Tesis Diseño de Planta de Tratamiento de Aguas residuales

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(1)Universidad Nueva Esparta Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil. Caracas-Venezuela Trabajo de Grado I. Diseño de una “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” para la urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, estado Guárico, para ser vertidas en cauces naturales.. Tutor:. “Proyecto de Trabajo de Grado” presentado por:. Ing. José Aranguren Zasha Cisneros O. C.I: 2.145.205. C.I.:. 19.692.454.. Daniela Penso R.. C.I.V: 7641. C.I.:. 19.434.480. Julio, 2012. Diseño de una "Planta de Tratamiento de Aguas Residuales" para la urbanización "Mis Cariños", Chaguaramas, Estado Guárico, para ser vertidas en cauces naturales. por Cisneros, Zasha ; Penso, Daniela se encuentra bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported..

(2) Agradecimientos. Agradecemos a nuestros padres ya que sin ellos este sueño de ser futuras profesionales no se haría realidad, gracias por el apoyo incondicional que nos han dado a lo largo de nuestras vidas y que continuarán en el camino que nos queda por recorrer, gracias por habernos siempre apoyado, porque sin ustedes no seriamos las personas de bien que aspiramos seguir siendo, por supuesto para continuar sus pasos, porque son nuestro ejemplo a seguir, desde el momento que nacimos hasta ahora que estamos cerrando un ciclo y que sin ustedes y sin su confianza no hubiese sido posible.. Agradecemos de manera especial y sincera a nuestra Profesora y Directora de Escuela la Ing. Gladys Hernández, por ser nuestra guía durante la realización de este proyecto, sin ella hubiera sido difícil saber con exactitud los parámetros para la ejecución de un “Trabajo de Grado”, gracias por transmitirnos sus experiencias profesionales y de vida, fue una gran ayuda para saber que no estamos solos, que la vamos a tener a usted como otro ejemplo de vida.. Agradecemos a nuestro tutor y profesor Ing. José Aranguren por su importante aporte y participación activa en el desarrollo de este “Trabajo de Grado”, no cabe duda que su participación ha enriquecido tanto con sus conocimientos y el material adecuado la presente tesis, le damos las gracias por dedicarnos parte de su invalorable tiempo en guiarnos y enseñarnos con entrega, todas y cada una de las preparaciones sobre el tema. Zasha Andrea Cisneros Odremán Daniela Alejandra Penso Riera.. ii.

(3) Dedicatoria Ya en el agradecimiento exprese mi gran alegría por este gran paso que estoy a punto de terminar y sin más largas que dar les dedico este logro a mis padres Ivelice Odremán de Cisneros Y Eddie Cisneros, sin ustedes no hubiera llegado hasta acá, con su apoyo diario he tenido la fuerza para seguir adelante a pesar de los obstáculos que pudieron estar en este camino pero llegue, de todo corazón ustedes saben que son mi ejemplo a seguir, mi guía y que siempre van a estar conmigo en mis alegrías, triunfos, derrotas, y todos los aspectos de mi vida que por supuesto ya lo han estado. Te dedico y te doy las gracias a ti má! por darme la vida y por ser constante conmigo, por estar pendiente de los detalles de la vida, por ser mi amiga incondicional, por pelear conmigo también ya que de esa forma me doy cuenta que no puedo vivir sin ti, tu estas entregando este proyecto conmigo, y que el día de mi acto de grado tu también te estás graduando como ingeniera, porque estuviste conmigo día a día llevándome a la universidad, haciendo esas comidas especiales para mis amigos cuando era la hora de estudiar o de rumbear, sin esos detalles tuyos mi vida seria más de los mismo le doy gracias a dios por tenerte conmigo te amo mamá. También te dedico esta tesis a ti pá!, tú también has sido parte fundamental en este momento de mi vida, ya que te has convertido en mi profesor, en mi redactor profesional y quien más que tu se conoce esta tesis de pies a cabeza aunque no me lo digas y siempre me preguntabas ¿hija y cómo va la tesis? Y simplemente te decía ¡bien pá!, sin mucho que hablar pero después te enviaba un correo ¡pá me ayudas con la redacción de la tesis!, lo que más me gusta es que he aprendido demasiado de ti tu eres mi ejemplo de responsabilidad, de profesionalismo, a lo mejor mi mamá lee esto y se pone celosa pero a los dos los amo muchísimo así no se los diga mucho, gracias por estar conmigo desde el comienzo y ser mi compañero de materias cuando estaba sola y no tenía mi idea de que me estaban enseñando fuiste tú quien acaró todas mis dudas y las seguirás aclarando a mí y a mi hermano Aarón, y gracias por dejarte regañar por mi y por mi mama sin decir ni pio solo reírte, siempre con tu alegría y a veces amargura te amo papá. A los dos los adoro, amo, admiro, respeto y les dedico este logro mi tesis y por supuesto mi título que falta poquito.. Zasha Andrea Cisneros Odremán. iii.

(4) Le dedico esta tesis a mi papá Felix Penso, por ser un gran padre. Te doy gracias por cuidarme, apoyarme y estar siempre a mi lado, gracias a ti soy una mejor persona y puedo tener un futuro prometedor. Siempre has estado para mí, enseñándome lo bueno y malo de la vida, el trabajo duro y el amor que le tenemos que tener a las cosas. Siempre vas a ser mi modelo a seguir en cualquier aspecto de la vida porque eres el mejor padre que Dios me pudo dar y es por eso que siempre hare mi mayor esfuerzo para que estés orgulloso de mi. Lo más difícil para mí es poner en pocas palabras el amor y la admiración que te tengo papá. TE AMO.. A mi mamá y mejor amiga Elke Riera, gracias por darme la vida y cuidarme tan duro, sin ti no podría estar aquí en estos momentos. Te doy las gracias por aconsejarme, escucharme, consentirme y siempre darme ánimos de seguir adelante aunque el camino fuera difícil, espero seguir tus pasos y convertirme en una gran mujer como tú. Eres la mejor madre y te amo!. También le dedico mi tesis a mi hermana Gabriela Penso, por siempre ayudarme y cuidarme como una madre, hermana y amiga. Gracias por estar siempre para mí y darme esa confianza que siempre admire de ti, eres la mejor hermana que se pueda pedir y gracias por permitirme ser tía de unos angelitos tan bellos que han iluminado mi vida y que espero que algún día estén orgullosa de su tía. Te quiero y siempre estaré para ti.. A mis abuelos Laurel Riera y Rafael Penso, que siempre los tengo presente conmigo y que sé que ellos guían y cuidan mis pasos en cada momento de mi vida.. Daniela Alejandra Penso Riera. iv.

(5) Universidad Nueva Esparta Escuela de Ingeniería Civil. Autores: Cisneros O. Zasha A; Penso R. Daniela A. Tutor: Ing. Aranguren, José. Año: 2012. Diseño de una “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” para la urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, estado Guárico, para ser vertidas en cauces naturales.. RESUMEN. Dentro de un proyecto, es característico establecer los parámetros que forman parte este, el presente diseño se funda para una planta de tratamiento de aguas residuales que va a ser utilizada dentro de la urbanización “Mis Cariños”, ubicada en Chaguaramas Estado Guárico, con 4 módulos de 1064 casas de 150 m², viviendas de interés social, con 1500 lts/día de dotación,. según la Gaceta. Venezolana No. 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989, donde se especifica la dotación de agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares, en el caso de este diseño, el gasto diario calculado es de 1.584.000 lts/día. Tomando en cuenta que es un valor muy alto de servicio, se utilizaron tres (3) módulos de tratamiento, para que cumpla con el caudal de diseño. Esta investigación y diseño cuenta con todos los componentes que establecen las normativas venezolanas y prescritas en el decreto No.883 de la Gaceta Oficial No.5.021 Extraordinario publicado el 11 de octubre de 1995. Para la elaboración y cálculo de una planta de tratamiento de aguas residuales. De esta manera se fortalecen los conocimientos que intervienen dentro del diseño y cuales medidas limitan la investigación.. v.

