PLANTA DE TRATAMIENTO DE QUICAPATA

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UNIVERSIDAD

N

ACI

O

NAL

DE SAN

CRISTÓBAL

_DE

HU

AMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍAYCIVIL E.F.P. DEINGENIERÍA CIVIL

PLANTA DE TRATAMIENTO DE QUICAPATA

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

(IC-446)

PROFESOR : _{Ing. Edwar León Palacios}

ALUMNOS :

1. ARANGO PALOMINO, David

2. BARRIENTOS ANDÍA, Irbin

3. CHAUPIN HUAMANI, Raúl

4. DE LA CRUZ MARQUEZ, Oscar

5. ESPILLCO QUINTANILLA, Freud

6. HERMOZA SOTOMAYOR, Percy

7. HUAMAN HUAMANÍ, Elvis

8. LICAPA CONTRERAS, Ronal

9. MENDOZA HUAÑA, Yony

10. RODRIGUEZ REVITES, Carlos

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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

ÍNDICE GENERAL

1. UBICACIÓN DE LA PLANTA 2. FUENTES Y CAPTACIONES 3. FLOCULACIÓN Y COAGULACIÓN 4. DECANTADORES 5. SEDIMENTADORES 6. FILTRACIÓN RÁPIDA 7. CLORACIÓN 8. MEZCLA RÁPIDA 9. RESERVORIOS DE ALMACENAMIENTO 10. REDES DE DISTRIBUCIÓN

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INTRODUCCIÓN

El agua potable es esencial para la vida. Es el líquido más importante de la naturaleza sin el cual no podríamos vivir. El agua potable nos ayuda a estar sanos, hacer la digestión, mantiene la musculatura en buen estado, actúa refrigerando o calentando el cuerpo y ayuda a transportar el oxígeno entre las células de nuestro cuerpo.

El desarrollo de la actividad humana necesita utilizar el agua para numerosos fines, entre los que destacan, por su importancia para el hombre, los usos potables. Por tanto, el hombre se sirve del agua existente en la naturaleza para consumirla y utilizarla, pero es evidente que debido a determinadas características químicas, físicas y biológicas del agua, ésta no puede ser utilizada de forma directa, y es por eso que dicha agua requerirá de una serie de correcciones y tratamientos que eliminen aquellas partículas o sustancias perjudiciales para el hombre.

De aquí, destacar la gran importancia que tiene la potabilidad del agua, ya que agua en mal estado o simplemente con sustancias nocivas para el hombre pero inherentes en ella, pueden provocar, como ya se ha visto en numerosas ocasiones, enfermedades tales como la difteria.

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CAPÍTULO 01

PLANTA DE TRATAMIENTO DE QUICAPATA

1. OBJETIVOS

 Definir y reconocer una planta de tratamiento de agua potable en todas sus partes

y etapas.

 Analizar y entender el funcionamiento de una planta de tratamiento de agua

potable.

 Contrastar lo visto en la planta de tratamiento de agua potable con las normas

vigentes.

2. ASPECTOS GENERALES

2.1. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE–PTAP

Se le denomina así al conjunto estructuras y sistemas de ingeniería en las que se trata el agua proveniente de distintas formas de captación de manera que se vuelva apta para el consumo humano.

Todo esto a través de etapas y procesos específicos en distintos elementos de este sistema para lograr este propósito.

Existen diferentes tecnologías para potabilizar el agua, pero todas deben cumplirlos mismos principios:

 Combinación de barreras múltiples (diferentes etapas del proceso de

potabilización) para alcanzar bajas condiciones de riesgo.

 Tratamiento integrado para producir el efecto esperado.  Tratamiento por objetivo (cada etapa del tratamiento tiene una meta específica relacionada con algún tipo de contaminante).

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Algunos de los procesos realizados para la potabilización del agua son:

2.1.1. Captación

Conjunto de estructuras necesarias para obtener el agua de una fuente de abastecimiento para su posterior tratamiento de potabilización.

2.1.2. Mezcla rápida

En un punto se lleva a cabo el proceso de coagulación, en donde adiciona al agua cruda, el coagulante en dosis dependiendo de las características del agua, buscando la desestabilización de las partículas coloides en suspensión y formar partículas de mayor diámetro.

2.1.3. Floculación

Por medio de la coagulación se da paso a la floculación en donde se forma el floculo (grumo), por medio de una suave agitación se unen las partículas en suspensión aumentando su volumen y peso.

2.1.4. Sedimentación

El propósito de este proceso físico es el de propiciar la precipitación de las partículas floculadas y logrando reducir las partículas que están en suspensión. Como resultado de este proceso, se obtiene agua clarificada, la cual contiene partículas de bajo peso que no pudieron ser retenidas con la decantación.

2.1.5. Filtración

El agua clarificada es llevada a los filtros, en donde a través de un medio filtrante mixto, compuesto por antracita, arena y grava, actúan una serie de mecanismos de remoción cuya eficiencia depende de las características dela suspensión (Agua + partículas) y del medio poroso. En este proceso el medio filtrante se satura (Colmata) con las partículas retenidas y posteriormente es lavado con Agua limpia para que se inicie nuevamente el ciclo de la filtración.

2.1.6. Desinfección

Las aguas filtradas, son sometidas a un proceso de desinfección con el fin de eliminar o destruir organismos patógenos que pueden estar presentes en el agua.

2.3.4. Control de Calidad

Este proceso interno se realiza para garantizar agua 100%a la población.

Por medio de análisis fisicoquímicos y bacteriológicos, horarios y diarios se hace seguimiento continuo al agua en los diferentes procesos, apoyados por un sistema SCADA, que mide en tiempo real el comportamiento de variables, como pH, Conductividad, Turbiedad y Caudal

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CAPÍTULO 02

FUENTES Y CAPTACIONES

Las fuentes de agua constituyen el elemento primordial en el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable, el cual obtenemos mediante un conjunto de estructuras para su posterior tratamiento de potabilización. 2.1.FUENTES

Las aguas que abastecen a la Planta de Tratamiento Quicapata, provienen de dos fuentes:

 Canal Chiara - Lambrashuaycco 100 L/s  Canal del Proyecto Rio Cachi 450 L/s

Como se puede apreciar el Proyecto de Especial Rio Cachi es la principal fuente de abastecimiento. El agua captada es llevada a las plantas de tratamiento mediante canales elaborados de concreto reforzado.

2.2.CAPTACIÓN

2.2.1. Canal de Chiara - Lambrashuaycco

La planta de tratamiento de Aguas de Quicapata es abastecida por un sistema de captación proveniente del canal de Chiara que comprende los ríos de Chiara, Qosqohuaycco, Mutuyhuaycco, lambrashuaycco y Chaquihuaycco, donde cada uno cuenta con sus respectivas estructuras de concreto para la captación. Estas estructuras constan con muros de encausamiento, cresta de represamiento con rebose, compuesta por un tomo de derivación provista de rejillas con compuerta regulable. Estos provee el 25 % del total del volumen recolectado; sin embargo, en épocas de lluvia el volumen de estos ríos se incrementa considerablemente priorizando su captación y almacenamiento frente a lo obtenido del Proyecto Especial Rio Cachi.

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2.2.2. Canal Del Proyecto Rio Cachi

La captación del agua se inicia en la bocatoma de Churiac a una altitud de 4200 m.s.n.m., a 175 Km de la ciudad de Ayacucho.

La represa Cuchoquesera tiene la capacidad de almacenar 80 millones de metros cúbicos de las aguas captadas de los ríos Churiac, Apacheta, Quiccahuasi, Rosario, Choccoro y Chicclarazo, con espejo de agua de hasta 200 hectáreas.

Los ríos que integran estas cuencas para el PERC son:

 Cuenca Reguladora: Paccha, Churiacc, Apacheta, Choccoro y

Chicllarazo.

 Cuenca Intermedia: Apacheta-Choccoro y

Chahuamayo-Cuchoquesera.

