Memoria de cálculo y memoria descriptiva - Planta de aguas residuales

5/13/2018 Memoria de c lculo y memoria descriptiva - Planta de aguas residuales - slidepdf.com

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P L A N T A C O M P A C T A D E T R A T A M IE N T O D E

A G U A S R ES ID UA L E S D OM E S T IC A S

MODELO ILF-SK

MEMORIA DESCRIPTIVA,

MEMORIA DE CALCULO,

CORPORACION PETROLERA S.A.C.

DIV. INGENIERIA Y PROYECTOS



MEMORIA

DESCRIPTIVA



MEMORIA DESCRIPTIVA

PLANTA DE TRATAM IENTO DE AGUAS RES IDUALES

DOMEST ICAS

1. CAUDAD DEL AGUA RESIDUAL CRUDA: AFLUENTE

• S6lidos Totales Suspendidos (SS)

• Fijos (SSF)

• Volatiles (SSV)

25 0 mg/L

50 mg/L

20 0 mg/L

• Demanda bioquimica de oxigeno

DB05 25 0 mg/L

92 x 105

NMP / IOO ml.Coliformes Termotolerantes

2. CALIDAD PROYECTADA DEL AGUA RESIDUAL TRATADA:

EFLUENTE

• Demanda bioquimica de oxigeno DB05 15 mg/L

• Coliformes Termotolerantes Menor 102NMP / 1 0 0 rnl

• S6lidos en suspensi6n... . . . . .. . . . . . .. . . .. . . .. . .. . . . . . . . . . 20 mgfL



SISTEMA DE TRA TAMIENTO

• PROCESO BIOLOGICO : Aerobio

• TIPO DE PROCESO Fangos Activados

• CARACTERISTICAS OPERA TIVAS :

Modelo de flujo: Mezcla completa

Modificaci6n del proceso Aireacion extendida

Sistema de aireacion Difusores de microburbuja

DESCRIPCION DEL PROCESO

1. DESBASTE

Permite la retenci6n de s6Iidos mayo res

La operaci6n se realiza en una camara de rejas

2. ECUALIZACION

Tiene por objeto:

Recolectar y almacenar el agua residual durante un tiempo detenninado

Homogenizaci6n de las caracteristicas de calidad del agua residual.

Absorber los flujos maximos y mantener un caudal fijo y constante para

las posteriores operaciones.

3. BOMBEO

Tiene por objeto transferir el agua residual desde el tanque de ecualizaci6n al

reactor biol6gico.

La operacion se realiza mediante dos electrobombas de trabajo alternado y a

caudal regulado por un sistema de retorno y valvulas,

La eleccion de la potencia de las bombas se realiza con un margen de seguridad

mayor a 10calculado.



4. MEDICION DE CAUDAL

Sirve para medir y regular el caudal de alimentacion del agua residual cruda al

reactor biologico.

La operacion se realiza mediante un vertedero triangular regulado por el sistema

de valvulas y retorno proveniente del bombeo.

5. BIODIGESTION

Tiene por finalidad Ia eliminaci6n de la carga organic a del agua residual

mediante la:

Reducci6n de la dernanda bicquimica de oxigeno: DB05

Coagulacion de Loss61idos organicos coloidales no sedimentables.

Estabilizacion de la materia organica.

En el reactor biologico, el agua residual se somete a una mezcla completa por

medio de la difusi6n de aire prolongado, de tal manera que el oxigeno molecular

tenga el maximo contacto con el liquido para garantizar el desarrollo de las

bacterias.

La producci6n de la masa activada de microorganismos causa la descomposici6n

de la materia organica. La masa biologica producida es separada y recirculada en

un porcentaje adecuado, a la camara de aireacion con la finalidad de enriquecer

la activacion de Lamasa y maxirnizar su desarrollo.

Se realiza la purga de lodos cada cierto tiempo para mantener estable el proceso.