(6) En el diseño de la planta de tratamiento se tomaron en cuenta algunos valores. que son. característicos. su. funcionamiento,. entre ellos. el. valor. correspondiente al de la demanda “Biológica de Oxígeno”, es un dato fundamental dentro de las aguas que se van a recolectar. Es el que dará la información adecuada para saber la cantidad de bacterias que entran y salen de la planta. Existe un valor determinado que indica que el agua puede ser utilizada, bien sea de manera secundaria como para riego de áreas verdes, o que puede llegar a ser vertida en cauces naturales. La planta cuenta con un conjunto de componentes que juntos integran su funcionamiento apropiado, estos son: El “Reactor Biológico” acoplado con tuberías sopladoras de aire, el “Sedimentador” que cuenta con una tolva conectada con una tubería o Bomba Neumo-eyectora tipo Air-Lift, encargada de la recirculación del agua. La “Cámara de Cloración” y el “Lecho de Secado”, estos son los componentes principales para el funcionamiento apropiado de la planta.. También es importante destacar que el uso de una planta de tratamiento, se incorpora como un factor ambiental muy importante. El simple hecho de reutilizar las aguas y posteriormente darle el trato adecuado, impiden la contaminación del agua con desechos orgánicos que a la larga producen una contaminación ambiental significativa.. vi.

(7) Nueva Esparta Universirty School of Civil Engineering. Authors: O. Cisneros Zasha A; Penso R. Daniela A. Tutor: Mr. Aranguren, Joseph. Year: 2012. Design of a "Plant Wastewater Treatment" in the urbanization "Mis Cariños", Chaguaramas, Guarico state, to be discharged into natural waterways.. Abstract Within a design project, is characteristic to set the parameters that are a part of this, this design is provided for a wastewater treatment plant, that. will be. used within the neighborhood “Mis Cariños”, located in Chaguaramas, Guarico state; the development consists of 1056 residential houses of social interest divided into 4 main modules, each house has 150 m² of property land and 55 m 2 of construction, it also includes an endowment of 1,584,000 liters per day, according to the Extraordinary Venezuelan Gazette No. 4044. Taking into consideration that it is a very high value of service, three (3) treatment plants were used to ensure the proper compliance with the quantity of daily water consumed. This design and research complies with all the components that are established and identified in the Venezuelan Decree No.883 of the extraordinary Official Gazette No.5.021 for the development and calculation of a plant, as in this way it strengthens the knowledge of both physical and chemicals, like all the known factors involved in the design, that in some way limits the investigation.. vii.

(8) In designing the treatment plant, certain characteristic values were considered for its functioning, among them, the value corresponding to the “Biological Oxygen Demand” is a critical chemical data within the waters that will be collected, since this will give the information necessary to find the amount of bacteria entering and leaving the plant, therefore giving an specific value, which indicates whether the water can be used secondarily as to irrigate green areas, or that can be discharged into natural waterways.. The plant has. a. set of. components. that. together ensure its proper. functioning, these are: "Biological Reactor" coupled with oxygen blow pipes, the "Settling" which has a hopper connected to a pipe or ejector pump type Pneumo-Air Lift, responsible for the recirculation of water and activate mud, the "Chamber of Chlorination" and "Dry bed", these are the main components that ensure the proper functioning of the plant.. It is also important to note that the use of a treatment plant, is incorporated as a very important environmental factor, as the simple fact of recycling the water and then give them the appropriate treatment, prevent water pollution from organic waste that eventually produce a significant environmental contamination or illness for residents.. viii.

(9) Índice. Agradecimientos Dedicatoria Resumen Abstract Introducción CAPÍTULO I: El Problema de Investigación 1.1-. Formulación del Problema de Investigación. 2. 1.2-. Planteamiento del Problema. 2. 1.3-. Justificación de la Investigación. 3. 1.4-. Objetivos de la Investigación. 4. 1.5-. Delimitaciones. 5. CAPÍTULO II: El Marco Teórico 2.1-. Antecedentes. 7. 2.2-. Bases Teóricas. 11. 2.2.1-. El Agua. 11. 2.2.1.1-. Composición del Agua. 13. 2.2.1.2-. Propiedades Físicas del Agua. 13. 2.2.1.3-. Características de las Aguas Residuales. 16. 2.2.2-. Demanda Biológica de Oxígeno. 18. 2.2.3-. Sistema de Tratamiento Seleccionado. 19. 2.2.4-. Diagrama de Flujo. 20. 2.2.5-. Descripción del Proceso de Tratamiento. 21. 2.2.5.1-. Sistema de Desbaste. 23. 2.2.5.2-. Reactor Biológico. 24. 2.2.5.3-. Sedimentador Secundario. 27. 2.2.5.4-. Cámara de Desinfección. 29. 2.2.5.5-. Lecho de Secado. 30. 2.2.6-. Decreto N°883. 31. 2.2.6.1-. Parámetros Físico-Químicos. 32. ix.

(10) 2.2.6.2-. Parámetros Biológicos. 34. 2.2.7-. Gaceta Oficial de la Republica de Venezuela N° 4.103 Extraordinaria. 35. 2.2.8-. Urbanización. 36. 2.2.9-. Posibles Problemas. 40. 2.2.9.1-. Las Inherentes al Sistema Biológico. 40. 2.2.9.1.1-. Abultamiento de Lodos. 40. 2.2.9.1.2-. Alzamiento de lodo. 42. 2.2.9.1.3-. Aparición de Espuma en los Tanques de Aireación y Sedimentación. 43. 2.2.9.2-. Las Inherentes al Sistema Biológico. 43. 2.2.10-. Variable de Operación. 44. 2.2 .10.1-. Tratamiento biológico. 44. 2.2.11-. Indicaciones para el Operador. 48. 2.2.11.1-. Equipos de Aireación. 48. 2.2.11.2-. Reactor Biológico. 49. 2.2.11.3-. Sedimentador. 50. 2.2.11.4-. Clorador. 50. 2.2.11.5-. Lecho de Secado. 51. 2.2.12-. Procedimientos de Parada. 51. 2.2.12.1-. Parada Programada. 51. 2.2.12.2-. Parada de Emergencia. 52. 2.2.12.2.1-. En la Energía Eléctrica.. 52. 2.2.12.2.2-. En los Equipos. 52. 2.2.13-. Seguridad. 53. 2.2.13.1-. Riesgos Mecánicos. 53. 2.2.13.2-. Riesgos Eléctricos. 53. 2.2.12.3-. Riesgos a Contraer Enfermedades. 54. 2.3-. Cuadro de Variables. 55. 2.4-. Terminología Básica. 55. CAPÍTULO III: Marco Metodológico 3.1-. Diseño de la Investigación. 60. 3.2-. Nivel de Investigación. 61. x.

(11) 3.3-. Población y Muestra. 61. 3.4-. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos. 62. CAPÍTULO IV: Planta de Tratamiento para Aguas Residuales 4.1-. Cálculo del Caudal. 64. 4.2-. Cálculo de la Planta de Tratamiento. 65. 4.2.1-. Cálculo Reactor Biológico. 66. 4.2.2-. Cálculo Sedimentador. 81. 4.2.3-. Cálculo Cámara de Cloración. 85. 4.2.4-. Cálculo Lecho de Secado. 86. 4.3-. Memoria Descriptiva. 88. 4.4-. Diagrama de Flujo para Manejo de Programa. 91. 4.5-. Cálculos Arrojados por el Programa. 94. 4.6-. Planos de la Planta de Tratamiento. 99. CAPÍTULO V: Conclusiones y Recomendaciones 5.1-. Conclusiones. 109. 5.2-. Recomendaciones. 111. BIBLIOGRAFÍA. xi.

(12) Índice de Imágenes. Figura#1: Ciclo Hidrológico. 12. Figura#2: Aguas Negras y Grises. 17. Figura#3: Incubadora de aire o baño de agua. 18. Figura#4: diagrama de flujo de la planta de tratamiento. 21. Figura#5: diseño de planta de tratamiento (prototipo).. 22. Figura#6: Tanquilla de Desbaste.. 23. Figura#7: reactor biológico.. 25. Figura#8: Reactor biológico. 26. Figura#9: Reactor biológico, sopladores vista sin agua recolectada.. 26. Figura#10: Sedimentador. 27. Figura#11: Sedimentador (tolva) vista planta y frente.. 28. Figura#12: Tolva. 28. Figura#13: Clorador. 29. Figura#14: Cámara de cloración vista planta.. 30. Figura#15: Lecho de secado.. 31. Figura#16: vista satelital de la ubicación del terreno.. 37. Figura#17: Estacionamiento y Planta Diseñados para cada Vivienda.. 38. Figura#18: Distribución de los Módulos a Construir.. 39. Figura#19: Ubicación de la Planta de Tratamiento. 40. Figura#20: volumen del tanque.. 69. Figura#21: dimensiones de los sedimentadores.. 82. Figura#22: profundidad del lecho de secado.. 87. Figura#23: Comienzo de Programa.. 94. Figura#24: Datos para Reactor Biológico.. 94. Figura#25: Dimensiones del Reactor. 95. Figura#26: Selección del Soplador. 95. Figura#27: Datos para Sedimentador. 96. Figura#28: Dimensiones Sedimentador. 96. Figura#29: Calculo Vertedero. 97. xii.

