia dentro de la Universidad por permitir convertirnos en profesionales en lo que tanto nos apasiona. Nuestros padres y hermanos por el apoyo que nos han brindado. A cada maestro que fue parte de este proceso integral de formación, que deja como producto terminado este grupo de graduados, y como recuerdo y prueba viviente en la historia; esta tesis, que perdurará dentro de los conocimientos y desarrollo de las demás generaciones que están por llegar.. ica. A nuestro asesor Ing. Esquerre Pereyra Paul Henry por habernos brindado su. uí. m. apoyo incondicional para poder llevar a cabo esta investigación.. Q. A nuestro amigo incondicional Anthony Ruiz Paredes, quien nos apoyó en todo momento en los cinco años y nos ayudó en todo lo que pudo, que no ha sido. In. siempre en nuestros corazones.. g.. poco lo que nos brindó y aunque ya no está dentro de nosotros lo llevamos. Bi. bl. io. te. ca. de. Nuestros compañeros, por alentarnos a seguir adelante siempre.. Los autores. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE Pág. RESUMEN ...................................................................................................................xi ABSTRACT................................................................................................................. xii INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 1 1.1.. Realidad Problemática. ............................................................................... 1. 1.2.. Antecedentes ................................................................................................. 1. 1.3.. Marco Teórico .............................................................................................. 3 El Agua.................................................................................................. 3. 1.3.2.. Tipos de aguas residuales .................................................................... 3. 1.3.3.. Aguas residuales municipales ............................................................. 4. 1.3.4.. Caracterización de las aguas residuales ............................................. 5. m. ica. 1.3.1.. Características físicas. ................................................................................. 5. b). Características químicas ............................................................................. 7. c). Características biológicas ............................................................................ 7. Q. uí. a). Tratamiento de Aguas Residuales Municipales21 .............................. 8. 1.3.6.. Plantas de tratamiento de aguas residuales ..................................... 14. g.. 1.3.5.. In. I.. de. 1.3.7. Diseño y dimensionamiento de los segmentos estructurales del sistema de TAR. ................................................................................................. 15 Pretratamiento o tratamiento preliminar .................................... 15. 1.3.7.1.. Canal de entrada. ....................................................................................... 16. B.. Canal de rejas ............................................................................................. 18. C.. Desarenador (sedimentador)..................................................................... 21. D.. Desengrasado.............................................................................................. 25. io. te. ca. A.. Tratamiento primario.................................................................... 25. bl. 1.3.7.2.. Zona de entrada ......................................................................................... 26. B.. Zona de sedimentación .............................................................................. 27. C.. Zona de salida............................................................................................. 27. D.. Zona de recolección de lodos..................................................................... 27. Bi. A.. 1.3.7.3.. Tratamiento secundario ................................................................ 28. A). Filtración Biológica ................................................................................ 29. B). Lodos activados ...................................................................................... 29. 1.3.7.3.1.. Lodos Activados ............................................................................. 30. -. Tipos de procesos de lodos activados ....................................................... 32. a). Proceso convencional ................................................................................. 32. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. b). Aireación prolongada ................................................................................ 33. c). Aireación extendida ................................................................................... 33. d). Mezcla completa ......................................................................................... 33. A.. Diseño de tanque de aireación (biorreactor) ........................................... 33. B.. Diseño de sedimentador secundario ......................................................... 40. C.. Digestores convencionales ......................................................................... 40. D.. Lecho de Secado ......................................................................................... 41 Tratamiento terciario .................................................................... 42. 1.3.7.4.. 1.3.10. Legislación aplicable para TAR y para los diseños de sistemas de tratamiento. ........................................................................................................ 45. Normativa para diseño ...................................................................... 46. m. 1.3.12.. ica. 1.3.11. Límites Máximos Permisibles para los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas o municipales. .......................... 46. Planteamiento del Problema ..................................................................... 46. 1.5.. Hipótesis...................................................................................................... 46. 1.6.. Objetivos ..................................................................................................... 47. Q. uí. 1.4.. g.. MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................................... 48. II.. Localización Geográfica ............................................................................... 48. 2.3.. Materiales y métodos. ................................................................................ 48. In. 2.1.. Material de estudio. ............................................................................ 48. 2.3.2.. Periodo de diseño de la PTAR .......................................................... 49. 2.3.3.. Población total actual ......................................................................... 49. 2.3.5.. Demanda de agua neta por habitante ............................................... 