La presencia de los microorganisrnos en la camara de aireacion se mide por el

contenido de los s6lidos suspendidos volatiles en el liquido de mezcla

(SSVLM), y su permanencia mediante el tiempo de residencia celular (sc).

La duracion del proceso 1 0 detennina el tiempo de residencia hidraulica (s).

AlREACION

Se realiza mediante difusores de microburbujas de aire adecuadamente

distribuidos en el reactor. La inyecci6n se resalia mediante una bomba Air-Jet

para el ingreso de aire para el proceso de degradaci6n bio16gica.

La elecci6n del volumen total del bioreactor es mayor al volumen util calculado

en el disefio, para garantizar un margen de seguridad.



6. SEDIMENTACION

Permite la separacion por gravedad de los solidos suspendidos generados y

desestabilizados durante el proceso de digestion aerobia.

Una parte de los lodes precipitados es recirculado a la carnara de aireaci6n y el

resto se purga para su disposici6n en la cancha de percolaci6n y secado de lodos.

El agua c1arificada se descarga por rebose.

El sedimentador posee dispositivos de recolecci6n de residuos flotantes.

7. DESINFECCION

Permite la eliminaci6n de microorganismos pat6genos por la acci6n

desinfectante del cloro.

Se utiliza una carnara de contacto de suficiente capacidad como para perm.itir un

tiempo adecuado para la elirninaci6n del 99.9 % de los pat6genos.

La dosis optima de hipoclorito de calcio (HTH) es de 10 rng/L, para un tiempo

de contacto de 15 a 30 minutos.

8. DISPOSICION DE LAS AGUAS TRATADASLas aguas residuales tratadas se pueden disponer:

En cursos de agua: Rios

En el mar.

En zanjas de percolaci6n



MEMORIA,

DE CALCULO



MEMORJA DE CALCULO

DISENO DE PROCESO

PLANTA DE TRATAM IENTO DE AGUAS RES IDUALES

DOMEST ICAS

BASES DE DISENO

• CAUDAL OE OISENO: Q

Q = 5 m" / dia

• CARGA ORGANICA : OB05

Afluente : 250 mg/L de OB05

Efluente 15 mg/L de OB05

• OOT ACION 125 Llhab-dia

• POBLACION : 40 hab.

OPERACIONES Y PROCESOS

1.~ DESBASTE : CAMARA DE REJAS

• Tipo : Rejas de barras

• Lirnpieza: Manual

• Caracteristicas:

0 Tamafio de las barras

Ancho: 1.0 em

Altura: 2.5 em

0 Separacion 2.5 em

0 Inclinaci6n respecto a

la vertical: 30°

0 Velocidad de Aproximaci6n: 0.45 mls

0 Perdida de carga admisible: 15 em



• C1ilcul0 de la perdida de carga cuando la rejilla esta Iimpia: h

h=B(W/b)hv.sene

Donde:

h = Perdida de carga en metros (m)

B = Factor de forma de la barra

W =Anchura maxima transversal de las barras en la direccion de la

corriente, en metros (m).

b = separaci6n minima entre barras, en metros (m)

hv = Altura cinetica del flujo que se aproxima a la reja, en metros (m)

e = Angulo de la reja con respecto a la horizontal.

Obtenci6n de Datos:

B = 2.42 (de las tablas correspondientes)

W=l.Ocm =O.Olm

b = 2.5 em =: 0.025 m

e = 60°

Detenninado el valor de (hv):

Para un caudal Q=:

5 mvdia yUna velocidad de aproximaci6n de v =0.45 mls ;