(13) Figura#30: Calculo Cámara de Cloración. 97. Figura#31: Calculo Lecho de Secado. 98. xiii.

(14) Introducción. En Venezuela el uso de plantas de tratamiento para aguas residuales no es muy conocido, debido a que no se ha establecido un proceso y/o política educativa dirigida a la sociedad para su beneficio, dentro de todo ello. Es importante destacar que la prioridad de la planta, es difundir una cultura ambiental orientada a evitar la contaminación del agua en su disposición final, al ser estas aguas vertidas en los ríos, mares, lagos y en fin en efluentes naturales, lográndose de esta manera crear una matriz de opinión generalizada y compartida de salud ambiental.. En el caso del uso de las plantas de tratamiento para aguas residuales, adicional al importante hecho de ir sustituyendo el uso de sépticos y sumideros, su aplicación facilita la economía a largo plazo y al realizar dicha inversión los cambios ambientales van a ser notorios.. Dentro del diseño de la planta de tratamiento para viviendas unifamiliares, adicionalmente al objetivo ya expuesto de evitar la contaminación de los efluentes naturales, se presenta el considerar como un factor alternativo de este diseño, el tomar en cuenta un punto muy específico de estas aguas tratadas, como lo es su reutilización.. A este recurso natural renovable, en este proceso de tratamiento y adecuación para su disposición y empleo posterior, se le impone todo un sistema científico para modificar las características físico-químicas, biológicas. De esta manera debidamente integrada con los criterios establecidos en la normativa vigente, promover para esta planta toda la serie de procedimientos específicos que permitan su construcción adecuada para el objetivo funcional que se persigue y los. xiv.

(15) cuales serán desarrollados y explicados detalladamente dentro del contexto del presente trabajo de grado.. Una planta de tratamiento es en el sentido que se propone en este diseño, una estructura construida para tratar el agua residual antes de ser descargada al medio ambiente y/o también, para la reutilización debido a que los seres vivos no solo lo utilizan para vivir, sino que es esencial para el desarrollo industrial, agrícola de alimentos y lograr metas para un desarrollo económico sostenible de los pueblos del mundo.. Finalmente y a los efectos del presente aparte del trabajo, en forma detallada y en los capítulos siguientes se presenta el fundamento teórico del diseño, así como también todo el desarrollo dimensional que permita la construcción, pruebas y puesta en servicio de una planta de tratamiento de aguas residuales. Que cumpla con los objetivos de “Salud Ambiental” y/ o reutilización de esta agua tratadas para procesos agrícolas y agroindustriales relacionados con el cultivo y procesamiento de alimentos.. xv.

(16) ICAPÍTULO:. Problema de Investigación..

(17) 1.1). Formulación del Problema. ¿Cómo se puede implementar un sistema de tratamiento de aguas residuales en la urbanización “mis cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico, que cumpla con los aspectos de recolección, tratamiento y disposición final, establecidos en la normativa sanitaria y ambiental vigente; y que sea como complemento, accesible económicamente a la sociedad?. 1.2). Planteamiento del Problema. En todo el planeta, el agua es un elemento de fundamental para todo ser vivo, pero también de fácil contaminación, es por esto que su cuidado es nuestra responsabilidad. Una urbanización puede producir grandes cantidades de aguas residuales, lo cual traería como consecuencia no solo la contaminación de las aguas si no también enfermedades para los seres humanos. Es por esto, que se han creado diferentes tipos de plantas de tratamiento paras las aguas residuales o industriales de forma compacta, para que los usuarios se vean atraídos a ellas y aporten una ayuda tanto al planeta como a la sociedad, y así comenzar una nueva educación sobre la importancia de mantener nuestras fuentes naturales de aguas, limpias.. Las plantas o sistemas de tratamiento son un excelente mecanismo para el procesamiento de aguas residuales, por su practicidad en cuanto a su construcción, utilización de poco espacio y sencillez de operación y mantenimiento.. El agua es uno de los recursos indispensables, para la sobrevivencia tanto de la humanidad, como de la fauna y la flora, es por esto que se propone en el trabajo de grado, el diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para una 2.

(18) urbanización, con la finalidad de disminuir el impacto ambiental de contaminación que se tiene hoy en día en el país, con la disposición final inadecuada de estas aguas. La elaboración de este sistema tiene diversos aspectos que se deben tomar en cuenta en su diseño: primero el estudio de las normas que rigen la materia y que se deben cumplir en su realización, luego se debe enfocar en la teoría y como funciona cada uno de los componentes que integran la planta y por último los cálculos para hallar el dimensionamiento adecuado a los espacios existentes disponibles que tendrá el sistema.. Esta planta de tratamiento aportará nuevas iniciativas para la elaboración de sistemas y procesos ecológicos para las urbanizaciones, que ayuden a mejorar y cuidar nuestro ambiente y educar a la sociedad hacia el alcance de nuevas alternativas ecológicas que se pueden utilizar y estar a disposición de todos.. 1.3). Justificación del Problema. Este diseño traerá dos tipos de beneficios, primero es que las aguas en su disposición final puedan ser vertidas en ríos, mares, lagos dependiendo de su ubicación y con un grado de contaminación disminuido. También que puedan ser reutilizadas en actividades que no requieran el manejo de aguas potables estrictamente, como es el caso del riego en áreas verdes, limpieza de zonas recreativas como canchas de distintos usos, dentro de la urbanización.. Al modificarse las características físicas – químicas naturales de los ríos, lagos y mares por los desechos humanos, se ocasionan daños a los ecosistemas, así como también efectos contaminantes directos e indirectos sobre los organismos vivos y la salud del hombre.. 3.

(19) La planta de tratamiento de aguas residuales ayudará a resolver un problema de cultura ambientalista que se presenta en el país. El de no tener una iniciativa para evitar la contaminación de aguas y dar a la sociedad una educación ambiental, al enseñarles que existen alternativas ecológicas que pueden implementar en sus hogares todos los días. Esto tiene como objetivo final y primordial la salud pública, de las personas que están en contacto con las aguas no tratadas, que evidentemente contendrán bacterias y virus retenidas en ellas, se verán en riesgo de contraer enfermedades en algunos casos mortales.. 1.4). Objetivos. 1.4.1) Objetivo General: Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para la urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico, donde el agua en su disposición final será vertida en cauces naturales.. 1.4.2) Objetivos Específicos: . Determinar los procesos de aireación, sedimentación y. purificación del sistema de tratamiento residual de acuerdo. a la. calidad mínima exigida para las aguas vertidas en cursos naturales. . Determinar la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) del agua. al comienzo y la culminación del procedimiento del sistema. . Establecer el modo de empleo del oxigeno en el sistema de. tratamiento. . Calcular las dimensiones de los tanques de la planta de. tratamiento de aguas residuales domésticas. . Establecer normativas y modo de trabajo de los operadores. para el manejo de la planta de tratamiento de aguas residuales.. 4.

(20) . Indicar las operaciones de mantenimiento preventivo que necesita la. planta de Tratamiento durante todo su funcionamiento.. 1.5). Delimitación. Según Arias (1999), “La delimitación del problema significa indicar con precisión en la interrogante formulada: el espacio, el tiempo o periodo que será considerado en la investigación, y la población involucrada (si fuere el caso)”. 1.5.1) Delimitación Temática El diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales, está enmarcado en la investigación de un diseño que cumpla con los requisitos necesarios para el tratamiento de aguas servidas domésticas.. 1.5.2) Delimitación Geográfica El proyecto, utilizado como base para el diseño de la planta, se ha previsto en la Urbanización “Mis Cariños”, ubicado en Chaguaramas. Estado Guárico.. 1.5.3) Delimitación Temporal Este proyecto fue realizado durante un período de 10 meses, comenzando en Agosto 2011, culminando en mayo 2012. 5.

(21) CAPÍTULO II: Marco Teórico.