CAPTACIONES Y PUNTOS DE CONTROL

m3/s Km m

Bocatoma Apacheta 3,70

Canal derivador colector Apacheta- Choccoro 3,7-5,4 37,60

Bocatoma Choccoro 6,40

Canal derivador colector Choccoro- Chicllarazo 6,70 3,80

Bocatoma Chicllarazo 10,00

Canal derivador colector Chicllarazo-Cuchoquesera 10,80 22,10

Reservorio Cuchoquesera 80 MMC 43,00

Túnel Hocolla 8,60 1,00

Canal derivador Cuchoquesera-Allpachaca-Ichucruz 8,6-7,0 49,00

Túnel Ichucruz-Chiara 7,00 7,60

Canal suministro agua - Ayacucho 20,02

Central Hidroeléctrica Campanayocc Central Hidroeléctrica-Catalinayocc

Canal principal Chiara-Tambillo-Acocro. 5,0-2,0 31,20

LONGITUD

CAUDAL PROFUNDIDAD

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2.2.2.1.Captación de los ríos que comprenden el Proyecto Especial Rio Cachi

2.3.CONDUCCION

El canal de PERC tiene una longitud total de 75.5 km. El cual cruza diferentes ríos empezando por la quebrada de Churiac, luego Apacheta, Choccoro y finalmente Chicllarazo, posteriormente a la represa de Cuchoquesera, la cual tiene una capacidad de 80 millones de metros cúbicos de almacenamiento y 200 hectáreas de espejo de agua. Luego sigue el rio Allpachaca los cuales son conducidos mediante el túnel de Ichucruz-Chiara, la cual cuenta con una longitud de 7.0 km, posteriormente las aguas son conducidas por un canal de 20 km de longitud hacia la quebrada de Hospitalniyocc,

Represa Cuchoquesera Laguna de Cuchoquesera

Bocatoma de Churiacc Captación Apacheta

Captación Choccoro Salida del Túnel Captación de los ríos que comprenden el Proyecto Especial Rio Cachi Captación de los ríos que comprenden el Proyecto Especial Rio Cachi

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para luego ser conducido a la represa Hidroeléctrica de Cuchoquesera, que se encuentra ubicado a 3310 m.s.n.m. y finalmente las aguas llegan a los embalses de almacenamiento de la Planta de Trata- miento de aguas de Quicapata.

Además EPSASA cuenta con su propio sistema de conducción de agua cruda desde el río Chiara ubicado a 3480.2 m.s.n.m. mediante canalizaciones que acumulan los caudales de diferentes ríos como son: Chiara, Qosqohuaycco, Mutuyhuaycco, Lambrashuaycco y Chaquihuaycco que son captados en pequeñas bocatomas y finalmente conducidos por el canal de Chaquihuaycco hasta llegar a los embalses de la P.T.A de Quicapata. La longitud total de este canal de Chiara es de 22.9 km comprendidos desde la toma en el rio Chiara hasta los embalses

2.4.EMBALSES

La planta cuenta con dos embalses: una construida por el PERC de 50 000 m3 de capacidad, a la cual ingresa el agua captado, luego pasa al segundo embalse construida por SEDA AYACUCHO S.A. de 19 500 m3 de capacidad.

La función de los embalses es de almacenar y separar todo cuerpo sólido como: ramas, hojas, raíces y piedras que pueden ser arrastrados por el agua; a la vez tiene la función de regular el flujo o caudal de entrada y salida del agua mediante válvulas de compuerta y tuberías de 12 pulgadas de diámetro, a través del cual se conduce agua a la planta 1 y a la planta 2 para su tratamiento respectivo.

2.4.1. Características De Los Embalses 1 Y 2

2.4.2. Vista panorámica de los embalses 1 y 2

Ubicación

Ubicación 200 metros al sur de la planta

Altitud

Altitud 2872 m.s.n.m.

Embalse1 (SEDA AYACUCHO): 19 500 m3 Embalse 2 (PERC): 50 000 m3

Profundidad máxima

Profundidad máxima 4.5 m etros

Tipo de terreno

Tipo de terreno Calcáreo diatomeácea Embalse 1: excavado

Embalse 2: compactada y empedrada

Capacidad Capacidad

construcción construcción

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CAPÍTULO 03

UBICACIÓN DE LA PLANTA

Para fines de tratamiento de agua para consumo poblacional de la ciudad de Ayacucho, SEDA AYACUCHO cuenta con dos plantas ubicadas en la Comunidad de Quicapata del distrito de Carmen Alto, las mismas que tienen las siguientes características:

La ubicación de la Planta de Tratamiento de Agua Potable está ubicada en:

 Distrito : Carmen Alto

 Provincia : Huamanga

 Región : Ayacucho

Localización Geográfica de la Planta de tratamiento de Agua Potable

LONGITUD OESTE 74°13’19.23’’

LATITUD SUR 13°11’11.84’’

ALTITUD 2920 msnm.

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3.1. Descripción de la planta de tratamiento

La Planta de Tratamiento de Quicapata está constituido por 02 plantas: Planta Nº 01 construido en el año 1974 y planta Nº 02 construido en el año 1985 y cuyas características son:

N° Unidad Planta N° 01 Planta N° 02

1 Modelo CEPIS Autolavable

2 Año puesta en operación 1974 1985

3 Caudal de Diseño 180 l/s 180 l/s

4 Medidor de caudal Rectangular Parshall

5 Mezcla Rápida Canal rectangular con_{cambio de pendiente} Parshall 6 Floculador Flujo vertical, en tres tramos

bafles madera

Flujo vertical bafles de madera 7 Sedimentadores 02 Sedimentadores 01 sedimentador 8 Filtro 04 baterías de filtración_{rápida de 03 capas} 04 baterías de filtración_{rápida de 03 capas}

Año del mejoramiento 1995

9 Tipo de modificación Parte del sedimentador, seconstruye 08 unidades de decantado laminar

10 Caudal de diseño 360 l/s 180 l/s

11 Decantador

08 unidades con láminas de asbesto con 70 láminas cada

decantador total 560 láminas de asbesto Año del mejoramiento Diciembre del 2013 12 Medidor Ultrasónico Instalación de 11 medidores_{de caudal ultrasónico}

Año del mejoramiento Julio del 2014 Caudales de Operación Actuales

12.1 Caudal Promedio 330 l/s 161 l/s

12.2 Caudal Mínimo 300 l/s 160 l/s

12.3 Caudal Máximo 360 l/s 162 l/s

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Figura 2.2: Distribución de la planta de tratamiento. LEYENDA:

SDC1: Sala de Dosificación del Coagulante (Al2 (SO4)3 o Al2 (OH) 3Cl) de la Planta N° 1

CMR1 : Cámara de mezcla rápida de la Planta N° 1 FL1 : Floculadores de la Planta N° 1

D1 : Decantadores de la Planta N° 1 S1 : Sedimentadores de la Planta N° 1 F1 : Filtros de la Planta N° 1

RC1 : Reservorio de Cabecera 1 de 1500 m3

SDC2 : Sala de Dosificación del Coagulante de la Planta N° 2 CMR2 : Cámara de mezcla rápida de la Planta N° 2

FL2 : Floculadores de la Planta N° 2 D2 : Decantadores de la Planta N° 2 S2 : Sedimentadores de la Planta N° 2 F2 : Filtros de la Planta N° 2

GC : Galería de Comandos de la planta 1 y 2

LCC : Laboratorio de Control de calidad (Fisicoquímico Y Microbiológico) SC : Sala de Cloración

TE : Tanque Elevado de 250 m3

RC2 : Reservorio de Cabecera 2 de 3000 m3 CF : Casa Fuerza

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3.3. Esquema de funcionamiento

Después de ser presedimentadas en los embalses, el agua cruda pasa a la planta de tratamiento donde será procesado para su posterior almacenamiento y distribución a los diferentes reservorios que abastecerán a la población.