Se tiene:

hv = 0.018 m

Por 10 tanto:

h = 2.42 (0.01/0.025) 0.018 xl

h=0.0174m

h= 1.74cm

• Perdida de carga considerando e1 50% del area obstruida: ho

Se tiene que:

hv =0.OI8/f

Donde:

f =Factor de carga

f= 0.5

Luego

hv =: 0.0181 0.5

/

D



hv = 0.036

En consecuencia la perdida de carga sera:

ho = 2.42 (0.01/0.025) 0.036 x 1

ho = 0.035 m

ho = 3.5 em

2· TANQUE DE ECUALIZACION

• Caudal de tratamiento: Q

Q = 5 m3/dia

Q = 0.21 m3/hora

• Capacidad de almacenamiento: 10 horas de retencion

Volumen del tanque: V

V=0.21 x 10=2.1 m3

Volumen uti! = 2.1m3

Volumen total = 2.5 m3

3. BOMBA DE TRANSFERENCIA

• Calculo de la potencia : HP

Q =5 m3/dia

Q = 0.92 GPM (galones por minuto)

Carga dinamica total: H

H = 45 pies de columna de agua

Rendimiento : n

n: 60% = 0.6

d=l

HP = Q > I< H > I< d I 3960 > I< n

HP = 0.92 X 45 X 1 13960 X 0.6

HP =0.02

Potencia seleccionada = 0.5 HP



4. MEDIDOR DE CAUDAL:

VERTEDERO TRIANGULAR

• Calculo de la altura de la desearga: ho

Utilizando la siguiente relaei6n:

0.31 ho 5/ 2 (2 g) 1/ 2

Q - --------------------------------

Tang 0

Donde:

Q =5.787 X 10 -5 m 3/s

G = 9.81 (aceleracion de la gravedad)

0= 45°

Luego:

ho = 0.023 mho = 2.3 em

5. DISENO DEL REACTOR BIOLOGICO

• Clase de tratamiento biol6gieo: Aerobio

• Tipo de tratamiento aerobio: Lodos aetivados

• Caraeteristieas operativas:

Modelo de flujo: Conveneional - mezc1a completa

Sistema de aireacion: Aireaci6n prolongada

)

CONST ANTES CINETICAS

Ko = Tasa especifica de crecimiento

Ko = 0.45 hr-I = 10.8 dia-I

Km =Constante de saturacion del sustrato

Km = 60 mg DB05 IL

Y =Rendimiento

Y =0.67 mg SSVLM I mg DB05

Kd = Constante de dec1inaci6n

Kd =0.040 dia-l

SSVLM = S6lidos suspendidos volatiles en el Iiquido mezcla.



So

So

8c

8c

X

X

Xr

Xr

v

8

Qr

R

Qw =

Px

02

}

PARAMETROS BIOLOGICOS DE DISENO

Concentraci6n de DB05 en el afluente

250 mg/L

Tiempo de residencia celular

30 dias

S6lidos suspendidos volatiles en elliquido mezcla: SSVLM

3000 mgfL

S6lidos suspendidos volatiles en el retorno

6500 mgfL

Volumen del reactor

Tiempo de residencia hidraulica

Caudal de retorno

Relacion de recirculaci6n

Caudal de purga

Producci6n de lodos

Oxigeno necesario



RANGOS DE FACTORES DE DISENO

U =Carga rnasica:

U =Relacion alimento I Microorganismo

U =O .O S ~ O .lS Kg DB05 I Kg SSVLM - d ia

8e =Tiempo de residencia celular:

8e = 20 - 30 d f as8 :::Tiempo de resideneia hidraullca

8 = 18 - 36 horasConcentraci6n en el reactor: SSVLM

SSVLM = 3000 - 6000 rng/L

Carga volumetrica = 0.16 - 0.4 Kg DB05/m3

Relacion de recirculacion: R

R = 0.75 - 1.50

DBOS

= 0.7 DBOl =DBO total en el tiempo t = 0

DBOL

SSVLM

= 0.9

SSLM



VARIABLES DE DISENO

1. Calculo de Ia DB05 soluble en el efluente: S

2. Calculo del volumen del reactor : V

3. Calculo del tiempo de residencia hidraulica : 8

4. Calculo de la relacion de recirculacion : R

5. Calculo de la producci6n de fango =PX

6. Calculo de la purga de fango: Qw

7. Calculo de la necesidad de oxigeno: 02

8 . Calculo del volumen del aire.