(22) 2.1) Antecedentes. Hoy en día las aguas residuales son un tema de importancia a nivel mundial, y su tratamiento es prioridad en muchos países para evitar la contaminación de los cauces. naturales.. Por. estas. razones,. existen. una. gran. diversidad. de. investigaciones, tesis, talleres, cursos, entre otros, para aplicar nuevas técnicas y soluciones a la contaminación y el deterioro de cuerpos de aguas receptoras.. En Venezuela se puede notar con facilidad la necesidad de nuevos mecanismos para el tratamiento de aguas residuales, no solo los ríos están en su mayoría contaminados, sino que estos al llegar al mar tienen como consecuencia la contaminación de esta fuente de agua y las playas aledañas a ellas.. Verónica la Corte, 04 de agosto del 2000, Universidad Católica Andrés Bello, Tesis de Grado, “Manual para la Selección de Plantas Compactas para el Tratamiento de Aguas Servidas en Desarrollos Urbanos”.. “Es importante determinar el nivel de tratamiento, el cual vendrá fundamentalmente definido por la normativa según el tipo de medio a utilizar para su descarga del efluente y por las exigencias del cliente, ya que puede surgir la necesidad de reutilización del agua residual tratada. Uno de los factores más importante en el diseño y desarrollo de la planta de tratamiento es su costo, tanto de diseño, construcción, entre otros como también la de operación y mantenimiento.”. Dentro del presente trabajo de grado a realizar, el aporte ofrecido por el referido “Manual para la Selección de Plantas Compactas para el Tratamiento de Aguas Servidas en Desarrollos Urbanos”, fue el de implementar nuevas técnicas. 7.

(23) para el desarrollo de una planta de tratamiento. De esta manera se irán elaborando y organizando esquemas de cada uno de los puntos que se deben tener en cuenta durante su ejecución, diagnósticos y pruebas de una planta de tratamiento para viviendas unifamiliares. También establece el manual el efecto que causa el uso de triturados de basura, en los hogares y cómo cambian las características del agua, ayudando de esta manera a tener un nuevo punto de investigación dentro del presente “Trabajo de Grado”.. Ing. Fernando Nuñez (2006) Curso de Diseño y Cálculo de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas Domésticas de una Urbanización, CaracasVenezuela, Colegio de Ingenieros de Venezuela.. “Para la depuración de las aguas servidas domésticas y de las aguas residuales industriales, se han desarrollado en el mundo, muchos procesos de depuración dentro de sistemas ampliamente conocidos, en relación con sus características fisco-químicas y biológicas, gastos y exigencias del grado de depuración a cumplir.”. Este curso fue realizado en Caracas-Venezuela, aporto importantes aspectos a la investigación, es una guía para que los ingenieros puedan proyectar, construir, mantener y evaluar plantas de tratamiento específicamente para aguas residuales domésticas. En este curso se dan las características, los tratamientos y los modelos de plantas que se pueden encontrar en el mercado, también menciona la Gaceta Oficial No.4.103 para el tratamiento requerido y del sistema para el tratamiento de las aguas residuales de origen doméstico e industrial.. 8.

(24) Ing. José Aranguren, caracas 12 de octubre 2009, Proyecto de Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, Conjunto Residencial Villas del Rey, Oripoto, Municipio El Hatillo, Estado Miranda.. “El presente proyecto corresponde al diseño del sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, como solución de la disposición y saneamiento de las aguas residuales domésticas que son generadas por el. conjunto residencial. ubicado en Villas del Rey, Oripoto.”. El proyecto ya mencionado, y dentro del diseño de plantas de tratamiento para aguas residuales, aportó gran información para el. presente “Trabajo de. Grado”, en aspectos como el cálculo y algunas definiciones básicas de cada propiedad de los componentes del sistema funcional dentro de una planta de tratamiento.. Algunos de ellos son: Sistema de Desbaste, Reactor Biológico,. Sedimentador Secundario, Cámara de Desinfección y Lecho de Secado.. Artículo de prensa, ENMANUEL SUBERZA 11 de julio 2011 Carlos Slim “Invierte en Obras para el Tratamiento de Aguas Negras”.. “En Venezuela no se ha empleado el funcionamiento de una planta de tratamiento tanto a nivel urbano como industrial, comercial, etc. La prioridad de este diseño es fomentar su uso para que ocasione un impacto ambiental favorable, se han realizado noticias relevantes de que en otros países como México ya están invirtiendo gran cantidad de dinero para recuperar el funcionamiento potable del agua, se realizará una planta de tratamiento que trabajara química y biológicamente en la recopilación de aguas residuales. En cuanto al impacto ecológico, con este proyecto, 60 por ciento de las aguas del Valle de México podrán ser saneadas,. 9.

(25) generará su propia energía eléctrica y aprovechará la extracción del metano de los lodos”.. El implementar un sistema de diseño para la desinfección de las aguas a ser vertidas o reutilizadas de una planta de tratamiento para viviendas unifamiliares, sería un aporte en nuestro país. Cambiaría y reorientaría la educación ambiental de Venezuela y llegaríamos a ser un país dedicado o en progreso al transcurso y protección ecológica de su salud ambiental. Sin embargo, para un país donde sus recursos energéticos relacionados con la producción de energía eléctrica, no estarían en el ámbito del aprovechamiento de el principio de la biomasa, este aporte sería un aspecto a considerar, o bien en casos muy específicos, o en el futuro a largo plazo de la producción de energía eléctrica.. Universidad Católica Andrés Bello, Tesis de Grado; Vladimir Arana Ysa, Diciembre 2009 .Diseño de Planta de Tratamiento de Aguas Negras.. “El poco aprovechamiento que realizan los efluentes de una planta de tratamiento, es una consideración importante para la disminución de costos y la preservación del agua. Las plantas de tratamiento de aguas residuales ofrecen una posibilidad, aspecto que usualmente es usado cuando hay muy poca disposición de agua”. Dentro del diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales, es fundamental considerar el aporte se brinda la utilización del agua proveniente de plantas de tratamiento. Le proporciona de manera cualitativa y cuantitativa a esa comunidad, el uso de estas aguas para procesos relacionados con el riego de áreas verdes y otras aplicaciones relacionadas con el principio de protección al ambiente.. 10.

(26) 2.2) Bases Teóricas 2.2.1) El Agua. “El agua es el compuesto químico que nos es más familiar, el más abundante y el de mayor significación para nuestra vida. Su excepcional importancia desde el punto de vista químico, reside en que la casi totalidad de los procesos químicos que ocurren en la naturaleza, no sólo en los organismos vivos, animales y vegetales, sino en la superficie. No organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en los laboratorios y en la industria, tienen lugar entre substancias disueltas en agua, esto es, en disolución acuosa.. El agua aunque no se considera alimento, su ingestión no genera calorías, es indispensable para la vida, pues aunque no se ingiera alimento alguno, un humano puede sobrevivir varias semanas, pero muere a los 5-10 días si es privado de agua. Las necesidades humanas de agua son de 2 a 5 litros diarios, entre la ingerida como tal y la incorporada en los alimentos.” (Cita: Manuel Gil Rodríguez; 2006; depuración de aguas residuales: modelización de lodos activos.). El agua de la tierra está siempre en un constante movimiento donde se recicla y purifica, este procedimiento es llamado ciclo de agua o también conocido como el ciclo hidrológico. Se dice que hay la misma cantidad de agua en la tierra ahora que cuando la tierra comenzó.. El ciclo incluye diferentes fases que son la precipitación, la evaporación, la condensación y la transpiración. Este proceso hace que el agua este cambiando del estado líquido, al sólido y al vapor, esto sucede a causa del calor que produce el sol y la gravedad que ejerce la tierra.. 11.

(27) Todos estos procesos que realiza el agua hacen que se distribuya de diferentes formas en el planeta y a pesar del enorme volumen de agua que existe en el planeta, solo el 3% es agua dulce. Esta distribución se conforma de la siguiente manera Océanos y mares (97%), Casquetes polares y glaciares (2%), Aguas subterráneas (0,75%), y Ríos y lagos (0,25%).. Por estas razones podemos decir que el agua dulce que se encuentra en el planeta es limitada y se tiene que conservar para evitar problemas futuros de escases, gracias a ella podemos beber, producir alimentos y tener un uso recreativo.. Figura#1: Ciclo Hidrológico (Fuente: http://geogeneral-unesr-bna.blogspot.com/). 12.