50. ca. te. Materiales y Equipos ................................................................................... 50. io. 2.4.. de. 2.3.1.. Materiales y equipos para la medición de longitudes. ...................... 50. bl. 2.4.1.. Materiales y equipos para medición de caudal ................................. 50. 2.4.3.. Materiales y equipos de muestreo ..................................................... 51. Bi. 2.4.2.. 2.5.. Métodos y técnicas. .................................................................................... 51. 2.5.1.. Determinación de los puntos de muestreo. ....................................... 51. 2.5.2.. Medición de caudales10 ....................................................................... 51. 2.5.2.1.. Caudal Medio Diario (QD) ............................................................. 52. 2.5.2.2.. Caudal Máximo Diario (QMD) ....................................................... 52. 2.5.2.3.. Coeficiente de Mayorización (M).................................................. 52. 2.5.2.4.. Caudal de infiltración (Qi) ............................................................ 53. 2.5.2.5.. Caudal por conexiones erradas (Qe) ............................................. 53. 2.5.2.6.. Diseño de caudales (DQ) ................................................................. 53. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.5.2.7.. Pendiente......................................................................................... 53. 2.5.2.8.. Radio hidráulico (RH) ................................................................... 53. 2.5.2.9.. Velocidad (V) .................................................................................. 53. 2.5.2.10.. Coeficiente de rugosidad ............................................................... 54. 2.5.2.11.. Método para medición de caudal.................................................. 54. 2.5.3.. Muestreo de aguas residuales ........................................................... 54. 2.5.4.. Caracterización de aguas .................................................................. 55. 2.5.5. Proceso apropiado para el tratamiento de Aguas Residuales Municipales del distrito de Cachicadán. .......................................................... 56 Diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales. ................ 56. 2.5.6.. ica. 2.5.7. Dimensionamientos físicos de la Planta de Tratamiento de Agua Residual.56 Canal de llegada: ............................................................................ 56. 2.5.7.2.. Cribado ........................................................................................... 56. 2.5.7.3.. Desarenador ................................................................................... 56. 2.5.7.4.. Sedimentador primario ................................................................. 57. 2.5.7.5.. Sedimentador secundario .............................................................. 58. 2.5.7.6.. Biorreactor ..................................................................................... 58. 2.5.7.7.. Lecho de secado .............................................................................. 59. In. g.. Q. uí. m. 2.5.7.1.. de. Determinación de la ubicación de la planta ..................................... 59. 2.5.8.. Estación Meteorológica ................................................................. 59. 2.5.8.1.. 2.5.8.3.. te. ca. 2.5.8.2. Matriz de Reglamento Técnico del Sector Agua potable y Saneamiento Básico8 .......................................................................................... 60 Encuestas ........................................................................................ 60. 2.5.9.1.. Estudio de línea base...................................................................... 60. Bi. bl. io. 2.5.9. Estudio de Impacto Ambiental para la ubicación de la PTARM – Cachicadán. ........................................................................................................ 60. Matriz de Leopold .......................................................................... 61. 2.5.9.2.. RESULTADOS .............................................................................................. 62. III. 3.1. Caracterización de las ARM del distrito de Cachicadán ....................... 62. 3.2. Medición de Caudales ................................................................................ 63. 3.3. Selección de alternativa de tratamiento ................................................... 65. 3.4. Dimensionamiento y diseño de la PTAR .................................................. 65. 3.4.1. Cálculos de los parámetros de diseño............................................... 65. 3.4.2. Dimensiones de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales.... 65. 3.4.2.1. Pre tratamiento .................................................................................. 65. A). Canal de Llegada ................................................................................... 65 vii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. B). Rejillas..................................................................................................... 66. C). Desarenador ........................................................................................... 66. 3.4.2.2. Tratamiento Primario ....................................................................... 67. A) Sedimentador Primario ................................................................................ 67 3.4.2.3. Tratamiento Secundario.................................................................... 69. A). Biorreactor ............................................................................................. 69. B). Sedimentador Secundario ..................................................................... 70. C). Lecho de Secado ..................................................................................... 70. 3.5 Propuesta para la construcción de la planta de Tratamiento de Agua Residual. ................................................................................................................. 71 Rendimiento del proceso de depuración .......................................... 71. 3.5.2. Rendimiento de la planta de tratamiento ........................................ 72. ica. 3.5.1. Ubicación de la PTARM en el distrito de Cachicadán. .......................... 72. m. 3.6. V.. Estudio de línea base.......................................................................... 73. 3.7.2. Matriz de Leopold .............................................................................. 74. g.. 3.7.1. Etapa de construcción de la PTAR........................................................... 75. 2.. Etapa de operación y mantenimiento ....................................................... 76. In. 1.. DISCUSIÓN ................................................................................................... 