)



5.1 CALCULO DE LA DBO~ SOLUBLE EN EL EFLUENTE:

S : Es la concentracion de la DB05 soluble no degradado biologicamente y

por 1 0 tanto que aparece en el efluente.

S= Km ( 1+ kd . 8c)

8c ( Ko - kd) - 1

S = 60 ( 1 + 0.04 x 30)

30(10.8--0.04) -1

S = 0.41 mg/L

5.2 CALCULO DEL VOLUMEN DEL REACTOR: V

v = 8c * 0 * y ( So ~ S )

X ( 1 + kd . 8c)

v = 30 x 5 x 0.67 ( 250 - 0.41 )

3000 ( 1 + 0.04 x 30 )

V = 4.55 mJ

Luego:

Volumen util del reactor =4.55 m'

Volumen total del reactor = 5.5 m'

5.3 CALCULO DEL TIEMPO DE RESIDENCIA HIDRAULICA: 9

e =V / Q

e = 4.55 / 5

e = 0.91 dfas9 = 21.8 horas



5.4 CA.LCULO DE LA RELACION DE RECIRCULACION : R

R= 1 - 8 /8c

X r / X - 1

R= 1 -( 18.24/ C30x24))

( 6500 / 3000) - 1

R= 0.84

Como R =Qr / Q -7 Qr = R * Q

Qr=O.835x5

Qr =4.2 m3/dfa

Qr = 0.175 mvhora

5.5 CALCULO DE LA PRODUCCION DE FANGO: Px

Px =Y .obs. Q (So ~ S ) 10-3

Y

y. obs =

1 + K *. 8c

0.67

Y. obs =

1+ 0.04 x 30

y. obs = 0.30

Luego:

Px =0.3 x 5 (250 - 0.41 ) 10-3

Px = 0.375 kg. SSV / dia

La mas a total como solidos suspendidos totales es:

Px = 0.375 / 0.90

Px = 0.416 kg de SST / dia

Px = 0.017 kg de SST / hora



5.6 CALCULO DE LA PURGA DE FANGO: Ow

a) Purga a partir del reactor:

Qw=V lee

Qw = 4.55/30

Ow = 0.152 m3/ dia

Qw ;:::;0.0063 m 31 hora

b) Purga a partir de la linea de recirculaci6n:

Qw= X*V

Xr* eeQw = 3000 X 4.55

6500 X 0.9 X 30

Ow;:::; 0.0778 m3/ dia

Qw ;:::;0.0032 m 3 1 hora

5.7 CALCULO DE LA NECESIDAD DE OxiGENO: 02

Kg. De 02 I dia = Q (So - S ) 10-3 - 1.42 (Px)

f

f= DBOi = 0.7

DBOL

Kg de 02 = 1 dia 5 (250-0.41) 10 -3 -1.42 xOA16

0.7

O2 = 2.26 Kg I dia



5.8 CALCULO DEL VOLUMEN DE AIRE

Necesidad de oxigeno : 2.26 kg/db

Peso especifico del aire: 0.0012 kg/dm?

Composici6n del aire: 23.2% de 02 en peso

Luego:

2.26

Volumen de aire =

0.0012 x 0.232 x 1000

Volumen de aire = 8.12 mvdia

Eficiencia de la transferencia de oxigeno: 10 %

Luego:

Necesidad de aire = 8.12/0.10

Necesidad de aire = 81.2 m3/ dia

Necesidad de aire = 3.38 rrr' / hora

Necesidad de aire =4.94 PCM

}



COMPROBACION OE PARA METROS

• CARGA MAsICA: U

U = dF / d t

u= (250 - 0.41) 5 x 10.3

3000 X 4.55 X 10-3

U::: 0.091 kg. De OB05 / kg de SSVLM - dia

• CARGA VOLUMETRICA: Cv

Cv = ( 250 - 15) 5 x 10.3

4.55

Cv = 0.258 kg. De OB05 / rn?