(28) 2.2.1.1) Composición del Agua. El agua es una sustancia química formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, y su composición química es la siguiente:. . Bicarbonato (HCO3 ) 295,3 (mg/l). . Sulfato (SO4 2 ) 43,0 (mg/l). . Cloruro (Cl ) 39,7 (mg/l). . Calcio (Ca 2+) 86,6 (mg/l). . Magnesio (Mg 2+) 23,3 (mg/l). . Sodio (Na +) 20,7 (mg/l). 2.2.1.2) Propiedades Físicas del Agua. “El agua pura es un líquido inodoro, insípido, transparente y prácticamente incoloro, pues sólo en grandes espesores presenta un tono débilmente azulverdoso. La densidad del agua aumenta anormalmente al elevar la temperatura de 0° a 4°C (exactamente 3,98°C), en que alcanza su valor máximo de 1 g/ml. Por encima o por debajo de esta temperatura, el agua se dilata y la intensidad disminuye.” (Cita: Manuel Gil Rodríguez; 2006; depuración de aguas residuales: modelización de lodos activos.) Las propiedades físicas del agua se presentan en el siguiente cuadro: P. Moléculas. 18,015. P. Congelación. 0,0 °C. P. Ebullición. 100,0 °C. Temp. Critica. 374 °C. 13.

(29) Pres. Critica. 218,4 atm. Cal. de Formación. -68,3 kcal. Cal. Fusión. 79,7 cal/g. Cal. Vapor a 20 °C. 585,5 cal/g. Cal. Vapor a 100 °C. 539,5 cal/g. Calor Especifico. 1,0 cal/g. Tabla#1: Propiedades físicas del agua (Fuente:http://www.atl.org.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=293:fisica&catid=72:cie ncias-naturales&Itemid=480). Las anomalías del comportamiento de la densidad del agua varían según la temperatura en que está expuesta y la asociación entre moléculas de agua permite los elevados puntos de fusión y de ebullición en el agua. Temp. °C. Densidad. Hielo 0. 0,917. Agua 0. 0,99987. 1. 0,99993. 3. 0,99999. 3,98. 1,00000. 6. 0,99999. 10. 0,99973. 15. 0,99913. 20. 0,99823. 100. 0,95838. Tabla#2: variación de la densidad del agua con diferentes temperaturas. (Fuente: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf). 14.

(30) Las aguas servidas domésticas contienen diferentes características físicas-químicas y biológicas presentes en ella:. . Físicas:. -. Color del agua.. -. Olor del agua.. -. Conductividad.. -. Específica.. -. Turbiedad.. -. Sólidos: estos pueden dividirse en dos sólidos suspendidos o no filtrables y los sólidos disueltos o filtrantes.. -. Temperatura: Medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia..  -. PH: Potencia de Hidrogeno.. Químicas: Materia Orgánica: contiene compuestos orgánicos tales como carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.. -. Materia Inorgánica: se encuentran los cloruros, sulfatos, nutriente, metales pesados, gases, residuos toxico, aceites y grasas.. -. Biológicas: cuando hay presencia de micro-organismos patógenos como los paratifoidea, Amibiasis, Hepatitis, Cholera, Leptospirosis, entre otros.. Es fundamental que el Ingeniero, químico, biólogo conozca bien las características de los diferentes microorganismos por su importancia en el procedimiento de purificación. Estos microorganismos son:. 15.

(31) . Bacterias. . Hongos. . Algas Protozoos. . Rotífero. . Crustáceos. . Virus. 2.2.1.3) Características de las Aguas Residuales. A las aguas residuales también conocidas como aguas servidas, fecales o cloacales; son aquellas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una población, que fueron alteradas por diversas actividades y usos.. También “Las aguas residuales se puede definir, considerando las fuentes de su generación, como la combinación de los desperdicios líquidos y los desperdicios acarreados por aguas que se remueven de residencias, instituciones y establecimientos comerciales e industriales junto con agua superficial, subterránea o de tormenta que pueda estar presente.” (Metcalf and Eddy, 1991) “.. Las aguas residuales domesticas están constituidas por un elevado porcentaje de agua (cerca del 99%) y un pequeño porcentaje de sólidos suspendidos (aproximadamente 0,1%). Aunque el porcentaje de los sólidos es pequeño es uno de los mayores problemas que se pueden presentar durante el tratamiento de las aguas.. 16.

(32) Mapa Conceptual #1: Agua Residual Domestica. (Fuente: http://www.mailxmail.com/curso-agua-calidad-contaminacion-2-2/aguas-residuales). Figura#2: Aguas Negras y Grises (Fuente: http://demaindeco.blogspot.com/2011/05/como-resolver-el-problema-de-las-aguas.html). 17.

(33) 2.2.2) Demanda Biológica de Oxigeno. Según el Ing. Fernando Nuñez, la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) es un parámetro indispensable para determinar la calidad del agua que se está utilizando o se desea verter en algún cauce natural. El DBO es una prueba para determinar la cantidad de materia susceptible a ser oxidada por microorganismos presentes en el agua.. El proceso para determinar el DBO varía según la temperatura, para obtener la Demanda Biológica de Oxigeno se lleva una muestra del efluente al laboratorio para un procedimiento experimental que durante cinco días se mantendrá la muestra con un aproximado de 20 °C, es por esto que se indica como. en la normativa. Este. se puede realizar al comienzo y final de la planta de tratamiento de aguas residuales, para verificar que el sistema este trabajando en perfectas condiciones y esté cumpliendo con las normativas. Los aparatos que se utilizan en el laboratorio son:.  Botellas de incubación para la DBO, de 250 a 300 ml de capacidad.  Incubadora de aire o baño de agua, controlada termostáticamente a 20 ± 1ºC (no se puede tener ninguna fuente luminosa). 18.

(34) Figura#3: incubadora de aire o baño de agua (Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-ifm/laboratory-bacterogical-incubator-106942580.html). Las. normativas y reglamento de cada país, se fijan valores de DBO. máximos que pueda contener el afluente para poder ser vertida a los cauces naturales. Estos valores también varían según el uso que se le dio al efluente, por ejemplo puede ser industrial, comercial, domestico, entre otros. En Venezuela para que un efluente de origen doméstico pueda ser vertido tiene que tener el. a 60. mg/l. (Gaceta Venezolana No. 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989). El diseño del sistema de tratamiento se basó en las características de aguas residuales. domésticas. establecidas. en. la Gaceta Venezolana. No.. 4103. Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989 donde indica que para el caso que ocupa este sistema la Demanda Biológica de Oxigeno es de 220 mg/l.. 2.2.3) Sistema de Tratamiento Seleccionado. Tras reuniones con el Ing. José Aranguren, la eficiencia de la separación de la materia en las aguas tiene diferentes procesos y tratamientos. El sistema de tratamiento seleccionado para el presente diseño de planta de tratamiento, fue la del tipo “Lodos Activos” en la modalidad de “Aeración Extendida”.. Las plantas de tratamiento que utilizan el método de “Lodos Activos” permiten una reducción del. y un 96% de los sólidos suspendidos en el agua,. al igual que una reducción considerable de los nitratos y nitritos en el agua. Este sistema permite que el afluente cumpla con la normativa ambiental y también la facilidad en su mantenimiento.. 19.

(35) Este diseño de planta de tratamiento para aguas residuales, se regirá bajo los siguientes parámetros:. PARAMETROS Tipo de Tratamiento Caudal de Diseño V reactor. EFLUENTE. NORMA. Lodos Activados en Aireación Extendida 1584. /d. 4,69. % de Material Volátil (e). 0,8. F/M. 0,124. DBO. 220 mg/l. 60 mg/l. Tabla#3: Parámetros del cálculo de la planta. (Fuente: propia datos arrojados en cálculo de la planta de tratamiento.). 2.2.4) Diagrama de Flujo. En la “Figura #4” se muestra el diagrama de flujo correspondiente al sistema de la “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” de tipo “Lodos Activos” en su modalidad de “Aireación Extendida” y está diseñada para un caudal medio de 1.584 /d. Según los diagramas de flujo del Ing. Fernando Nuñez, el presente diseño se divide por tanquilla de desbaste, reactor biológico, sedimentador, cámara de desinfección y lecho de secado. Se podrá observar la dirección de las aguas servidas y recirculación de los lodos activos.. 20.