78. de. IV.. Q. uí. 3.7 Estudio de Impacto Ambiental para la ubicación de la PTARM - en Cachicadán. ............................................................................................................ 73. CONCLUSIONES ............................................................................................. 85 RECOMENDACIONES ............................................................................... 86. VII.. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................... 87. te. ca. VI.. Bi. bl. io. ANEXOS ..................................................................................................................... 89. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS. Bi. bl. io. te. ca. de. In. g.. Q. uí. m. ica. Pág. Tabla 1. Origen y fuentes de las aguas residuales en función del tipo y usos. ... 4 Tabla 2. Tipos de sólidos presentes en las aguas residuales municipales. ......... 6 Tabla 3. Características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales. 8 Tabla 4. Principales contaminantes de los desagües municipales, su impacto en el medio ambiente y parámetros para cuantificar el grado de contaminación. .. 9 Tabla 5. Barra de limpieza manual y mecánica. ............................................... 18 Tabla 6. Coeficiente de pérdida para rejillas. ................................................... 20 Tabla 7. Biomasas fijas y suspensión (lodos activos). ..................................... 29 Tabla 8. Tabla Coeficientes cinéticos típicos de AR DQO29. .......................... 34 Tabla 9. Valores de diseño para cargas volumétricas permisibles en función de la temperatura. .................................................................................................. 36 Tabla 10. Valores de referencia para el Diseño de una PTAR. ........................ 37 Tabla 11. Consideración para el diseño de una PTAR. .................................... 38 Tabla 12. Parámetros de diseño para sedimentador Secundario. ..................... 40 Tabla 13. Población actual del distrito de Cachicadán. .................................... 49 Tabla 14 Ubicación de puntos de descarga de aguas residuales municipales en el distrito de Cachicadán. ................................................................................. 51 Tabla 15. Retorno de aguas residuales domésticas .......................................... 52 Tabla 16. Coeficiente de rugosidad según el tipo de material. ......................... 54 Tabla 17. Métodos Estandarizados de análisis. ................................................ 55 Tabla 18. Datos para sedimentador primario. .................................................. 57 Tabla 19. Datos para sedimentador secundario. ............................................... 58 Tabla 20. Datos para diseño de Birreactor de PTAR. ...................................... 58 Tabla 21. Datos para secado. ............................................................................ 59 Tabla 22. Modelo tipología de encuesta ........................................................... 60 Tabla 23. Tabla de resultados de caracterización de agua Residual y LMP. ... 62 Tabla 24. Medición de Caudal Interdiarias. ..................................................... 63 Tabla 25. Elección de procesos de tratamiento de AR (lodos activos) ............ 65 Tabla 26. Caudales de diseño. .......................................................................... 65 Tabla 27. Resultados para dimensiones del canal de llegada. .......................... 65 Tabla 28. Dimensiones de las Rejillas.............................................................. 66 Tabla 29. Dimensiones para diseño de Desarenador. ....................................... 66 Tabla 30. Dimensionamiento del sedimentador. .............................................. 67 Tabla 31. Dimensionamiento del sedimentador convencional. ........................ 67 Tabla 32. Dimensionamiento del biorreactor. .................................................. 69 Tabla 33. Dimensionamiento de sedimentador Secundario. ............................ 70 Tabla 34. Dimensionamiento de Lecho de Secado. ......................................... 70 Tabla 35. Parámetros fuera de los límites permisibles ..................................... 71 Tabla 36. Eficiencia de la PTARM propuesta. ................................................. 72 Tabla 37. Tabla del estado actual como se encuentra el distrito de Cachicadán. .......................................................................................................................... 73. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE FIGURAS Pág.. Bi. bl. io. te. ca. de. In. g.. Q. uí. m. ica. Figura 1. Diagrama de bloques de una PTAR. ............................................................ 15 Figura 2. Esquema de tratamiento Preliminar.............................................................. 16 Figura 3. Elementos geométricos de un canal de sección rectangular. ........................ 16 Figura 4. Sistema manual de rejillas. ........................................................................... 20 Figura 5. Desarenador de flujo horizontal. .................................................................. 21 Figura 6. Detalle de orificios aboquillados. ................................................................. 22 Figura 7. Desarenador sección parabólica Fuente: ONU, 2016. .................................. 24 Figura 8. Diagrama de desengrasado ........................................................................... 25 Figura 9. Sedimentador (Planta y Corte Longitudinal). ............................................... 28 Figura 10. Diagrama de flujo convencional. ................................................................ 30 Figura 11. Diagrama de flujo convencional de lodos activados. ................................. 32 Figura 12. Opciones para tratamientos terciarios de AR. ............................................ 45 Figura 13. Mapa de la provincia de Santiago de Chuco ..................................... 48 Figura 14. Variación de caudal día lunes. .................................................................... 63 Figura 15. Variación de caudal día miércoles. ............................................................. 64 Figura 16. Variación de caudal día viernes. ................................................................. 64 Figura 17. Variación de caudales interdiarias. ............................................................. 64. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN. Esta investigación busca resolver la problemática con respecto a las aguas residuales municipales en el distrito de Cachicadán mediante el diseño de una planta de tratamiento de agua residual municipal, para este diseño se siguió la metodología de la norma OS. 090 para plantas de tratamiento de agua residual y el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, RAS 2000 y 2017, como también se hizo uso del método de la sección pendiente para caudales obteniendo un caudal de diseño 16,39 L/s. Para llevar a cabo esta investigación se realizó una recopilación de información y se hizo la proyección de la. ica. población para el tiempo de vida de la PTAR de acuerdo con el RAS 2017, con un estudio. m. de caracterización que determinó los parámetros que no cumplen con la normativa vigente. uí. fueron los sólidos suspendidos con 110 mg/L, aceites y grasas 15,4 mg/L, DBO 344,8 mg/L,. Q. oxígeno disuelto 3,94 mg/L y DQO 519,93 mg/L. Se seleccionó un proceso aeróbico para el tratamiento de las aguas residuales con una eficiencia de rendimiento de 95% a 98%. La. g.. ubicación de la planta de tratamiento se ha considerado en la zona sur del distrito, en base a. In. datos de la estación meteorológica del distrito de Cachicadán, considerando también la. de. Matriz del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico y encuestas. El Estudio de Impacto Ambiental se realizó con la matriz de Leopold y estudio. ca. de línea base, se concluyó que el proceso apropiado para tratamiento de Aguas Residuales. te. es de lodos activos.. Bi. bl. io. PALABRAS CLAVE: Tratamiento de aguas residuales y Estudio de Impacto Ambiental.. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. This research seeks to solve the problem with respect to municipal wastewater in the district of Cachicadán by designing a municipal wastewater treatment plant, for this design the methodology of the OS standard was followed. 090 for wastewater treatment plants and the Technical Regulations for the Drinking Water and Basic Sanitation Sector, RAS 2000 and 2017, as well as the slope section method for flow rates obtaining a design flow rate of 16.39 L/s. To carry out this research, a compilation of information was made and the population was projected for the life of the WWTP in accordance with the RAS 2017, with a. ica. characterization study that determined the parameters that do not comply with the. m. regulations in force were suspended solids with 110 mg / L, oils and fats 15.4 mg / L, DBO 344.8 mg / L, dissolved oxygen 3.94 mg / L and COD 519.93 mg / L. An aerobic process. uí. was selected for the treatment of wastewater with a yield efficiency of 95% to 98%. The. Q. location of the treatment plant has been considered in the southern zone of the district, based. g.. on data from the meteorological station of the Cachicadán district, also considering the. In. Matrix of the Technical Regulation of the Drinking Water and Basic Sanitation Sector and surveys. The Environmental Impact Study was conducted with the Leopold matrix and. de. baseline study, it was concluded that the appropriate process for wastewater treatment is. ca. active sludge. KEYWORDS:. Bi. bl. io. te. Wastewater treatment and Environmental Impact Study.. xii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I. INTRODUCCIÓN 1.1. Realidad Problemática. En el distrito de Cachicadán el problema de las Aguas Residuales Municipales (ARM) es muy severo, ya que no existe una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales (PTARM). Estas aguas son vertidas directamente al río a 500 m del puente Bolívar sin ningún tratamiento previo, afectando a la parte baja de la población de manera directa por que los pobladores del caserío de Picomas consumen esta agua. ica. contaminada, como indirectamente ya que éstas son utilizadas para riego de cultivos. m. tanto en plantas de tallo corto (hortalizas) y tallo largo, generando así que las personas. Q. uí. estén expuestos a adquirir enfermedades a nivel de la cadena trófica.. g.. Por otro lado, el crecimiento poblacional acelerado en los últimos 4 años en el distrito,. In. ha llevado a producir un mayor volumen de aguas residuales, generando baja. de. productividad y deterioro ambiental. También podemos afirmar que existe falta de interés y negligencia por parte de las autoridades municipales y de la población misma. te. 1.2. Antecedentes. ca. por solucionar la problemática ambiental en la que se encuentra el distrito.. bl. io. Las aguas residuales (AR) son generadas por la mayoría de actividades humanas que. Bi. utilizan agua, a medida que crece la demanda global del agua, el volumen de AR generadas y su nivel de contaminación se encuentran en constante aumento en el mundo1. En todos los países, excepto los más desarrollados, la mayor parte de las AR son vertidas directamente al medio ambiente sin ningún tratamiento previo, esto tiene repercusiones negativas en la salud humana, la productividad económica y la calidad de los recursos de agua dulce1.. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El tratamiento de AR consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes de diversa índole presentes en el agua afluente2. Las AR son generadas por residencias, instituciones, locales comerciales e industriales, estas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (tanques sépticos) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías para ser tratadas en una PTAR2.. ica. Antes de la década del sesenta, los procesos de Tratamiento del Agua Residual (TAR). m. resultaron ser sistemas complejos, en general de difícil implementación, costos de. Q. uí. operación y mantenimiento elevados, imposibilitando su adopción en los países en vías de desarrollo, donde se agravaban las condiciones ambientales y sanitarias de muchas. In. g.. ciudades3.. A fines del siglo XIX, surgió la necesidad de un tratamiento sistemático del AR debido. de. a la contaminación en áreas urbanas causando problemas en la salud pública 4.. ca. En la región de América Latina y el Caribe, el 49 % de la población tiene servicio de. te. alcantarillado, colectándose diariamente 40 millones de metros cúbicos de agua residual. bl. io. que se vierten a ríos, lagos y mares4. Si hasta el año 2010 se logró ampliar la cobertura. Bi. de este servicio básico hasta el 90 % de la población, se estima que más de 100 millones de metros cúbicos de AR vienen agravando aún más el cuadro de contaminación considerando el total del volumen colectado por los sistemas de alcantarillado, menos del 10 % recibe tratamiento previo antes de ser descargado4. La población de América Latina se encuentra en situación de estrés hídrico y concentrada mayoritariamente en ciudades donde no existe suficiente agua, más aun, el problema se agudiza considerando que un 70% de AR no son tratadas antes de ser vertidas en algún cuerpo receptor5.. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En Perú, solamente se ha ejecutado el 30% de la inversión pública en AR, de acuerdo al Plan Nacional de Saneamiento Urbano y Rural 2006-2015. Las sustancias que contaminan el agua son orgánicas e inorgánicas5. Se considera que sólo una de las 204 PTAR cumple con la normativa vigente en materia ambiental6. 