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CAPÍTULO 04

COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN

La turbiedad y el color del agua son principalmente causados por partículas muy pequeñas, llamadas partículas coloidales. Estas partículas permanecen en suspensión en el agua por tiempo prolongado y pueden atravesar un medio filtrante muy fino. Por otro lado aunque su concentración es muy estable, no presentan la tendencia de aproximarse unas a otras.

Para eliminar estas partículas se recurre a los procesos de coagulación y floculación, la coagulación tiene por objeto desestabilizar las partículas en suspensión es decir facilitar su aglomeración. En la práctica este procedimiento es caracterizado por la inyección y dispersión rápida de productos químicos. La floculación tiene por objetivo favorecer con la ayuda de la mezcla lenta el contacto entre las partículas desestabilizadas. Estas partículas se aglutinan para formar un floc que pueda ser fácilmente eliminado por los procedimientos de decantación y filtración.

Es muy importante que los procedimientos de coagulación y floculación sean utilizados correctamente, ya que la producción de un floc muy pequeño o muy ligero produce una decantación insuficiente; mientras que el agua que llega a los filtros contienen una gran cantidad de partículas de floc que rápidamente ensucian los filtros y necesitan lavados frecuentes. Por otro lado cuando el floc es frágil, este se rompe en pequeñas partículas que pueden atravesar el filtro y alterar la calidad del agua producida. Las aguas superficiales pueden contener una gran variedad de materias, el tamaño de las partículas de estas materias y su naturaleza determinan los tipos de tratamiento dentro de las plantas de agua. Las partículas de tamaño muy grande como los detritus orgánicos, algas protozoarios, grava, arena, limo, etc. los bichos en la materia en suspensión del tamaño de 10 micrómetros a 10 mm y más, pueden ser eliminados por los tratamientos de separación física que conlleva aproximadamente los siguientes:

 10 a 100 mm son separados por medio de los sistemas de rejillas.

 0.2 a 10 mm pueden ser separados por desarenación, sedimentación,

decantación y flotación.

 a 0.1 mm son separados por filtración (macro y microtamizado).

Las partículas muy finas son una parte de las materias solubles y de las materias coloidales como: proteínas, virus; moléculas y los iones pueden ser separados por adsorción o intercambio de iones.

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4.1.PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN.

Las partículas en suspensión de una fuente de agua superficial provienen de la erosión de suelos, de la disolución de sustancias minerales y de la descomposición de sustancias orgánicas. A este aporte natural se debe adicionar las descargas de desagües domésticos, industriales y agrícolas. En general la turbiedad del agua es causado por las partículas de materias inorgánicas (arcillas, partículas de lo), en tanto que el color está formado por las partículas de materias orgánicas e hidróxidos de metal (hierro por ejemplo).

Las características de las partículas en suspensión son las siguientes: a) Tamaño de las partículas en Suspensión.

Las partículas se clasifican de acuerdo a su tamaño; así las partículas con diámetro inferior a 1 micrómetro que corresponden a partículas de materias orgánicas o inorgánicas, se depositan muy lentamente.

La tabla siguiente indica los tiempos de decantación de las diferentes partículas en función de: sus dimensiones; densidad y de la temperatura del agua.

Tipo de Partículas

Diámetro (mm) Tiempo de Caída

Densidad 2.65 Densidad 1.1

Grava 10 0.013 s. 0.2 s.

Arena Gruesa 1.0 1.266 s. 20.9 s.

Arena fina 0.1 126.66 s. 34.83 min.

Lodo fino 0.01 3.52 h. 58 h.

Bacterias 0.001 14.65 d. 249.1 d.

Coloides 0.0001 4.12 a. 66.59 d.

Se observa fácilmente que a la misma densidad, las partículas más pequeñas tienen un tiempo de duración de caída más grande, esto imposibilita la decantación sin la adición de un factor externo.

Los Coloides son suspensiones estables, por lo que es imposible sus sedimentación natural, son sustancias responsables de la turbiedad y del color del agua.

Los sistemas coloidales presentan una superficie de contacto inmensa entre la fase sólida y la fase líquida, por ejemplo 1 cubo de 1 cm3 , tiene una superficie total de 6 cm2; si está dividido en pequeños cubos elementales, la superficie total de todos aquellos es mucho más grande.

b) Afinidad de las Partículas Coloidales por el Agua

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e hidrófobos (es decir que rechazan al agua), los primeros se dispersan espontáneamente dentro del agua y son rodeados de moléculas de agua que previenen todo contacto posterior entre estas partículas; las partículas hidrofóbicas no son rodeados de moléculas de agua, su dispersión dentro del agua no es espontáneo por lo que requiere de la ayuda de medios químicos y físicos.

Las partículas hidrofobas son en general partículas de materias inorgánicas mientras que las hidrofilicas son materias orgánicas; en realidad solo un poco son las partículas que son exclusivamente hidrofilicas o hidrofóbicas; se obtienen más bien partículas hidratadas a los diferentes grados.

La carga eléctrica y la capa de agua que rodean las partículas hidrófilas tienden a desplazar las partículas unas de otras y, en consecuencia los estabiliza entro de la solución.

c) Carga Eléctrica y Doble Capa.

Dentro del Agua Superficial,las partículas coloidales , son las causantes de la turbiedad y del color por lo que el tratamiento del agua está orientado a la remoción de estas partículas; estas poseen normalmente una carga eléctrica negativa situado sobre su superficie. Estas cargas llamadas cargas primarias, atraen los iones positivos del agua, los cuales se adhieren fuertemente a las partículas y atraen a su alrededor iones negativos acompañados de una débil cantidad de iones positivos (fig. 1).

Los iones que se adhieren fuertemente a la partícula y se desplazan con ella, forman la capa adherida o comprimida, mientras que los iones que se adhieren débilmente constituyen la capa difusa, por lo tanto hay un gradiente o potencial electrostático entre la superficie de la partícula y la solución, llamado Potencial Zeta.

4.2. COAGULACIÓN 4.2.1. Objetivo Principal

El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar las partículas coloidales que se

Capa Capa Comprimida Comprimida Capa Difusa Capa Difusa Partícula Partícula Plano de cizallamiento (separa del resto de la dispersión).

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encuentran en suspensión, para favorecer su aglomeración; en consecuencia se eliminan las materias en suspensión estables; la coagulación no solo elimina la turbiedad sino también la concentración de las materias orgánicas y los microorganismos.

4.2.2. Qué es la Coagulación.

Es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados, por medio de la adición de los coagulantes químicos y la aplicación de la energía de mezclado.

En la siguiente figura se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas eléctricas de la superficie del coloide permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando flóculos.

En esta figura se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas eléctricas sobre la superficie del coloide, permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando flóculos.

4.2.3. Mecanismo de la Coagulación

La desestabilización se puede obtener por los mecanismos fisicoquímicos siguientes:

 Compresión de la doble capa.  Adsorción y neutralización de cargas.  Atrapamiento de partículas en un precipitado.  Adsorción y puente. RADIO EFECTIVO RADIO EFECTIVO La adición de un coagulante neutraliza las cargas, produciendo un colapso de la "nube de iones" que rodean los COLOIDE coloides de modo que

puedan aglomerarse. A d C i o c a i g ó u n l a d n e t l e

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4.2.4. Coagulantes Utilizados

Los componentes son productos químicos que al adicionar al agua son capaces de producir una reacción química con los componentes químicos del agua, especialmente con la alcalinidad del agua para formar un precipitado voluminoso, muy absorbente, constituido generalmente por el hidróxido metálico del coagulante que se está utilizando.

Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y producir el floc son:  Sulfato de Aluminio.  Aluminato de Sodio.  Cloruro de Aluminio.  Cloruro Férrico.  Sulfato Férrico.  Sulfato Ferroso.

 Polielectrolitos (Como ayudantes de floculación).