(36) Figura#4: Diagrama de Flujo de la Planta de Tratamiento (Fuente: Propia, autoCad). 2.2.5) Descripción del Proceso de Tratamiento. Tras varias reuniones con el Ing. José Aranguren, este manifestó que las aguas servidas del Sector las Chaguaramas de la urbanización Mis Cariños, Edo. Guárico, llegarán hasta una rejilla de desbaste con la finalidad de que todos los objetos de gran tamaño o que no sean biodegradables, sean retenidos y luego eliminados como desechos sólidos, esto tiene como finalidad el evitar futuros problemas o daños en el sistema.. Luego de pasar por la rejilla de desbaste, esta agua va directo al Reactor Biológico en donde se aplicara aire por el fondo del tanque, mediante unidades de aireación o sopladores, después que el efluente cumple con el tiempo de retención determinado se conducirá a la siguiente etapa que es el Sedimentador. En esta fase 21.

(37) los lodos van a sedimentar al fondo de la tolva y ser bombeado de nuevo al reactor biológico mediante una Bomba Neumo Eyectora AirLift y el agua clarificada que queda en la superficie. Se enviará directo a la Cámara de Cloración, donde se va a suministrar una dilución de cloro o dióxido de cloro residual para lograr una desinfección del 95% aproximadamente y así cumplir con la normativa ambiental.. El lodo activo que se encuentra en el Reactor Biológico y cuando la materia orgánica se encuentre envejecida, será purgado para el lecho de secado para disponer de él como residuo sólido o abono.. Figura#5: diseño de planta de tratamiento (prototipo). (Fuente: Propia, autoCad). A continuación se describirá cada uno de las unidades que conforman la planta de tratamiento para aguas residuales:. 2.2.5.1) Sistema de Desbaste. El sistema de Desbaste consiste en unas rejillas paralelas para retener todo aquel material sólido de un tamaño considerable, que son arrastrados por las aguas. 22.

(38) residuales y que pueden causar problemas en el sistema. Estos objetos pueden ser madera, plástico, latas, desperdicios domésticos, entre otros.. El diseño de la rejilla fue realizado por el Ing. José Aranguren, donde están inclinadas a 60° con respecto al fondo y están compuestas por pletinas separas cada 30mm. Estas pletinas están colocadas contra la corriente y tendrán la suficiente fuerza para soportar los objetos que se queden entre ellas y a su vez mantener sus distancias sin deformaciones.. Las rejillas están diseñadas para que las personas de mantenimiento de la planta de tratamiento, puedan hacer una limpieza manual sencilla y de forma cómoda. Luego de su limpieza los residuos que se retiraron se dejaran reposar por un tiempo determinado por su condición de secado y luego llevados al lugar de disposición final.. Figura#6: Tanquilla de Desbaste. (Fuente: Propia, autoCad). 23.

(39) 2.2.5.2) Reactor Biológico. Para el Ing. Fernando Nuñez, nos informo que las etapa consiste en inyectar aire por la parte inferior de los tanques mediantes sopladores, esto con el fin de garantizar la mezcla entre el líquido y los lodos activos ya formados por el proceso y que comience la oxidación. Se debe tener una concentración de oxígeno disuelto de 2,0 mg/l dentro del proceso en el Reactor Biológico. Esta fase garantizará una reducción del 95% aproximadamente de la carga orgánica en el agua y niveles de DBO inferiores a los limites máximo establecidos por el Decreto 883 para su descarga en cauces naturales.. 24.

(40) Figura#7: Reactor Biológico. (Fuente: Propia, autoCad). Figura#8: Reactor Biológico Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores. 25.

(41) Figura#9: Reactor Biológico, sopladores vista sin agua recolectada. Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores. 2.2.5.3) Sedimentador Secundario. “La base del proceso de depuración de aguas residuales, tratamiento secundario, consiste en que una comunidad de microorganismos en el Reactor Biológico, asentados en flóculos, partículas que constituyen los lodos activos, asimilan aeróbicamente la materia orgánica del influente, produciendo nuevos microorganismos, compuestos inorgánicos y agotando la materia orgánica de las aguas. Los lodos activos se separan por sedimentación, retornando al reactor biológico su mayor parte, a fin de mantener alta la concentración de lodos en el Reactor Biológico.” (Cita: Manuel Gil Rodríguez; 2006; depuración de aguas residuales: modelización de lodos activos.). Como se indicó en párrafo previo, llega una mezcla entre el agua y los lodos generados en el “Reactor Biológico” y se realizará la separación física entre los. 26.

(42) lodos y el agua clarificada. Después el agua pasará a la “Cámara de Desinfección” y los lodos serán recirculados al “Reactor Biológico” o si hay un exceso de lodos se pasará al “Lecho de Secado”. Toda esta recirculación de los lodos activos se dará mediante una Bomba Neumo-eyectora tipo Air-Lift.. Figura#10: Sedimentador (Fuente: Propia, autoCad). Figura#11: Sedimentador (tolva) vista planta y frente. Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores. 27.

(43) Figura#12: Tolva (Fuente: Propia, autoCad). 2.2.5.4) Cámara de Desinfección (o Cloración). El agua residual, luego de haber pasado por las diferentes etapas para su limpieza, llega a su última fase, que consiste en la aplicación de un desinfectante para obtener un agua limpia exenta de bacterias y gérmenes patógenos, conforme al Decreto 883 de la Gaceta Oficial No.5.021 Extraordinario publicado el 11 de octubre de 1995.. “Un tiempo de contacto de 20 a 30 min (es deseable que sea de 1 a 2 h), con una dosis de cloro o de bióxido de cloro residual de 0,05 a 0,2 mg/l compactado en pastillas de baja peligrosidad. El tiempo de contacto y el cloro residual deben ajustarse según el contenido de nitrógeno en agua, la naturaleza del esterilizante utilizado y la aplicación eventual de una pre cloración” (Degremont, 1973, p.563). Las características de las pastillas de baja peligrosidad se describen como un producto químico desinfectante basado en cloro orgánico de lenta disolución, siendo efectivo para el control de algas, bacterias y hongos, contiene un agente estabilizante permitiendo que la luz solar no lo descomponga fácilmente. Su uso. 28.

(44) está recomendado para mantener un nivel estable de cloro, aprovechando la lenta solubilidad que tiene el producto.. Figura#13: Clorador (Fuente: Propia, autoCad). Figura#14: Cámara de Cloración vista planta. Fuente: Propia Planta de Tratamiento para Aguas Residuales Cooperativa Los Castores. 29.

(45) 2.2.5.5) Lecho de Secado. Antes de su disposición final los lodos deben deshidratarse, es por esto que se crea la Cámara de Secado o Lecho de Secado. El Ing. José Aranguren nos habla de que en esta fase los lodos extraídos del Sedimentador de la planta de tratamiento, se llevan para que configuren una masa seca de lodo con una concentración aproximada de 30% de sólido. Esto es para que pueda ser manejable y así disponer de ellos como residuos sólidos o como fertilizantes.. Figura#15: Lecho (Camara) de Secado. (Fuente: Propia, autoCad). 2.2.6) Decreto N°883. El decreto N°883 de la Gaceta Oficial Nº 5.021 Extraordinario publicado el 11 de octubre de 1995, establece las Normas Venezolanas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos, en este se establecen las normas para el control de calidad de los cuerpos de agua y los vertidos líquidos.. 30.

(46) En esta norma se da la Clasificación de las aguas por su uso, dando los parámetros y límites o rango máximo que deben cumplir para estar dentro de la normativa y puedan ser vertidas a cauces naturales, o ser reutilizadas como aguas blancas.. Por ejemplo tenemos las aguas Tipo 1 que son destinadas a uso. doméstico o industrial, Tipo 2 para uso agropecuario, entre otros.. La Sección III de esta norma (de las descargas a cuerpos de agua) establece el parámetro Físico-Químicos y los Límites Máximos de calidad de los vertidos que vayan a ser descargados en ríos, estuarios, lagos y embalses.. A continuación se describen los Parámetros y Condiciones que se deberán cumplir en la calidad del agua a la salida de la planta de tratamiento, para que pueda ser vertida en cauces naturales sin contaminarlas.. 2.2.6.1) Parámetros Físico-Químicos Aceites minerales e. 20 mg/l. hidrocarburos Aceites y grasas vegetales. 20 mg/l. y Animales. Alkil Mercurio. No detectable. Aldehídos. 2,0 mg /l. Aluminio. 5,0 mg/l. Arsénico. 0,5 mg/l. Bario. 5,0 mg/l. Cianuro. 0,2 mg/l. Cloruros. 1000 mg/l. 31.