• EDAD DE LODOS: ec

1/ ec=y * U - Kd

11ec= (0.67 x 0.091) - 0.04

9c = 47.68 dias



RESUMEN

• Caudal de disefio : 5 m' I dia

• Volumen del reactor : 4.55 rn" (volumen util)

• Volumen total del tanque : 5.50 rrr'

• Oimensiones del tanque : Largo: 2.0 m

Ancho: 1.6 m

Altura: 1.8 m

• Periodo de retenci6n : 21.8 horas

• Carga rnasica : 0.091 kg OB051 kg SSVLM - dia

• Carga volumetrica : 0258 kg OB05/m3- dia

• Requerimiento de 02 : 2,26 kg I dia

• Requerimiento de aire : 81.2 m' I dia

3.38 m31 hora

4.94 PCM

• Edad de lodos : 47.68 dlas

• Tasa de recirculaci6n : 83.5 %

. l



6. DISENO DEL TANQUE DE SEDIMENTACION

PARAMETROS DE DISENO.

• Caudal de disefio: Q = 5 m' I dia

Q = 0.208 m? I hora

• Carga de superficie : Vs = 1.16 rrr' I m' . hora

• Tiempo de retencion : t = 1.5 horas

6.1 CALCULO DEL AREA SUPERFICIAL DEL SEDIMENTADOR

Q=A*Vs -7 A=Q/Vs

Donde:

A = 0.208 I 1 .16

A = 0.18 m2

6.2 CALCULO DE LA ALTURA DEL SEDIMENTADOR

Vs=H/t -7 H=Vs. T

H = 1.16 x 1,5

H = 1,74 m (Util)

H = 1.80 m (Total)

6.3 CALCULO DE VOLUMEN DEL SEDIMENTADOR

V=AXH

V =0.18 X 1.80

V = 0.32 m3

6.4 CALCULO DE LA CARGA DE SOLIDOS

Se tiene que:

SSVLM = 0.9

SSLM

Donde:

SSVLM = Solidos suspendidos volatiles en el Liquido mezcla

SSLM = Solidos suspendidos en el Iiquido mezcla

Luego:

SSLM = 3000 I 0.9

SSLM = 3333.33 MG / l



Carga de solidos = SSLM x Vs 11000

Carga de solidos = 3333.33 x 1.16

1000

Carga de s6lidos = 3.87 kg I m' . hora

7. CAMARA DE CONTACTO DE CLORO.

7.1 VOLUMEN DEL TANQUE:

Para Q =0.208 m31 hr

Capacidad de almacenamiento: 1 hora

Volumen = 0.208 x 1

Capacidad minima: 0.21 m3

7.2 DESINFECCION

• Desinfectante: Hipoc1orito de calcio (HTH)

• Composicion : 70 % de cloro activo

• Solucion: al 1% en peso

• Dosis optima: 10 mglL

• Tiempo de contacto : 15 - 30 ininutos

• Cloro residual esperada: 0.2 a 0.5 mglL

7.3 CAPACIDAD DEL DOSIFICADOR DE CLORO

Equipo : Bomba dosificadora de diafragma

C = Q . D 11000

Donde:

C =Capacidad en Kg/dia

Q =Caudal maximo, mvdla

D =Dosis de cloro

Luego:

C =5 x 10 I 1000

C =0.05 kg.ldia



7.4 CONSUMO DE CLORO (HTH)

Consume =0.05 x 100/70

Consumo = 0.07 kg/dia

Soluci6n al 1 %

Volumen =0.70 x 0.07/ 0.01

Volumen de la soluci6n de HTH al 1% :

Volumen de solucion de HTH all % = = 5 Litros / dta



EFICIENCIA DEL PROCESO DE TRA TAMIENTO

. I

PARAMETRO EFICIENCIA

DBOs SOLUBLE (s) 99.84%

DBO) total 94.00 %

Coliformes 99.90 %

Termoto 1erantes

Solidos totales en suspensi6n 99.90 %

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