Siendo los más utilizados las sales de Aluminio y de Hierro; cuando se adiciona estas sales al agua se producen una serie de reacciones muy complejas donde los productos de hidrólisis son más eficaces que los iones mismos; estas sales reaccionan con la alcalinidad del agua y producen los hidróxidos de aluminio o hierro que son insolubles y forman los precipitados.

Alcalinidad.- _{Es un método de análisis, con el que se determina el contenido de}

bicarbonatos (HCO3 -); carbonatos (CO3 -2) e hidróxidos de un agua natural o tratada. La alcalinidad tiene relación con el pH del agua.

4.2.5. Factores que Influyen en la Coagulación.

Es necesario tener en cuenta los siguientes factores con la finalidad de optimizar el proceso de coagulación:

 pH.

 Turbiedad.  Sales disueltas.  Temperatura del agua.  Tipo de coagulante utilizado.  Condiciones de Mezcla.

 Sistemas de aplicación de los coagulantes.  Tipos de mezcla y el color.

La interrelación entre cada uno de ellos permiten predecir cuáles son las cantidades de los coagulantes a adicionar al agua.

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4.2.6. Coagulación del Color

En general el color de un agua es debido a la descomposición de la materias orgánica que contienen los humos de los suelos; esto depende de una gran variedad de compuestos orgánicos como las sustancias húmicas que son de masa molecular variada de 800 a 50000 gr/mol.

Los mecanismos que permiten la eliminación del color no son los mismos que los utilizados para la turbiedad.

4.2.7. Etapas o Fases de la Coagulación

El proceso de coagulación se desarrolla en un tiempo muy corto (casi instantáneo), en el que se presenta las siguientes etapas. (Fig. 12)

 Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas en suspensión.  Formación de Compuestos químicos poliméricos.

 Adsorción de cadenas poliméricas por los coloides.  Adsorción mutua de coloides.

 Acción de barrido.

4.2.8. Clasificación del Agua Según su Comportamiento en la Coagulación. Tipo de Agua. Tipo de Coagulación. Requerimiento. 1. Baja Concentración de

Coloides, baja alcalinidad.

Formación de precipitado. Floc de

Alta dosis de coagulantes. Adición 2. Baja concentración Formación de Alta dosis de 3.Alta concentración

de coloides, baja alcalinidad

Adsorción de polímeros metálicos positivos, en la superficie de los coloides.

Dosis de coagulantes incrementa con concentración de 4. Alta concentración de coloides, alta alcalinidad. Adsorción de polímeros, metálicos positivos y Dosis de coagulante incrementa con concentración de artículas. 4.3. FLOCULACIÓN 4.3.1. Objetivo de la Floculación

En la segunda etapa de la mezcla que corresponde a una mezcla lenta tiene por objeto permitir los contactos entre los flóculos, la turbiedad y el color, la mezcla debe ser lo suficiente para crear diferencias de velocidad del agua dentro de la unidad pero no muy grande, ya que los flóculos corren el riesgo de romperse; aún si el tiempo es no

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más del tiempo óptimo de floculación. 4.3.2. Definición

La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios para sedimentar con facilidad.

Estos flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de sedimentar.

Suceden que los flóculos formados por la aglomeración de varios coloides no sean lo que suficientemente grande como para sedimentar con rapidez deseada, por lo que el empleo de un floculante es necesario para reunir en forma de red, formando puentes de una superficie a otra enlazando las partículas individuales en aglomerados, tal como se está mostrando en la Figura 19.

La floculación es favorecida por el mezclado lento que permite juntar poco a poco los flóculos; un mezclado demasiado intenso los rompe y raramente se vuelven a formar en su tamaño y fuerza óptimos. La floculación no solo incrementa el tamaño de las partículas del flóculo, sino que también aumenta su peso.

La floculación puede ser mejorada por la adición de un reactivo de floculación o ayudante de floculación.

4.3.3. Tipos de Floculación. Hay 2 tipos de floculación: 4.3.3.1.Floculación Pericinética

Esta producido por el movimiento natural de las moléculas del agua y esta inducida por la energía térmica, este movimiento es conocido como el movimiento browniano.

Floculación: El floculante tiende un puente entre las partículas coloidales aglomeradas para formar flóculos mas grandes fácilmente sedimentables.

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4.3.3.2.Floculación Ortocinética

Se basa en las colisiones de las partículas debido al movimiento del agua, el que es inducido por una energía exterior a la masa de agua y que puede ser de srcen mecánico o hidráulico. Después que el agua es coagulada es necesario que se produzca la aglomeración de los microflóculos; para que esto suceda se produce primero la floculación pericinética luego se produce la floculación ortocinética.

4.3.4. Parámetros de la Floculación

Los parámetros que se caracterizan la floculación son los siguientes:

 Floculación Ortocinética (Se da por el grado de agitación proporcionada:

Mecánica o Hidráulica).

 Gradiente de Velocidad (energía necesaria para producir la mezcla).  Número de colisiones (choque entre microflóculos).

 Tiempo de retención (tiempo que permanece el agua en la unidad de

floculación).

 Densidad y tamaño de floc.

 Volumen de lodos (los flóculos formados no deben sedimentar en las unidades

de floculación). 4.3.5. Floculantes

Los floculantes son polímeros o polielectrolitos con pesos moleculares muy elevados moléculas orgánicas solubles en agua formadas por bloques denominados monómeros, repetidos en cadenas larga.

Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y orgánico de síntesis.

a) Floculantes Minerales

Se encuentra la sílice activada, que es el primer floculante empleado, que debe ser preparado antes de emplear, su preparación es tan delicada y presenta el riesgo de la gelatinización; produce la neutralización parcial de la alcalinidad de silicato de sodio en solución. (Caso Atarjea en los años 70– 80, se utilizó en el tratamiento de agua). b) Floculantes Orgánicos Naturales

Son polímeros naturales extraídos de sustancias animales o vegetales. Los alginatos, cuya estructura polimérica son:

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 Los ácidos glucónico.

c) Floculantes Orgánicos de Síntesis

Son los más utilizados y son macromoléculas de una gran cadena, obtenidos por asociación de monómeros sintéticos con masa molecular elevada de 106 a 107 gr./mol, estos se clasifican de acuerdo a la ionicidad de los polímeros:

 Aniónicos (generalmente copolímeros de la acrilamida y del ácido acrílico).  Neutros o no ionicos (poliacrilamidas).

 Catiónicos (copolímero de acrilamidas + un monómero catiónico).

4.4. DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE QUICAPATA

El agua pasa del canal de distribución de 29.10 metros de largo y 1.20 metros de ancho a los floculadores.

Los floculadores de la PTAP 1 cuenta con seis cámaras de tres tramos cada una haciendo un recorrido de 1.10 metros de ancho para un recorrido de 31.07 metros tomando como referencia el eje del mismo. El primer tramo cuenta con 31 pantallas separadas cada 24 cm, el segundo ramo cuenta con 26 pantallas separadas cada 29 cm y el tercer y último tramo cuanta con 21 pantallas separadas cada 39 cm como se muestra en la foto.