(47) Cobalto. 0,5 mg/l. Cobre. 1,0 mg/l. Aluminio. 5,0 mg/l. Arsénico. 0,5 mg/l. Bario. 5,0 mg/l. Cianuro. 0,2 mg/l. Cloruros. 1000 mg/l. Cobalto. 0,5 mg/l. Cobre. 1,0 mg/l. Color real. 500 mg/l. Cromo. 2,0 mg/l. Demanda. Bioquímica. de. 60 mg/l. de. 350 mg/l. Oxígeno (DBO5, 20) Demanda. Química. Oxígeno (DQO) Detergentes. 2,0 mg/l. Dispersantes. 2,0 mg/l. Espuma. Ausente. Estaño. 5,0 mg/l. Fenoles. 0,5 mg/l. Fluoruros. 5,0 mg/l. Fósforo. total. (expresado. 10 mg/l. como fósforo) Hierro. 10 mg/l. Manganeso. 2,0 mg/l. Mercurio. 0,01 mg/l. Nitrógeno (expresado como. 40 mg/l. nitrógeno) Nitritos + Nitratos. 10 mg/l 6–9. PH. 32.

(48) Plata. 0,1 mg/l. Plomo. 0,5 mg/l. Selenio. 0,05 mg/l. Sólidos flotantes. Ausentes. Sólidos suspendidos. 80 mg/l. Sólidos sedimentables. 1,0 ml/l. Sulfatos. 1000 mg/l. Tabla#4: Parámetros Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su descarga final. (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-2010). Biocidas Órgano fosforados y. 0,25 mg/l. Carbonatos Órgano clorados. 0,05 mg/l. Tabla#5: Parámetros Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su descarga final. (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-2010). Radiactividad Actividad. α. 0, 1 Bq/l.. β. 1, 0 Bq/l.. máximo Actividad máximo. Tabla#6: Parámetro Físico-Químicos y Límites máximos de calidad para su descarga final. (Fuente: http://es.scribd.com/doc/35620506/DECRETO-883-2010). 33.

(49) 2.2.6.2) Parámetros Biológicos. Según el Ing. Fernando Nuñez y el Ing. José Aranguren, nos explica que estos parámetros definen como el número más probable de organismos coliformes totales no mayores de 1.000 por cada 100 ml, en el 90% de una serie de muestras consecutivas y en ningún caso será superior a 5.000 por cada 100 ml.. 2.2.7) Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 4.103 Extraordinario publicada el 2 de junio de 1989.. Esta Gaceta Oficial fue publicada el viernes 2 de junio de 1989, en ella se encuentra en el capítulo XI el tema sobre el tratamiento requerido y del sistema para el tratamiento de las aguas residuales de origen doméstico e industrial.. En esta gaceta se especifican aspectos importantes a considerar en el presente diseño de una planta de tratamiento, al igual que una serie de normas que se deben tener en cuenta para el desarrollo y buen cumplimiento del objetivo del proyecto. Alguna de estas normas establecidas es:. . Para la protección de los equipos y bombas dentro del proyecto de. esta planta de tratamiento, se debe proceder a instalar una cesta metálica removible o reja que pueda ser limpiada manualmente o mecánicamente, que estará ubicada al comienzo del sistema para su mantenimiento. Estas rejas deben ser colocadas con una inclinación de 30° a 45°. . Se deberá colocar grifos a presión para el suministro de agua para el. lavado y mantenimiento de los equipos y tanques de tratamiento. Se debe. 34.

(50) tener en cuenta que donde se ubique esta planta debe garantizar que no contamine el vertido final. . Todas las tuberías y canales que se utilizarán en la “Planta de. Tratamiento de Aguas Servidas”, deben ser diseñadas para que puedan conducir el máximo caudal de gasto previsto para el sistema. . Los lodos activos provenientes del “Tanque de Sedimentación”,. deberán ser sometidas a un proceso de digestión y secado, antes de su disposición final. . El líquido que se obtenga del lecho de secado de los lodos activos de. las aguas residuales, será recirculado otra vez a la planta de tratamiento por una unidad del sistema. . El efluente que se obtenga del sistema de tratamiento, debe ser. sometido a desinfección antes de ser vertido a cauces, este debe cumplir con los parámetros establecidos en el decreto N°883. . Los materiales que se utilizan para el diseño de la “Planta de. Tratamiento”, deben ser seleccionadas con gran cuidado, debido a la presencia de sulfuro de hidrógeno y otros gases corrosivos, de grasas, aceites, ácidos y otras sustancias que se encuentran o producen las aguas residuales. También se tiene que tener especial cuidado con la selección de la pintura y metales, para evitar aquellas que contengan plomo. . El Diseño debe ser destinado a usuarios comunes, por lo cual se. debe tratar que los equipos utilizados se puedan disponer fácilmente, al igual que las herramientas y accesorios necesarios para su operación y mantenimiento.. 35.

(51) 2.2.8) Urbanización. El modelo de la planta de sistema de tratamiento de aguas residuales, se realizará para funcionar y satisfacer las necesidades de la urbanización “Mis Cariños”, Chaguaramas, Estado Guárico.. Figura#16: Vista Satelital de la Ubicación del Terreno. (Fuente: http://maps.google.com/maps?hl=en&tab=wl). Esta urbanización está comprendida por 1064 viviendas de interés social,. 1 piscina de 70 M², 1 área de recreación, 5 canchas múltiples, 1 cancha de futbol profesional y 1 estadio de beisbol, entre otros.. 36.

(52) La planta de tratamiento de aguas residuales va a estar destinada únicamente para las casas unifamiliares, para su descontaminación y luego vertido final. Cada una de las viviendas cuentan con un área de 150 M² el cual incluye un estacionamiento para un carro, cocina, comedor, sala, 2 habitaciones y dos baños.. Figura#20: Estacionamiento y Planta Diseñados para cada Vivienda. (Fuente: Propia AutoCAD). La distribución de las viviendas dentro de la urbanización está establecida en 4 módulos, donde: . 1er Módulo: son 18 bloques de 16 casas en cada uno, para un. total de 288 casas. . 2do Módulo: son 18 bloques de 16 casas en cada uno, para un. total de 288 casas. . 3er Módulo: son 15 bloques de 16 casas en cada uno, para un. total de 240 casas.. 37.

(53) . 4to Módulo: son 15 bloques de 16 casas en cada uno, para un. total de 240 casas.. Esta distribución tendrá un total de 1056 viviendas y con una dotación aproximada de 1500 Lts/día según La Gaceta Venezolana No. 4103 Extraordinaria publicado el 2 de junio de 1989, donde especifica la dotación de. agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares. Es importante destacar que la planta de tratamiento se va a ubicar a 210 mts aproximadamente del 3er Modulo, ya que la pendiente esta inclinada hacia esa parte del terreno y es el sector más bajo de la urbanización, permitiendo que el agua residual fluya de forma natural hacia la misma.. Figura#17: Distribución de los Módulos a Construir. (Fuente: Propia AutoCAD). 38.

(54) Figura#18: Ubicación de la Planta de Tratamiento (Fuente: Propia AutoCAD). 2.2.9) Posibles Problemas. En la Planta de Tratamiento se pueden presentar condiciones desfavorables durante su operación, cuya solución es sencilla y rápida según los Ing. Fernando Nuñez y el Ing. José Aranguren. En forma general la posible problemática se puede dividir en 2 categorías:. 39.

(55) 2.2.9.1) Las Inherentes al Sistema Biológico 2.2.9.1.1) Alzamiento de Lodos. En una operación normal del sistema, los sólidos suspendidos en la mezcla, biomasa o lodos activos, son llevados al tanque “Sedimentador” secundario, Estos lodos tienden a formar flóculos en el “Sedimentador” hacia el fondo de los mismos, mientras que el líquido clarificado sale por los vertederos hacia el “Tanque de Cloración”. El lodo sedimentado es bombeado de nuevo al reactor activo y así se produce un ciclo entre los dos tanques.. En ciertas ocasiones este lodo no sedimenta con facilidad, produciendo un mayor volumen del mismo y ocasionando una disminución de su densidad. Esto es debido a que no se puede mantener una buena circulación del mismo y bajo estas condiciones, el lodo activo suele llenar los sedimentadores e inclusive puede llegar a salir por los vertederos del sistema, aumentando la Demanda Biológica de Oxigeno del afluente.. Este fenómeno recibe el nombre de “Abultamiento de Lodos”. Este problema puede ocurrir por varias causas, entre las cuales se citan las siguientes: aparición de organismos filamentosos del tipo Sphaerotilus Natas, que disminuyen la densidad del lodo, septicidas del líquido crudo, cargas orgánicas elevadas, excesivo contenido de materia orgánica, entre otros. Otras causas pueden estar referidas directamente hacia el liquido operacional, siendo las más relevantes: aireación excesiva, aireación deficiente, mezcla baja, corto circuito en el tanque de aireación, tiempos de retención altos y de nitrificación del liquido.. 40.