1.3. Marco Teórico 1.3.1. El Agua Sustancia cuya molécula está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno,. ica. el término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado líquido, aunque la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo y en su forma gaseosa. uí. m. denominada vapor11.. Q. La cantidad de agua dulce existente en la tierra es limitada, y su calidad está sometida a. g.. una presión constante. Su conservación es importante para el suministro de agua de. In. bebida, la producción de alimentos y el uso recreativo12.. de. El agua cubre el 75% de la superficie terrestre; el 97,5% es salada y sólo el 2,5% es agua dulce. Los casquetes y los glaciares contienen el 74% del agua dulce del mundo. Lo. ca. demás se encuentra en las profundidades de la tierra o encapsulada en los componentes. io. te. de la misma. Sólo el 0,3% de agua dulce se encuentra en los ríos y lagos para uso. bl. humano se puede acceder a menos del 1% de agua dulce superficial o subterránea13.. Bi. Las extracciones de agua dulce han aumentado a nivel mundial en un 1% anual desde los años 80, debido a la creciente demanda en los países en desarrollol14. Sus propiedades más extraordinarias del agua es su capacidad para disolver sustancias ya que es una molécula fuertemente bipolar 14. 1.3.2. Tipos de aguas residuales Las AR pueden proceder de diferentes lugares, es así que dependiendo de su origen pueden ser clasificadas como: aguas residuales domésticas (ARD), aguas residuales industriales (ARI) y aguas residuales municipales (ARM) (Ver detalle en el anexo 11).. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3.3. Aguas residuales municipales Las ARM son aquellas aguas cuya composición desde el punto de vista físico, químico y microbiológico ha sido alterada, durante los diferentes usos para los cuales ha sido empleada15. Desde el punto de vista de las fuentes de generación, las AR son la combinación de residuos líquidos procedentes de residencias, instituciones públicas y establecimientos comerciales, a los que pueden agregarse, aguas subterráneas, superficiales y pluviales15.. ica. Las ARM podrían definirse como residuos líquidos, generados durante el uso del agua,. uí. m. que contienen impurezas o contaminantes en forma sólida, líquida o gaseosa15.. Q. Tabla 1. Origen y fuentes de las aguas residuales en función del tipo y usos. Origen y Fuente. Uso que ha recibido. D O M É S T I C A S. Residencias: Viviendas y apartamentos Comercios: Aeropuertos, estaciones de servicios, hoteles, albergues, oficinas, lavanderías, restaurantes. Instituciones: hospitales, colegios, prisiones, entre otros. Espacios recreacionales: campamentos, club de campo, playas, zonas turísticas, piscinas, entre otros.. I N D U S T R I A L. Industrias: Químicas y petroquímicas, ganaderas, siderúrgicas, alimentación y bebidas, pasta y papel, textiles, entre otras.. g.. Tipo de AR. Bi. bl. io. te. ca. de. In. Beber, limpieza, higiene, lavado de autos, fines culinarios, evacuación de residuos, regado de jardines, entre otros.. Diferentes procesos de producción: como materia prima, limpieza, enfriamiento o transferencia de calor.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. M U N I C I P A L. Residencias, instituciones, comercios, industrias, espacios recreacionales, escorrentía, infiltraciones y aportes incontrolables.. Los usos mencionados para aguas residuales domésticas e industriales, la escorrentía desde la superficie expuesta a la lluvia (parques, zonas verdes, terrenos de cultivos, patios y calles), juntas, tuberías, entre otros.. Fuente: CEPIS, 2003.. ica. 1.3.4. Caracterización de las aguas residuales. m. La contaminación de las aguas puede ser causada por compuestos en estado sólido,. uí. líquido o gaseoso, los cuales pueden disolverse, ser insolubles, quedar en. Q. suspensión, ser inmiscibles, reaccionar, entre otros17.. g.. a) Características físicas.. In. - Temperatura: Las AR pueden presentar variación en la temperatura debido a la. Color: Describe cualitativamente la edad del agua residual. El AR fresca suele tener. ca. -. de. incorporación de aguas calientes desde residencias18.. te. un color grisáceo, sin embargo, la coloración anormal de AR se debe a la presencia de. Olor: Se origina por los gases liberados en el proceso de descomposición de la materia. bl. -. io. sustancias disueltas o coloidales18.. Bi. orgánica. Los principales compuestos olorosos de las AR son: amoniaco, cloro, sulfuros, y aminas18. - Turbidez: Indicar la calidad de las aguas vertidas. Se lleva a cabo mediante la relación de la intensidad de la18. - Sólidos Totales: Las AR están cargadas de sólidos, materia en suspensión, sedimentable, coloidal y disuelta; de origen orgánico e inorgánico15.. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. - Sólidos suspendidos: Fracción de los sólidos retenidos sobre un filtro con un tamaño nominal de 250 mm y secado a una temperatura especifica18. A continuación, en la siguiente tabla se muestra los tipos de sólidos en las ARM. Tabla 2. Tipos de sólidos presentes en las aguas residuales municipales. Prueba. Descripción Residuo remanente después de que la muestra ha sido evaporada y secada a una temperatura específica. (103 °C a 105 °C).. Sólidos volátiles totales (SVT). Sólidos que son volatilizados e incinerados cuando los ST son calcinados (500°C ± 50 °C). Sólidos fijos totales (SFT). Residuo que permanece después de incinerar los ST (500 °C ± 50 °C).. Sólidos suspendidos totales (SST). Fracción de ST retenido sobre un filtro con un tamaño de poro específico medido después de que ha sido secado a una temperatura específica.. Sólidos suspendidos volátiles (SSV). Estos sólidos son volatilizados e incinerados de la fracción de SST (500 °C ± 50 °C).. Sólidos suspendidos fijos (SSF). Residuo remanente después de calcinar SST (500 °C ± 50 °C).. ca. de. In. g.. Q. uí. m. ica. Sólidos totales (ST). bl. io. te. Sólidos disueltos totales Sólidos que pasan a través del filtro y luego son (SDT) (STevaporados y secados a una temperatura específica. SST) Sólidos que pueden ser volatilizados e incinerados cuando los SDT son calcinados (500 °C ± 50 °C).. Sólidos disueltos fijos (SDF). Residuo remanente después de calcinar los SDT (500 °C ± 50 °C).. Sólidos sedimentables. Sólidos suspendidos, expresados como mL/L, que se sedimentarán en un periodo de 1 hora.. Bi. Sólidos disueltos volátiles (SDV) (SVT-SST). Fuente: George, 1996.. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. b) Características químicas - Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): Parámetro más usado para medir la calidad de AR, el grado de contaminación y para fijar las cargas orgánicas permisibles en fuentes receptoras19. - Demanda química de Oxígeno (DQO): Se usa para medir el oxígeno equivalente a la MO oxidable mediante un agente químico oxidante fuerte (bicromato de potasio) en un medio ácido y a alta temperatura. Para la oxidación de ciertos compuestos orgánicos. ica. resistentes se requiere la ayuda de un catalizador como el sulfato de plata19.. m. - Alcalinidad: Ésta resulta de la presencia de los hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos. uí. de elementos como calcio, magnesio, sodio, potasio y radicales como el ion amonio20.. g.. Q. - pH: Sus valores de vertidos de AR pueden oscilar mucho, en el caso de las ARD están. In. cercanos a los valores del agua potable. Un valor inadecuado de pH en las AR puede afectar el desarrollo de los microorganismos que intervienen en los procesos. de. biológicos20.. ca. - Compuestos Orgánicos Volátiles (COV): Los contaminantes prioritarios de origen. te. orgánico están relacionados a los procesos carcinógenos, mutación o alta toxicidad.. io. Muchos de éstos comprenden a los COV y pueden afectar directamente la salud20.. Bi. bl. - Nitrógeno: Es importante para evaluar la tratabilidad del AR mediante procesos biológicos. El contenido total de nitrógeno está compuesto por nitrógeno amoniacal, nitritos, nitratos y nitrógeno orgánico20. - Fósforo: Es el principal responsable del crecimiento de algas y otros organismos biológicos20. c) Características biológicas Estas vienen dadas por una gran variedad de organismos vivos de alta capacidad metabólica, y gran potencial de descomposición y degradación de materia orgánica e. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. inorgánica. Los organismos que principalmente se encuentran en las AR urbanas son: Algas, mohos, bacterias, virus, flagelados, ciliados, rotíferos, anélidos y larvas21. Los organismos patógenos que existen en las AR son pocos difíciles de aislar e identificar. Por esta razón se prefiere utilizar a los Coliformes como organismo indicador de contaminación21. En la siguiente tabla se muestra de manera detallada diversos parámetros.. Características Químicas. Características Biológicas. m. Características Físicas. ica. Tabla 3. Características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales.. Temperatura. Animales (Bacterias). uí. Contenido orgánico: Carbohidratos, proteínas, DBO, DQO, OD, Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) y agentes tensoactivos.. Color. Q. Olor. g.. Turbidez Sólidos Totales. Hongos Coliformes Totales Coliformes Fecales. In. Contenido inorgánico: Alcalinidad, pH, cloruros, fósforo, nitrógeno y metales pesados.. Plantas (Algas). Suspendidos. de. Conductividad Eléctrica. ca. Gases:. Fuente: Romero, 2005.. io. te. Sulfuro de hidrógeno, metano y oxígeno.. bl. 1.3.5. Tratamiento de Aguas Residuales Municipales21. Bi. Es de vital importancia realizar un tratamiento de las AR antes de ser vertidas a cuerpos receptores de no ser así estas alteran la calidad del agua, suelos y aire. Por tanto, se debe tratar con la finalidad de: -. Proteger los cuerpos receptores de la contaminación, ya que estas aguas podrían ser usadas para usos primarios y secundarios21.. -. Evitar enfermedades por el consumo de aguas contaminadas y por ende impedir el desarrollo de algas acuáticas21.. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La falta de PTAR en las ciudades, explotaciones mineras, agrícolas y ganaderas, ocasiona grandes desechos de aguas contaminadas que hacen mucho daño al medio ambiente, generando así la presencia de organismos patógenos, provenientes en su mayoría del tracto intestinal, hace que estas aguas sean extremadamente peligrosas que pueden provocar: -. La presencia de bacterias del grupo entérico que producen enfermedades de origen hídrico como: fiebre tifoidea, paratifoidea, cólera, entre otras y enfermedades. Enfermedades por microorganismos disentería amebiana, bilharziasis, causando. m. -. ica. causadas por virus presentes en las AR están: poliomielitis, hepatitis infecciosa 21.. uí. daños a la saludad pública21.. -. Acción tóxica.. -. Polución térmica.. In. Malos olores.. de. -. g.. Q. Elementos de las AR que son dañinos para la salud pública22.. Los contaminantes en las AR son generalmente mezclas complejas de compuestos. ca. orgánicos e inorgánicos originados. te. Tabla 4. Principales contaminantes de los desagües municipales, su impacto en el. Bi. bl. io. medio ambiente y parámetros para cuantificar el grado de contaminación.. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Contaminante. Impacto en el medio ambiente. Orgánicos Biodegradables. Descargas no controladas dentro del ambiente pueden conducir al consumo de oxígeno. Esto estimulará la formación de olores y crear la muerte de los peces en cuerpos de agua. Nitrógeno y Fósforo son esenciales para sostener la vida acuática. Sin embargo, cuando se encuentran en exceso pueden inducir a la reducción de la biodiversidad acuática, consumo de oxígeno, muerte de peces, formación de olores y problemas de toxicidad. Estos orgánicos tienden a resistir el tratamiento biológico. Ejemplos típicos incluyen residuos húmicos, detergentes, fenoles, residuos de hormonas, medicinas y pesticidas. Estos pueden tener serias consecuencias para tratamientos biológicos (toxicidad), para disposición y reusó de lodos y finalmente por la bioacumulación en la cadena alimenticia.. Nutrientes. m. ica. Orgánicos No Biodegradables. Q. uí. Compuestos Tóxicos. g.. Enfermedades pueden transmitirse por la presencia de patógenos en el desagüe. Esto tiene particular importancia si el agua residual tratada es usada en agricultura o acuicultura.. In. Patógenos. de. Los sólidos suspendidos son estéticamente no aceptables y pueden depositarse como lodos en canales y ríos. Más aún, la degradación anaerobia puede consumir los niveles de oxígeno en aguas superficiales. Estéticamente inconvenientes, efectos tóxicos de largo plazo Cambian las condiciones de vida de la flora y fauna.. DBO. NyP. DQO Prueba de actividad de organismos indicadores Coliformes Fecales/100 ml, virus y huevos de parásitos.. SST. te. ca. Sólidos Suspendidos. Parámetro. io. Olor/color. bl. Efectos termales. Los sólidos disueltos son relevantes para desagües tratados a usar en agricultura/acuicultura. Fuente: Veenstra, 2001.. T C.E. Bi. Sólidos Disueltos. --. 1.3.6. Plantas de tratamiento de aguas residuales Son instalaciones donde a las AR se les retiran los contaminantes, para hacer de ella un agua sin riesgos a la salud o medio ambiente al disponerla en un cuerpo receptor para reúso en otras actividades de nuestra vida cotidiana con excepción del consumo humano23.. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Las PTAR son operadas de forma manual con la ayuda de los laboratorios de control de proceso instalados en las principales plantas23. Las PTAR continúan utilizando los procesos con los que fueron diseñadas, en algunos casos se han llevado a cabo modificaciones que permiten mejorar la calidad del producto terminado. En la figura 1 se muestra un esquema de una planta de. ca. de. In. g.. Q. uí. m. ica. tratamiento de agua residual.. te. Figura 1. Diagrama de bloques de una PTAR.. io. Fuente: Hardenberg, 1987.. bl. 1.3.7. Diseño y dimensionamiento de los segmentos estructurales del sistema de. Bi. TAR.. 1.3.7.1. Pretratamiento o tratamiento preliminar Tiene como objetivo la retención de sólidos gruesos y finos con densidad mayor al agua y arenas, con el fin de facilitar el tratamiento posterior. Son usuales el empleo de canales con rejas gruesas, finas y desarenadores, en casos especiales se emplean tamices, necesarias para evitar problemas18.. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 2. Esquema de tratamiento Preliminar. Fuente: Journal, 2009.. ica. A. Canal de entrada.. m. Recepción de aguas residuales desde el emisario, formado por dispositivos como:. Diseño de canal de llegada, según la norma OS. 090.. Q. -. uí. compuertas, canaletas entre otros18.. g.. Este diseño implica canales con cribas de igual dimensiones, de los cuales uno servirá. In. de by pass en caso de emergencia o mantenimiento.. de. Se considera algunos elementos geométricos y factores como: tipo de material,. ca. coeficiente de rugosidad máxima y mínima permitida, pendiente de canal, entre otros.. bl. io. te. A continuación, en la figura 3 se presenta los elementos geométricos.. Bi. Figura 3. Elementos geométricos de un canal de sección rectangular.. Fuente: Norma ecuatoriana INEN.. -. Base (b): La base del canal de entrada debe estar en relación con el diámetro de la tubería de alcantarillado el tubo será de 8 pulgadas es decir de 20,30 cm por lo tanto la base es de 0,20 m.. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. -. Altura (h): Se calcula con la siguiente ecuación: 𝒉=𝒌∗𝒃. (1). k 0,74232. h = 1,6624. b = 0,25 m. Donde: h: Altura (m) k: coeficiente de Manning. 𝒌=. m. Coeficiente de Manning (k): Se calcula mediante la siguiente ecuación: 𝑸∗𝒏 𝟖. 𝟏. (2). Q. 𝒃𝟑 ∗ 𝑺𝟐. uí. -. ica. b: ancho de canal (m). Donde:. g.. Q: Caudal (m3/s). In. b: Ancho de canal. de. S: Pendiente del canal k: Coeficiente de Manning. Velocidad (V): Se determinará mediante la siguiente ecuación. 𝑽=. 𝟐 𝟏 𝟏 ∗ 𝑹𝟑 ∗ 𝒉𝟐 𝒏. (3). bl. io. te. -. ca. n: Rugosidad del canal (m/m). Bi. La pendiente del canal está determinada por la Ec. 3 Tomando en cuenta la Norma OS.090 PTARs que recomienda usar el intervalo de 0,30 y 0,60 m/s siendo este 0,45 m/s para la velocidad en el canal. -. Radio Hidráulico (RH): Se calcula mediante la siguiente ecuación. 𝑹𝑯 =. 𝒃∗𝒉 𝒃+𝟐∗𝒉. (4). Donde: h: Altura del canal (m) b: Ancho del canal.. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. B. Canal de rejas Para reducir los sólidos en suspensión dependerá la distancia de las rejillas, la limpieza puede darse de forma manual o mecánica. Para el material fino se utilizan aberturas de 5 mm, generalmente son mallas metálicas de acero, estas eliminan entre un 5 - 25% de SS. Para el material grueso se usan aberturas entre de 4,8 cm Tabla 5. Barra de limpieza manual y mecánica. Limpieza Mecánica 5-15 25- 37,5 15-75 50-82,5 150 150. In. g.. Q. uí. m. Tamaño de la barra: 5-15 Anchura, mm 25-37,5 Profundidad, mm Separación entre barras, mm 25-50 Pendiente en relación a la vertical, 25-50 grados Velocidad de aproximación, m/s 150 Pérdida de carga admisible, mm 150 Fuente: Romero, 2005.. ica. Limpieza Manual. Características. de. Diseño de Cribas. Se ha diseñado cribas de limpieza manual, inclinadas para facilitar las labores de. ca. limpieza del operario, quien retira los sólidos retenidos en la rejilla. Teniendo en cuenta. io. Espaciamiento. Debe tener de 15 mm a 50 mm para rejillas limpiadas. Bi. -. bl. diseño:. te. la norma RAS 2000 se deben tener en consideración los siguientes parámetros de. manualmente.. -. Velocidad mínima de aproximación. Debe tener de 0,3 m/s y 0,6 para rejillas limpiadas manualmente.. -. Velocidad mínima entre barras. Las velocidades son 0,3 y 0,6 m/s y entre 0,6 y 1,2 m/s para rejillas limpiadas manualmente.. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. - Área libre al paso del agua (Al) La velocidad de aproximación debe estar entre 0,3 m/s y 0,6 m/s un con un espaciamiento de la rejilla de 15 mm a 50 mm.. 𝑨𝒍 =. 𝑸 𝑽𝒃. (5). Donde: Q: Caudal de diseño (m3/s). ica. Vb: Velocidad mínima a través de barras (m/s). Al: Área. g.. libre.. In. b: Ancho de canal de llegada (m).. Donde:. uí. 𝑨𝒍 𝒃. (6). Q. 𝒉=. m. - Tirante de agua en el canal (h): Se calcula mediante la Ec. 6:. de. - Altura total canal (H). Es la suma de la altura de agua en el canal y una altura de seguridad que generalmente. 𝑯 = 𝒉 + 𝑯𝒔. (7). io. h:. te. Donde:. ca. es un valor propuesto. Se calcula con la siguiente ecuación:. bl. Tirante de agua en el canal. Bi. Hs: Altura de seguridad - Longitud de barras (Lb) 𝑳𝒃 =. 𝑯𝒔 𝒔𝒊𝒏 𝜶. (8). Donde: α: Ángulo de inclinación de las rejillas Se recomienda un ángulo de 20 y 50 grados, no deben ser de gran longitud. Se utiliza en pequeñas instalaciones.. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. - Número de barras (n) 𝒃 𝒏=( )−𝟏 𝒆+𝒔. (9). Donde: s: Espesor de barras (m). ica. e: Separación entre barras (m). m. Figura 4. Sistema manual de rejillas.. uí. Fuente: Allende, 2001.. Q. - Pérdida de carga en las rejillas (Hf). g.. Es la diferencia de alturas antes y después de la rejilla, dada en metros. La pérdida de. In. la carga en una rejilla depende de la frecuencia con la que se limpia y la cantidad de. de. material de desecho que lleva el agua a tratar. Se calcula mediante la siguiente. ca. ecuación:. 𝟒. 𝒔 𝟑 𝑽𝟐 𝑯𝒇 = 𝜷 ( ) ∗ 𝒔𝒊𝒏𝜶 𝒆 𝟐𝒈. te io. Donde:. (10). : Carga de velocidad antes de la reja. Bi. V2. bl. β: Factor dependiente de las formas de las barras 2g. Para el valor del factor dependiente de la forma de las barras se puede basar en la tabla de valores que se representa a continuación. Tabla 6. Coeficiente de pérdida para rejillas. Sección transversal Forma. A. B. C. D. E. F. G. β. 2,42. 1,83. 1,67. 1,035. 0,92. 0,76. 1,79. Fuente: Romero, 2005.. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. C. Desarenador (sedimentador) El desarenador tiene por objetivo eliminar las materias pesadas de tamaño superior a 200 micras, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra abrasión y para evitar sobrecargas en los procesos posteriores24. La operación está diseñada para eliminar "arenas", partículas minerales, también se eliminan otros elementos de origen orgánico, como granos de café, semillas, cáscaras. ica. de huevos, etc. La llegada de material de tipo inorgánico, arenas y gravas, a la PTAR. Diseño de desarenadores.. uí. g.. -. Q. de sedimentos y deposiciones de las calles24.. m. es mayor cuando la red es unitaria, ya que las aguas de lluvia arrastran gran cantidad. In. El número de unidades mínimas en paralelo es 2, para efectos de mantenimiento. de. manual y caso de caudales pequeños y turbiedades bajas se podrá contar con una sola unidad que debe tener un canal de by-pass para efectos de mantenimiento. Las. Bi. bl. io. te. ca. condiciones de diseño del desarenador se deben cumplir en la parte superior.. Figura 5. Desarenador de flujo horizontal. Fuente: BREF, 2003.. - Zona de entrada Permite la distribución uniforme de partículas a lo largo de toda la altura del sedimentador4.. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Se diseñará una zona de entrada con una pantalla difusora la misma que se ubicará entre 1 m de distancia de la pared de entrada y un mínimo 0.7 de distancia de la pared interior del sedimentador para poder realizar la limpieza, la pantalla difusora estará formada por orificios, de 1/5 m o 1/6 m de altura a partir de la superficie del agua y. m. Figura 6. Detalle de orificios aboquillados.. ica. más bajos entre 1/4 m o 1/5 m de altura a partir de la superficie del fondo.. uí. Fuente: Moscoso, 1996.. g.. 𝑸 𝑽𝒉. (11). In. 