INGRESO A INGRESO A CAMARAS DE CAMARAS DE FLOCUALACION FLOCUALACION

(23)

En la figura siguiente se muestra a detalle las dimensiones en planta de los floculadores de la PTAP 1 FLOCULADORES: PLANTA 1 . 1 5 9 . 8 5 . 2 5 1 . 7 1 . 2 7 DECANTADORES .25 2.10 2.71 .73 .25 2.50 .25 2.16 1.10 3.10 1.10 3.15 1.10 3.15 1.10 3.15 1.10 .35.25 1 . 7 1 9 . 6 0 . 2 5 . 3 9 . 2 9 . 2 4

21 Pantallas 26 Pantallas 31 Pantallas

. 3 9 . 2 9 . 2 4 3 9 . . 2 9 . 2 4

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En la figura siguiente se muestra a detalle las dimensiones en corte del floculador tramo 1 de la PTAP 1

En la figura siguiente se muestra a detalle las dimensiones en corte del floculador tramo 2 de la PTAP 1 .240 . 4 2 5 3 . 0 0 8 . 4 0 0 . 2 4 0 . 2 5 0 2 . 0 6 0 3 . 0 1 2 . 0 6 2 .270 9.280 .320 .250 . 4 2 9 . 4 3 2 . 4 3 6 . 4 3 9 . 4 4 3 . 4 4 7 . 4 5 0 . 4 5 4 . 4 5 7 . 4 6 1 . 4 6 5 . 4 6 8 . 4 7 2 . 4 7 6 . 4 7 9 10.120 . 6 4 0 . 2 5 0 . 8 9 0 Escala: 1/50 FLOCULADOR TRAMO 1 .290 3 . 1 2 0 . 3 9 0 . 3 0 0 . 2 5 0 2 . 1 1 5 3 . 0 5 5 . 0 4 .270 9.280 .320 .250 . 5 9 5 10.120 . 6 9 0 . 2 5 0 . 9 4 0 Escala: 1/50 FLOCULADOR TRAMO 2 . 5 9 8 . 6 0 1 . 6 0 4 . 6 0 7 . 6 1 0 . 6 1 3 . 6 1 6 . 6 1 9 . 6 2 2 . 6 2 5 . 6 2 8 . 6 3 1

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En la figura siguiente se muestra a detalle las dimensiones en corte del floculador tramo 3 de la PTAP 1 3 . 1 1 8 . 3 7 0 . 3 8 0 . 2 5 0 2 . 0 5 5 3 . 1 2 2 .270 9.280 .320 .250 . 7 4 0 10.120 . 7 5 0 . 2 5 0 1 . 0 0 0 Escala: 1/50 FLOCULADOR TRAMO 3 . 7 4 5 . 7 5 1 . 7 5 7 . 7 6 3 . 7 6 9 . 7 7 5 . 7 8 0 . 7 8 6 . 7 9 4 . 0 6 7 . 7 9 8

(26)

CAPÍTULO 05

DECANTADORES

5.1. INTRODUCCION Y FUNCIONAMIENTO

Inicialmente la planta de Tratamiento contaba con decantadores horizontales, los cuales fueron cambiados en el año 2013 por decantadores de elementos tubulares los mismos que en comparación son más eficientes que al tipo horizontal.

En principio, el decantador es un elemento fundamental que nos permite separar y concentrar los fangos así como los sólidos presentes en el agua mediante un proceso de decantación física.

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Fig. 02: Se aprecia la visita guiada por el técnico de planta. 5.2. TIPOS DE DECANTADORES Clásicos (convencionales)  Sección rectangular  Sección circular Elementos tubulares  Flujo ascendente  Flujo horizontal.

(*) En la planta de tratamiento visitado se ha implementado el decantador de elementos tubulares de tipo flujo horizontal, por lo que se describe a continuación los detalles de su diseño.

5.3. CRITERIO DE DISEÑO EMPLEADO

Es importante definir que los tubos con perforaciones en la parte superior dan excelentes resultados cuando todos los orificios son de igual diámetro, con una carga de agua sobre estos de 5 a 10 centímetros y descarga libre hacia un canal central o canales laterales; el tubo no debe trabajar a sección llena. Esta última condición es básica para obtener una extracción equitativa del flujo.

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(**)Para conseguir una extracción uniforme, se puede diseñar ya sea un canal central recolector y canales laterales, o un canal central y vertederos laterales como se muestra en la figura anterior.

5.4 RECOMENDACIÓN

Los tubos con perforaciones en la parte superior dan excelentes resultados cuando todos los orificios son de igual diámetro, con una carga de agua sobre estos de 5 a 10 centímetros y descarga libre hacia un canal central o canales laterales; el tubo no debe trabajar a sección llena. Esta última condición es básica para obtener una extracción equitativa del flujo.

5.5 DISEÑO

Cuando la recolección se efectúa mediante tuberías con perforaciones, se recomienda determinar la longitud de tubería mediante la ecuación 1, el distanciamiento máximo centro a centro mediante el criterio de la ecuación 2 y, para que la colección sea uniforme, el diámetro de los orificios y del tubo se determinarán a partir de la expresión 11.

lv = Q/q ……….(1)

Lv= Longitud de vertedero

Q = caudal de diseño del decantador en L/s

qr = tasa de diseño de los vertederos, que varía entre 1,1 y 3,3 L/s x m de longitud de vertedero.

d/ h = 432/ Vs …………(2)

d =La distancia máxima entre los vertederos de recolección (d) h =profundidad (h) de instalación de los módulos o placas

Vs = velocidad ascensional del agua o tasa de escurrimiento superficial en m3 /m2 /d

Vc/Vo = nAo/Ac < 0,15 ………..(3)

n = número de orificios. Se calcula de acuerdo con la longitud del tubo, con un espaciamiento de 0,10 metros

Ao = área de los orificios, normalmente ½”

Ac = área del tubo

Vo = velocidad en los orificios en m/s Vc = velocidad en la tubería en m/s

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Esta relación de velocidades o de secciones asegura una desviación < 5%

Se recomienda, además, una altura de agua de 5 a 10 centímetros sobre los orificios

CAPÍTULO 06

SEDIMENTADORES

El propósito de este proceso físico es el de propiciar la precipitación de las partículas floculadas y logrando reducir las partículas que están en suspensión. Como resultado de este proceso, se obtiene agua clarificada, la cual contiene partículas de bajo peso que no pudieron ser retenidas con la decantación.

6.1. CONSTA DE DOS SEDIMENTADORES

En esta unidad los flocs al encontrarse en un ambiente calmado se volverán a unirse y al unirse, ya que se les dará más tiempo de reposo, y aumentarán de peso, los cuales se depositan por gravedad en el fondo de esta posa. En el proceso de sedimentación en cada una de estas cámaras el agua sedimentada pasa por un lecho filtrante compuesto por grava, arena y antracita, los cuales sirven para retener los flocs y partículas residuales

(30)

(31)

CAPÍTULO 07

FILTRACIÓN RÁPIDA

En el proceso de filtración rápida el agua atraviesa el lecho filtrante a velocidades que pueden oscilar entre 4 y 50 m/h. A estas velocidades apenas se forma biopelícula y los procesos biológicos van a ser escasos y, si existen, se va a tratar de eliminarlos. Se busca hacer funcionar todo el lecho del filtro. Los mecanismos de eliminación de partículas que van a preponderar serán los físicos.

7.1FUNCIONAMIENTO DE LA FILTRACIÓN

Si se representa en un sistema de coordenadas x-y la turbidez y la pérdida de carga frente al tiempo en un proceso a caudal y velocidad de filtración constante se obtiene curvas como las siguientes:

El punto óptimo de funcionamiento será aquel en que la pérdida de carga máxima coincida con la turbidez máxima. La carrera queda perfectamente limitada.

Si se analizan las curvas de SS y ∆H a lo largo del espesor (figuras siguientes)

llegará un momento en que la superficie ya no puede ensuciarse más y se va transmitiendo sólidos en profundidad. A esto se denomina avance del frente de filtración. En un momento dado, empezarían a llegar hasta el fondo del lecho cantidades importantes de SS y la turbidez del efluente se incrementaría notablemente.

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Si se analiza la evolución de la pérdida de carga, las impurezas retenidas quedan bloqueadas en los primeros centímetros del lecho y crean pérdidas de carga locales muy fuertes, capaces de acortar el ciclo de filtración. Son normales fuertes pérdidas de carga localizadas en los 15 primeros centímetros del lecho. Podría suceder que se generen presiones negativas (P < Patm). Estas presiones se producen cuando la pérdida de carga en las capas superiores llega a ser mayor que la altura de agua sobre la arena. En ese caso, la columna de agua inferior actúa como un tubo de aspiración, srcinando un vacío parcial o presión negativa, que cuando es excesiva permite que se libere parte del aire disuelto en el agua formando bolsas que disminuyen el área efectiva y por lo tanto aumenta la velocidad de filtración. Adicionalmente, al inicio del lavado en contracorriente puede escapar una masa de aire antes de que se rompa el conjunto de la superficie de la arena, y esto permitirá que se produzca una alta velocidad local del agua de lavado con el posible desplazamiento del lecho.