(56) Entre las diferentes medidas que puede tomar el operador, para eliminar el abultamiento de los lodos, se tienen las siguientes: 1) Incremento del suministro del aire. 2) Aumentar el caudal de recirculación. 3) Cloración del lodo de recirculación con dosis de 1,00 a 2,00 ppm, basándose en el volumen de este y con dosis de 0,3 a 0,6 ppm sobre la base de sólidos secos.. 2.2.9.1.2) Alzamiento de Lodo. Este fenómeno es contrario al caso anterior, donde se manifiesta un levantamiento de los lodos por pedazos y no por un manto completo.. Estos. pedazos de lodos pueden variar entre 5cm hasta 35cm con formas esferoides.. La aparición de este problema, no implica que toda la masa de lodos activos tenga malas características de asentamiento. La causa de este fenómeno se debe a la nitrificación del líquido. Esto quiere decir que los nitritos son convertidos en gas nitrógeno y sus burbujas son atrapadas en la masa de los lodos de desecho llegando al punto de hacer subir la misma.. Este problema puede solucionarse tomando las siguientes medidas:. 1) Incrementar el caudal de recirculación. 2) Disminuir el tiempo de retención celular al incrementar el caudal de lodos de desecho. 3) Disminuir el suministro de aire.. 41.

(57) 2.2.9.1.3) Aparición de Espuma en los Tanques de Aireación y Sedimentación.. Los líquidos cloacales presentan generalmente en su constitución sustancias como detergente, jabón, entre otros. Estos componentes producen espuma durante el proceso de aireación, este problema de espuma es máximo durante el arranque y puesta de marcha de la planta.. Si la concentración de los sólidos suspendidos en el reactor es elevada, el problema disminuye.. 2.2.9.2) Las Inherentes al Sistema Biológico. Según el Ing. José Aranguren, nos informa que a través de la practica y la experiencia del operador, este podrá percatarse del buen funcionamiento de la planta de tratamiento de una manera cualitativa, es decir, que al observar los diferentes líquidos y lodos involucrados en el sistema se forma una idea bastante clara del funcionamiento y su estado.. El líquido presente en los tanques de aireación, puede presentarse con coloraciones variables, Cuando el sistema apenas se ha arrancado, el color será marrón claro, a medida que transcurre el tiempo se vuelve un color más oscuro.. Los lodos de recirculación que provienen del tanque “Sedimentador” son marrones y de aspecto floculante que significa que los sólidos en suspensión pueden provocar precipitación en el afluente; si esta coloración se hace muy oscura. 42.

(58) por ejemplo gris, significa indicios de condiciones sépticas en los mismos. Si es lo contrario y el color de los lodos es más claro que lo usual, hay indicios de poca aireación en los tanques o baja concentración de bacterias.. El lodo activo en buenas condiciones presenta un olor totalmente inofensivo pero si ocurre lo contrario se presentan condiciones sépticas, para lo cual la solución es muy sencilla, y en este caso el operador solo debe mezclar con líquido fresco el lodo del sistema.. El líquido tratado que sale del tanque “Sedimentador” debe presentar una turbiedad muy baja, casi transparente y prácticamente sin olor.. 2.2.10) Variable de Operación. Tomando en consideración las características físico-químicas del efluente y lo expuesto por el Ing. José Aranguren, el proceso de tratamiento de la planta es de “Lodos Activados” en la modalidad de “Aireación Extendida”, y para ello se consideran las siguientes variables de operación:. 2.2 .10.1) Tratamiento biológico. El factor de carga de la planta, se refiere principalmente a la calidad del material orgánico que entra al “Reactor Biológico”, dividido entre la cantidad de bacterias presentes en el reactor. Comúnmente llamado relación F/M. su determinación se realiza de la siguiente forma:. 43.

(59) F= Caudal en m³/día multiplicado por la DBO medida a la entrada del reactor, en kg/día.. M= concentración de sólidos suspendidos Volátiles en Kg/m³ multiplicada por el volumen del reactor en m³. En caso de no contar con el valor de sólidos suspendidos volátiles se podrá utilizar el valor de los sólidos suspendidos totales y multiplicados por 0,8.. Mantener este valor a través del tiempo, es la clave de operación de la planta. Las únicas variables que presenta dicho valor, son la DBO de entrada al reactor y la concentración de los sólidos suspendidos volátiles en el reactor. Dado que la DBO de entrada no puede ser controlada, la única variable de control es la concentración de sólidos suspendidos volátiles en el reactor o en su defecto los sólidos suspendidos totales, multiplicados por 0,8.. La cantidad de masa o de lodos activados que deben existir en todo el sistema debe ser lo más cercano posible al valor de diseño, sin embargo esta cantidad no debe superar el límite para el cual se desmejoren las características de la sedimentación de mismo, ni tampoco producir una caída sensible en el nivel de oxigeno disuelto en el tanque de aireación.. El valor de diseño de los sólidos suspendidos esta en un rango de operación entre 3.000 y 6.000 mg/l (3-6 Kg/m³). Sin embargo el valor de operación óptimo debe ser determinado por el profesional encargado de controlar estos parámetros, ya que su valor óptimo es función de la DBO de salida y de la sedimentabilidad de los lodos.. 44.

(60) La carga hidráulica (caudal) influye en la concentración de sólidos, pero también es importante, en el sentido que una sobrecarga puede producir un desbalance del flujo durante la operación. Esta sobrecarga, también puede deberse a que la rata de flujo excede la capacidad hidráulica optima del “Sedimentador”, cuando existe lodo presente. El operador debe vigilar que la carga hidráulica que recibe el “Sedimentador” sea regular, puesto que las variaciones de este pueden provocar la formación de corrientes o remolinos que pueden elevar el lodo a la superficie.. La rata de recirculación (reactor – sedimentador) contribuye a una mayor o menor concentración de bacterias depuradoras. Además garantiza la re-aireación de los lodos y evita, por los movimientos a que se ven sometidos, un aumento de su volumen en el “Sedimentador”. Si este aumento se produce, puede originarse el “abultamiento” de los lodos (estos se desbordan del sedimentador) o el alzamiento de los mismos (se levantan por pedazos).. Otro parámetro operacional importante es el oxigeno disuelto, se refiere a la concentración de oxigeno disuelto en el reactor biológico. Esto es controlable por el operador. El aumento y descenso del mismo se mide por la concentración de oxigeno disuelto (OD).. En un proceso aeróbico la concentración del oxigeno disuelto es deseable mantenerla continuamente en valores cercanos y mayores a 2 mg/l OD.. El valor de OD es función de los siguientes parámetros: -. Tiempo o período de retención del lodo en el Reactor- Sedimentador.. -. Concentración de características del lodo.. -. Tiempo de aireación.. 45.

(61) -. Carga orgánica e hidráulica.. El parámetro “Tiempo de retención de los lodos”, depende por una parte de la velocidad de sedimentación de las partículas en suspensión y por otra parte la extracción de los lodos sedimentados que deben recircularse a la unidad de aireación. Este lodo debe recircularse lo más rápido posible, ya que puede ocurrir en el “Sedimentador” una anaerobiosis o fermentación del lodo.. El tipo de lodo está directamente relacionado con el mayor o menor oxigeno disuelto en el medio. Para un lodo joven el OD disminuye y, para uno viejo, aumentará sobre lo normal.. En cuanto a la aireación, es necesario que esta produzca turbulencia, pues así se garantiza un alto grado de transferencia de oxigeno para mantener los organismos en contacto con la materia orgánica y en movimiento, para evitar su asentamiento. Además es un hecho que la disminución de oxigeno disuelto, puede traer como consecuencia la formación de microorganismos no deseables.. Informaciones suministradas por los Ing. Aranguren y Un;ez, la carga orgánica e hidráulica produce también sus efectos. Al exigir variaciones en la carga, varía el oxigeno disuelto en el reactor, aunque el flujo no varíe y si la concentración de la carga orgánica aumenta disminuye el oxigeno disuelto.. Otros factores que influyen en la estabilidad del proceso son: Factores. Efectos. pH. Entre 6 y 7.4 se considera neutro para los efectos de una. 46.