𝑨=. Q. El área total de los orificios se calcula con la siguiente ecuación:. de. Donde:. ca. Q: Caudal de diseño (m3/s). te. Vh: Velocidad de paso entre orificios (m/s). io. Las AR contienen materia orgánica de tamaño considerable, que sedimentan a la. bl. misma velocidad que las partículas inorgánicas y que no interesa extraer. Este. Bi. problema se evita con el llamado "limpieza de fondo". Las partículas que sedimentan en un desarenador de acuerdo con la Ley de Newton. 𝑽𝒔 =. 𝒈 𝝆𝒔− 𝝆 ∗( ) ∗ 𝒅𝒑𝒅𝟐 𝟏𝟖 𝒖. (12). Donde: Vs: Velocidad final de sedimentación (m/s) ρs: Densidad de la partícula (kg/m3). 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. : Densidad del fluido (kg/m3) g: Aceleración de la gravedad (m/s2) d: Diámetro de la partícula (m) CD es un coeficiente de arrastre adimensional definido por la expresión: 𝑪𝑫 =. 𝟐𝟒 𝟑 + + 𝟎, 𝟑𝟒 𝑵𝑹 √𝑵𝑹. (13). En donde NR es el número de Reynolds (la ecuación anterior es aplicable a número. (14). Q. 𝒅 ∗ 𝝆 ∗ 𝑽𝒔 𝑵𝑹 = . m. 𝑽𝒔 𝒅 𝝆 . uí. 𝑵𝑹 =. ica. de Reynolds menores de 1000.. g.. Donde:. de. In. : Viscosidad absoluta del fluido (agua 20 ºC es de 1,005 x 10-3 kg/m/s) Cuando NR es pequeño (menor de 0,5) se pueden despreciar. ca. 𝟐𝟒 𝟐𝟒  = 𝑵𝑹 𝑽𝒔 𝒅 𝝆. (15). te. 𝑪𝑫=. Bi. bl. io. Al sustituir en la ecuación de Newton se llega a la expresión de Stokes: 𝑽𝒔 =. 𝒈 (𝝆𝒔 − 𝝆)𝒅𝟐 𝟏𝟖𝞵. 𝑽𝒔 =. 𝒈 𝝆𝒔 − 𝝆 ( ) 𝒅𝟐 𝟏𝟖 𝞵. (16). Donde: Vs: Velocidad de sedimentación (cm/s) d: Diámetro de la partícula (cm) 𝝻: Viscosidad cinética del agua (cm2/s). 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ρs: Densidad del sólido - Velocidad de desplazamiento (Vd) 𝑽𝒅 = 𝟏𝟐𝟓√(𝝆𝒔 − 𝟏) ∗ 𝒅. (17). - Velocidad horizontal (Vh) 𝑽𝒉 = 𝑽𝒅 ∗ 𝑭𝒔. (18). 𝒍𝒕 =. 𝑽𝒉 𝑽𝒔. 𝒕=. 𝑳 𝑽𝒉. ica. - Longitud teórica (lt). uí. m. - Tiempo de retención (t). (20). Q. - Sección transversal (At). (19). g.. 𝑸 𝒅𝒊𝒔𝒆ñ𝒐 𝑽𝒉. (21). In. 𝑨𝒕 =. de. En los desarenadores la velocidad de arrastre es un parámetro de diseño muy importante. Se debe dimensionar el desarenador estableciendo la condición de que la. ca. arena se deposite mientras que la materia orgánica que pueda sedimentar, sea. io. te. arrastrada y puesta nuevamente en suspensión. Para partículas de 0,2 mm y peso. bl. específico 2,65 la velocidad de arrastre es 0,23 m/s. Las partículas de materia orgánica. Bi. tienen una densidad cercana a 1,1 t/m3, su velocidad de arrastre es 0,056 m/s.. Figura 7. Desarenador sección parabólica Fuente: ONU, 2016.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. D. Desengrasado. Su objetivo es eliminar las grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes, que podrían perturbar procesos posteriores. El desengrasado suele ser estático o mediante insuflación de aire para desemulsionar las grasas y conseguir una mejor flotación de estas. Desengrasado independiente los parámetros de diseño son los Siguientes: - Volumen de aire a inyectar: 0,5 - 2 m3/h.m3 de tanque - TRH: 15 minutos. In. g.. Q. uí. m. ica. - Velocidad ascensional: VASC < 35 m/h. Figura 8. Diagrama de desengrasado. de. Fuente: Suárez, 2015.. ca. 1.3.7.2. Tratamiento primario. te. El tratamiento primario tiene como objetivo la separación por medios físicos,. io. habitualmente complementarios con medios químicos, de los sólidos en suspensión. bl. sedimentables no retenidos en el tratamiento previo, así como de las sustancias. Bi. flotantes como grasas y fibras25. Sedimentación o decantación Este proceso está planteado como complementario en el desarrollo total de la limpieza del agua. La función básica de la sedimentación es separar las partículas suspendidas del agua. Los sistemas de decantación pueden ser simples, es decir trabajar únicamente con la gravedad, eliminando las partículas más grandes25.. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Diseño del tanque de sedimentación Componentes: Esta unidad se puede dividir en 4 partes o zonas. A. Zona de entrada Permite la distribución uniforme del flujo dentro del sedimentador. La pantalla difusora se ubicará entre 0,7 y 0,10 m formada por orificios de 1/2 m de altura a partir de la superficie del agua hasta la pared difusora. - Área total de orificios(As) 𝑸 𝑽𝒐. ica. 𝑨𝒔 =. m. Dónde:. Q. uí. Vo: Velocidad de sedimentación (m/s) Q: Caudal de diseño (m3 /s). (22). g.. Determinar las dimensiones de largo L (m), ancho B (m) y altura h (m) de manera tal. In. que se cumplan las relaciones o criterios mencionados anteriormente. Considerando el. de. espaciamiento entre la entrada y la cortina o pared de distribución de flujo.. ca. Determinar la velocidad horizontal VH (m/s) de la unidad mediante la ecuación.. te. 𝑽𝑯 =. 𝟏𝟎𝟎 ∗ 𝑸 𝑩∗𝑯. (23). 𝑻𝟎 =. Bi. bl. io. Determinar el tiempo de retención To (horas), mediante la relación: 𝑨𝒔∗ 𝑯 𝟑𝟎𝟎 ∗ 𝑸. (24). Determinar el número de orificios, cumpliendo con los criterios de diseño: 𝑨𝟎 =. 𝑸 𝑽𝟎. (25). Donde: Vo: Velocidad en los orificios (m/s) Q: Caudal de diseño (m3/s) Ao: Área total de orificios (m2). 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 𝑨𝟎 𝒂𝟎. 𝒏=. (26). Donde: ao: Área de cada orificio (m2) n: Número de orificios. B. Zona de sedimentación Consta de un canal con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las partículas. La dirección del flujo es horizontal, flujo pistón.. ica. Determinar el área superficial de la unidad (As), que es el área superficial de la zona. 𝑸 𝑽𝒔. Q. Dónde:. (27). uí. 𝑨𝒔 =. m. de sedimentación, de acuerdo a la relación:. g.. Vs: Velocidad de sedimentación (m/s). C. Zona de salida. de. In. Q: Caudal de diseño (m3/s).. ca. Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la. te. finalidad de recolectar el efluente sin perturbar la sedimentación de las partículas. io. depositadas. La altura de agua sobre la cresta del vertedero se obtendrá mediante la. Bi. bl. siguiente la ecuación24:. 𝐡𝐚 = (. 𝐐 ) 𝟐/𝟑 𝟏. 𝟖𝟒 ∗ 𝐛. (28). b: Ancho del sedimentador (m) D. Zona de recolección de lodos Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica4.. 27 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. m. Figura 9. Sedimentador (Planta y Corte Longitudinal).. uí. Fuente: Moscoso, 1996.. Q. Criterios de diseño. g.. - El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 25. In. años, el número de unidades mínimas en paralelo es de dos (2) para efectos de. de. mantenimiento, el periodo de operación es de 24 h/d, el tiempo de retención será entre. ca. 2 - 6 h, la carga superficial será entre los valores de 2 - 10 m3 /m2 /d, la profundidad. te. del sedimentador será entre 1,5 – 2,5 m.. io. - La relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) será entre los valores de 3 – 6. bl. m, la relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) será entre los valores. 1.3.7.3.. Bi. de 5 – 20 m.. Tratamiento secundario. Dentro de las etapas que forman el proceso de limpieza de las AR, el tratamiento secundario tiene como objetivo limpiar el agua de aquellas impurezas cuyo tamaño es mucho menor a las que se pueden captar por la decantación y rejillas, para ello, los sistemas se basan en métodos mecánicos y biológicos combinados incluye la remoción de materia orgánica usando procesos de tratamiento biológico aerobio26.. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.