7.2ESTRUCTURA Y TIPOLOGÍA 7.2.1. Estructura

Un filtro está constituido por:

• Un depósito de hormigón abierto de 6 a 100 m2 de superficie. • Un falso fondo de hormigón material cerámico o material plástico,

en donde se colocan las boquillas u orificios de drenaje y de inyección de agua y aire de lavado.

• Una capa o lecho filtrante , situada sobre el falso fondo.

 _{Uno o varios canales de entrada de agua bruta, dotados de vertederos o}

compuertas, que faciliten una distribución homogénea del agua sobre el lecho filtrante.

 Uno o varios canales de recogida de agua de lavado.  Condiciones de agua bruta, agua de lavado y agua filtrada.  Bombas y llaves de paso y de protección.

 Si el lavado está automatizado son necesarios cuadros de control y

(33)

 Diversos aparatos de control y/o medida de caudal, altura de lámina de

agua y pérdida de carga.

 En las plantas de tratamiento se colocan varias unidades de filtración.  Un canal de distribución asegura la llegada de agua bruta al filtro.  Los procesos de lavado se van alternando de forma que se optimice la

explotación.

7.2.2. TIPOLOGIA DE FILTROS

En función del criterio que se utilice, se puede realizar diferentes clasificaciones de filtros:

Según la fuerza impulsora para hacer pasar el agua por el filtro: a) filtros de gravedad

b) filtros a presión

• Según la estructura:

a) abiertos: el agua está a presión atmosférica, suelen ser de hormigón, en algunos casos se pueden cubrir

b) cerrados: suelen ser presurizados, se utilizan materiales metálicos.

• Según el lecho:

a) lecho monocapa: se utiliza un sólo material; casi siempre se coloca arena silícea; en el fondo del lecho, sobre el falso fondo, se suele colocar una subcapa de grava.

b) filtro multicapa: consiste en disponer diferentes_{materiales en capas. Existen varias posibilidades en} función del objetivo perseguido. Si lo que se busca es que el filtro se ensucie homogéneamente habrá que colocar capas de diferentes tamaños eficaces: en las superiores tallas efectivas mayores y en el fondo las menores. Las partículas más gruesas se van a quedar en superficie pero el resto del lecho va a retener de forma progresiva el resto de los tamaños. El filtro se ensucia de forma global y de esta

(34)

forma la carrera puede ser mayor. El problema surge cuando hay que realizar el lavado.

7.3CONTROL DE PROCESO

El objetivo del control del proceso es optimizar el funcionamiento y la explotación del filtro. Se debe evitar, fundamentalmente, la rotura del filtro, que traería como consecuencia la resuspensión de las partículas que ya habían sido retenidas. Fuertes oscilaciones de caudal, y de la velocidad de filtración, por tanto, pueden producir tal fenómeno.

Si la velocidad aumenta durante el ciclo de filtración comienza el arrastre de partículas que antes habían quedado retenidas e incluso puede descolocar y mover el lecho. Si la velocidad permanece constante el proceso se desarrolla en equilibrio. Si la velocidad decrece se disminuye la capacidad de tratamiento, aunque los resultados pueden ser mejores.

Por tanto, es necesario colocar sistemas de control y regulación de los filtros. Existen diferentes estrategias y técnicas de control:

a) Control de los caudales que acceden a cada filtro

El canal de distribución asegura la llegada de agua bruta al filtro. En la entrada del filtro se pueden incorporar vertederos o sifones. El sifón permite introducir caudales constantes, aunque varíen los niveles en el canal de distribución. La colocación de vertederos implica que debe controlarse el caudal principal en el canal previo. Otra forma de control de caudales es la utilización de bombas. Los citados anteriormente son sistemas que aseguran un caudal de entrada constante pero el nivel de agua sobre el filtro va a ser variable conforme se va ensuciando. Cuando el filtro está limpio, la arena se encuentra justamente cubierta de agua, cuyo nivel se mantiene a la cota del vertedero de salida de agua filtrada. Cuando el atascamiento es máximo, el nivel alcanza la cota del plano de agua de alimentación.

(35)

b) Caudal constante de entrada y nivel constante de filtración

El elemento de entrada es más sencillo al mantenerse siempre el mismo nivel en el interior del depósito durante la filtración. Una comunicación sencilla entre canal de distribución y el depósito del filtro permitiría una entrada de caudal constante. Este sistema es el más habitual.

El sistema de control consiste básicamente en un flotador que está conectado a un elemento sifónico a la salida del filtro (ver figura siguiente).

Cuando el flotador baja por debajo de una cota el sifón se desceba y deja de sacar agua. Cuando el nivel sube se cierra la entrada de aire al sifón y se ceba de nuevo, comenzando a extraer agua ya filtrada. Durante la carrera del filtro se mantiene una pérdida de carga máxima ficticia. El filtro cada vez produce más pérdida de carga, al ensuciarse, pero el flujo se fuerza con el sistema de control.

c) Caudal de salida constante

El control se basa en la conexión de una válvula automática a un sistema de medición de caudales. El caudal de salida sufre de esta forma sólo oscilaciones muy pequeñas. El nivel en el interior del depósito del filtro va a ser variable.

(36)

d) Sistemas de velocidad decreciente

Se basan en el ensuciamiento del filtro. El filtro que más suciedad tenga va ser el que menos caudal deje pasar. El caudal de entrada va a distribuirse de forma no homogénea. El filtro más limpio de la batería recibe el mayor caudal. Si se alimenta de modo que se produzca una pérdida de carga despreciable en la entrada al filtro y se va disminuyendo el caudal aplicado, el incremento de la pérdida de carga en el lecho puede hacerse igual a la disminución de la pérdida de carga en el sistema colector y así la altura de filtración es la misma para toda la batería de filtros. En la práctica, el nivel del agua en el filtro tenderá a subir, puesto que el aumento de la pérdida de carga en el lecho es más rápido que el decrecimiento en el sistema colector. También puede ser igual la cota de los vertederos de salida de agua ya tratada.

Los diversos sistemas de regulación y control tienen un objetivo común, que es el de minimizar las oscilaciones y las velocidades de filtración elevadas que pueden causar afecciones al lecho.

Los diseños del tipo de caudal decreciente son más lógicos, ya que los caudales mayores se aplican a los filtros limpios con lo que el riesgo de rotura del lecho es menor. Además, es poco probable que se produzcan oscilaciones, puesto que la velocidad solamente puede aumentar si lo hace la carga sobre el filtro y ello requiere una cantidad apreciable de tiempo.

7.4PARÁMETROS DE DISEÑO

En función del tipo de agua que se va a tratar se utiliza la filtración lenta o la rápida y se acompañan de otros procesos complementarios:

• Agua natural: SS < 15 ppm.

Posible filtración lenta.

Posible filtración rápida directa (1).

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Posible coagulación más filtración rápida (1). ("coagulación sobre el filtro").

• Agua natural: SS > 40- 200 ppm.

Posible coagul.+ flocul. + decantación + filtro rápido monocapa (1).

Posible coagul.+ flocul. + decantación + filtro Rápido multicapa (2).

• Agua de piscinas: Posible filtro rápido de alta velocidad.

Posible filtro a presión (3),

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7.5APLICACIÓN:

En la visita a la Planta de Tratamiento de Agua Potable de Quicapata:

UBICACIÓN DE LA CAJA DE FILTRACIÓN

El agua sedimentada se filtra por un conjunto de capas filtrantes de arena, antracita y grava, para retener los flóculos o partículas residuales, que no se eliminaron en los procesos anteriores.

Planta Nª 1

De tipo CEPIS, construido primigeniamente en al año 1,974 para una capacidad de 158 lps.; con el transcurso del tiempo ha sido objeto de modificaciones y ampliaciones hasta que actualmente tiene una capacidad de tratamiento de 360 lps., y consta de estructuras siguientes:

 Una cámara de mezcla rápida.  Seis floculadores de pantalla vertical.

 Ocho decantadores tubulares (instalados en diciembre del 2013)  Dos sedimentadores.

 Cuatro filtros rápidos.

 Galería de tubos y sala de comandos.  Un reservorio de agua de lavado de 250 m3

Planta Nª 2

De tipo autolavante, construido en año 1985 para una capacidad de 180 lps., que aún no ha sido sometido a mejoramientos y/o modificación y consta de las siguientes estructuras:

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 Una cámara de mezcla rápida.  Un canal repartidor.

 Seis floculadores de pantalla vertical.  Un sedimentador.

 Cuatro filtros autolavantes.

 Una sala de dosificación de sulfato de Al y/0 Policloruro de Al.

La Planta N°01; consta con 04 filtros rápidos. Cada filtro consta de 04 baterías de filtración rápida de 03 capas:

GRAVA

ARENA CUÁRSICA

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DETALLES DEL FILTRO

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CAPÍTULO 08

CLORACIÓN

La cloración es el procedimiento de desinfección de aguas mediante el empleo de cloro o compuestos clorados. Se puede emplear gas cloro, pero normalmente se emplea hipoclorito de sodio (lejía) por su mayor facilidad de almacenamiento y dosificación. En algunos casos se emplean otros compuestos clorados, como dióxido de cloro (ClO2), hipoclorito de calcio o ácido cloroisocianúrico.

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8.1. Medios Químicos

Los medios químicos más usados son:

 Hipoclorito de sodio (NaClO), Ácido hipocloroso (HClO), Clorito de

sodio (NaClO2). El cloro es uno de los elementos más comunes para la

desinfección del agua. El cloro se puede aplicar para la desactivación de la actividad de la gran mayoría de los microorganismos, y es relativamente barato.

 Dióxido de cloro (ClO2) 

Ozono (O3₎  Halógenos: Yodo

 Metales: cobre (Cu2+), plata (Ag+)  Permanganato (KMnO4)  Jabones y detergentes  Sales de amonio  Peróxido de hidrógeno  lejía (cloro)

De acuerdo con los Centros para el Control y Prevención de Enfermedades (CDC) de los Estados Unidos, la desinfección con cloro del agua para consumo humano es reconocida como uno de los mayores logros en el campo de la salud pública del siglo XX .1_Sin

embargo surge una preocupación para la salud pública: la presencia de los subproductos de la desinfección, debido a la desinfección con cloro del agua potable, debido a una posible conexión carcinogénica. Por esta razón, se ha producido un ajuste progresivo en las normas de calidad para el agua potable en lo que respecta a la concentración máxima aceptable de los trihalometanos (TTHM).

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8.2. Medios Físicos, Electro-Físicos, Fisicoquímico

Los procesos físicos más utilizados para la desinfección del agua son:

 Generación de ácido hipocloroso mediante proceso de hidrólisis (sin aditivos)  Luz ultravioleta  Fotocatálisis  Radiación electrónica  Rayos gamma  Sonido  Calor

Los desinfectantes no solo deben matar a los microorganismos sino que deben además tener un efecto residual, que significa que se mantienen como agentes activos en el agua después de la desinfección para prevenir el crecimiento de los microorganismos en las tuberías provocando la re-contaminación del agua.

(44)

CAPÍTULO 09

RESERVORIO DE ALMACENAMIENTO

La importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectadas y el rendimiento admisible de la fuente. Un sistema de abastecimiento de agua potable requerirá de un reservorio cuando el rendimiento admisible de la fuente sea menor que el gasto máximo horario (Qmh). En caso que el rendimiento de la fuente sea mayor que el Qmh no se considera el reservorio, y debe asegurarse que el diámetro de la línea de conducción sea suficiente para conducir el gasto máximo horario (Qmh), que permita cubrir los requerimientos de consumo de la población.

En algunos proyectos resulta más económico usar tuberías de menor diámetro en la línea de conducción y construir un reservorio de almacenamiento. En el desarrollo del capítulo se presentan las consideraciones básicas que permiten definir metodológicamente el diseño hidráulico y además se muestra un ejemplo de cálculo estructural de un reservorio de almacenamiento típico para poblaciones rurales.

9.1 CONSIDERACIONES BASICAS

Los aspectos más importantes a considerarse para el diseño son la capacidad, ubicación y tipo de reservorio.

A. CAPACIDAD DE RESERVORIO

Para determinar la capacidad del reservorio, es necesario considerar la compensación de las variaciones horarias, emergencia para incendios, previsión de reservas para cubrir danos e interrupciones en la línea de conducción y que el reservorio funcione como parte del sistema. Para el cálculo de la capacidad del reservorio, se considera la compensación de variaciones horarias de consumo y los eventuales desperfectos en la línea de conducción. El reservorio debe permitir que la demanda máxima que se produce en el consumo sea satisfecha a cabalidad, al igual que cualquier variación en el consumo registrada en las 24 horas del día. Ante la eventualidad de que en la línea de conducción puedan ocume danos que mantengan una situación de déficit en el suministro de agua mientras se hagan las reparaciones pertinentes, es aconsejable un volumen adicional que de oportunidad de restablecer la conducción de agua hasta el reservorio.

B. TIPOS DE RESERVORIO

Los reservorios de almacenamiento pueden ser elevados, apoyados y enterrados. Los elevados, que generalmente tienen forma esférica, cilíndrica y de paralelepípedo, son construidos sobre torres, columnas, pilotes, etc.; los apoyados, que principalmente tienen forma rectangular y circular, son construidos directamente sobre la superficie del suelo; y los enterrados, de forma rectangular, son construidos por debajo de la superficie del suelo (cisternas).

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Para capacidades medianas y pequeñas, como es el caso de los proyectos de abastecimiento de agua potable en poblaciones rurales, resulta tradicional y económica la construcción de un reservorio apoyado de forma cuadrada.

Figura 5.1: Tipos de reservorios: apoyado y elevado

C. UBICACIÓN DEL RESERVORIO

La ubicación está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener la presión en la red dentro de los límites de servicio, garantizando presiones mínimas en las viviendas más elevadas y presiones máximas en las viviendas más bajas. De acuerdo a la ubicación, los reservorios pueden ser de cabecera o flotantes. En el primer caso se alimentan directamente de la captación, pudiendo ser por gravedad o bombeo y elevados o apoyados, y alimentan directamente de agua a la población. En el segundo caso, son típicos reguladores de presión, casi siempre son elevados y se caracterizan porque la entrada y la salida del agua se hacen por el mismo tubo. Considerando la topografía del terreno y la ubicación de la fuente de agua, en la mayoría de los proyectos de agua potable en zonas rurales los reservorios de almacenamiento son de cabecera y por gravedad. El reservorio se debe ubicar lo más cerca posible y a una elevación mayor al centro poblado.

5.2 CASETA DE VALVULA

A. TUBERIA DE LLEGADA

El diámetro está definido por la tubería de conducción, debiendo estar provista de una válvula compuerta de igual diámetro antes de la entrada al reservorio de almacenamiento; debe proveerse de un by - pass para atender situaciones de emergencia.

B. TUBERIA DE SALIDA

El diámetro de la tubería de salida será el correspondiente al diámetro de la línea de aducción, y deberá estar provista de una válvula compuerta que permita regular el abastecimiento de agua a la población.

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La tubería de limpia deberá tener un diámetro tal que facilite la limpieza del reservorio de almacenamiento en un periodo no mayor de 2 horas. Esta tubería será provista de una válvula compuerta.

D. TUBERIA DE REBOSE

La tubería de rebose se conectara con descarga libre a la tubería de limpia y no se proveerá de válvula compuerta, permitiéndose la descarga de agua en cualquier momento.

E. BY-PASS

Se instalara una tubería con una conexión directa entre la entrada y la salida, de manera que cuando se cierre la tubería de entrada al reservorio de almacenamiento, el caudal ingrese directamente a la línea de aducción. Esta constara de una válvula compuerta que permita el control del flujo de agua con fines de mantenimiento y limpieza del reservorio.

Figura 5.2: Caseta de válvulas del reservorio

5.3 CALCULO DE LA CAPACIDAD DEL RESERVORIO

Para el cálculo del volumen de almacenamiento se utilizan métodos gráficos y analíticos. Los primeros se basan en la determinación de la "curva de masa" o de "consumo integral", considerando los consumos acumulados; para los métodos analíticos, se debe disponer de los datos de consumo por horas y del caudal disponible de la fuente, que por lo general es equivalente al consumo promedio diario. (Ver Figura 3).

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Figura 5.3: Curva de variaciones horarias y de consumos acumulados

En la mayoría de las poblaciones rurales no se cuenta con información que permita utilizar los métodos mencionados, pero si podemos estimar el consumo medio diario anual. En base a esta información se calcula el volumen de almacenamiento de acuerdo a las Normas. Para los proyectos de agua potable por gravedad, la norma recomienda una capacidad de regulación del reservona del 25 al 30% del volumen del consumo promedio diario anual (Qm). Con la

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finalidad de presentar el procedimiento de cálculo de la capacidad y del dimensionamiento de un reservorio se desarrolla el siguiente ejemplo.

EJEMPLO: Datos:

Población futura (Pf) = 977 habitantes Dotación = 80 Vhab./dia

Resultados:

Consumo promedio anual (Qm): Qm = Pf x Dotación = 78,160 litros

Volumen del reservorio considerando el 25% de Qm: V = Qm x 0.25 = 19,540 litros = 19.54 m3

Volumen asumido para el diseño (V) = 20 m3.

Con el valor del volumen (V) se define un reservorio de sección cuadrada cuyas dimensiones son:

Ancho de la pared (b) = 3.70 m. Altura de agua (h) = 1.48 m. Bordo libre (B.L.) = 0.30 m. Altura total (H) = 1.78 m.

Figura 5.4: Dimensiones del reservorio apoyado de sección cuadrada

RESERVORIOS DE ALMACENAMIENTO EN LA CIUDAD DE AYACUCHO

La ciudad de Ayacucho, para fines de distribución del servicio de agua potable, está dividida en 28 Sectores de abastecimiento y 84 Zonas de Presión regulados por los siguientes Reservorios:

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Figura 5.6 Resumen de reservorios en la ciudad de Ayacucho

1. RESERVORIO ACUCHIMAY

Dota a 2 Sectores de Abastecimiento (A1 y A2), que constituye el 23.48% de la población servida; tipo semienterrado en fundación rocosa; forma cuadrada; material concreto armado; capacidad 2500 m3; antigüedad 72 años; estado actual malo.

2. RESERVORIO LIBERTADORES 1.

dota a 3 Sectores de Abastecimiento del lado sur(L1, L2, L3), que representa el 9.60% de la población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado;

capacidad 1000 m3; antigüedad 41 años; estado actual bueno. 3. RESERVORIO LIBERTADORES 2.

Dota a 6 Sectores de Abastecimiento de lado Norte (L4, L5, L6, L7, L8, L9) que representa el 20.75 % de la población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 2000 m3; antigüedad 20 años; estado actual bueno. 4. RESERVORIO MIRAFLORES.

Dota a 3 Sectores de Abastecimiento (M1, M2, M3) que representa el 24.50% de la población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 1500 m3; antigüedad 30 años; estado actual bueno.

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Dota 3 Sectores de Abastecimiento (Q1, Q2, Q3) que representa el 11.92% de la población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 1500 m3; antigüedad 41 años; estado actual material concreto armado; estado actual bueno.

6. RESERVORIO QUICAPATA (CABECERA II).

Abastece a los Reservorios de Acuchimay, Libertadores 1, Libertadores 2, Miraflores y San Joaquín; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 3000 m3; antigüedad 11 años; estado actual bueno.

7. RESERVORIO PUEBLO LIBRE (Bombeo).

Dota a dos Sectores de Abastecimiento PL1, PL2) que representa el 1.64% de la población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 100 m3; antigüedad 30 años; estado físico actual regular

.

8. RESERVORIO LA PICOTA (Bombeo).

Dota a 2 Sectores de Abastecimiento (Pl1 y Pl2), que representa el 1.64% de la población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 200 m3; antigüedad 7 años; estado físico actual bueno; operativo.

9. RESERVORIO VISTA ALEGRE (Bombeo).

Dota a un Sector de Abastecimiento (VA) que representa el 2.80% de la población ser-vida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 200 m3; antigüedad 22 años; estado físico actual bueno operativo.

10. RESERVORIO SAN JOAQUIN.

Dota a un Sector de Abastecimiento que representa el 0.60% de la población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 500 m3; antigüedad 1 año; estado físico actual bueno operativo.

11. RESERVORIO RIO SECO (bombeo).

Dota a un Sector de Abastecimiento (RS) representa el 1.30% de la población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 200 m3; antigüedad 16 años; estado físico actual bueno operativo.

12. RESERVORIO ALTO PERU (bombeo).

Dota a un Sector de Abastecimiento (AP) que representa el 0.60% de la población ser-vida; tipo apoyado; forma circular; material Concreto armado; capacidad 150 m3; antigüedad 14 años; estado físico actual bueno Operativo.

13. RESERVORIO NUEVA ESPERANZA.

Dota a 3 Sectores de abastecimiento (NE1, NE2, NE3) que representa 1.17% de población servida; tipo apoyado; forma circular; material concreto armado; capacidad 200 m3; antigüedad 3 años; estado físico Actual bueno operativo.

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CAPÍTULO 10

REDES DE DISTRIBUCIÓN

Al 31 de diciembre del 2015 el sistema de redes de distribución de agua potable en la localidad de Ayacucho tiene una extensión total de 349,962 ml., compuesto por

diámetros que van desde 3”, 4”y 6”, que forman las redes secundarias, Y de 8”, 10” y 12”, que forman las redes matrices, y de 14” y 16” que forman las líneas de conducción

y aducción; de la misma manera las clases y tipo de material como: fofo, asbesto cemento, PVC y fofo dúctil; en cuanto a la antigüedad varían de acuerdo a la época de las instalaciones ejecutadas, como por ejemplo los de F° tienen 72 años, los de AC tienen de 32 a 37 años, los de PVC tiene de 22 a menos años, y en resumen, el 91.5% de la población servida de la ciudad de Ayacucho es abastecida por gravedad, y el 8.5% de la población por

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sistema de bombeo aquellos centros poblados que se ubican en zonas altas, Para su diseño es necesario la ubicación del reservorio de almacenamiento como la finalidad de suministrar agua en cantidad y presión adecuado a todos los puntos de la red cantidad de agua envase a la dotación.

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10.1 CONEXIONES DOMICILIARIAS

La ciudad de Ayacucho, conformado por los distritos de Ayacucho, San Juan bautista, Jesús Nazareno, Carmen Alto y Andrés Avelino Cáceres, al 31 /12/15 cuenta con una

población total de 208,514 habitantes, con una cobertura de 89.61% que representa una población servida de 186,849tieneantes.

Las conexiones domiciliarias tiene la siguiente distribución:

Categoría social 104 Categoría domestica 41,300 Categoría comercial 5,523 Categoría industrial 95 Categoría estatal 241 total 47.271