2. factibilidad tcnica memoria descriptiva y de calculo funcional ptar

Transcripción

SERVICIOS DE INGENIERÍA APLICADA S.A. DE C.V.
CALLE SUCHIATE No. 1
TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS
FRACC. LOS LAURELES
TEL. Y FAX: (961) 61-5-56-92
PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES
PROYECTO P.T.A.R.
SAN CRISTOBAL DE LAS
CASAS
CHIAPAS.
MEMORIA DESCRIPTIVA DE CÁLCULO
FUNCIONAL Y FACTIBILIDAD TÉCNICA
Elaboro: Ing. Anibal E. Fentanes Moreno.
R.F.C. SIA-990602-UN0
IMSS. A68-37456-10 7
FRACC. LOS LAURELES
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CONTENIDO
1. ANTECEDENTES.
2. DATOS DE DISEÑO.
2.1
2.2
2.3
Caudales de diseño.
Características del influente.
Calidad del efluente.
3. MEMORIA
DESCRIPTIVA
TRATAMIENTO.
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
DEL
PROCESOS
DE
Caja de control.
Cárcamo de Bombeo.
Pretratamiento.
Reactor biológico aerobio.
Sedimentador secundario.
Tanque de Contacto de cloro.
Espesador de Lodos.
Digestor de Lodos aerobio.
Deshidratación de los biosólidos.
4. MEMORIA DE CÁLCULO FUNCIONAL.
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
Caja de control.
Cárcamo de Bombeo.
Pretratamiento.
Reactor biológico aerobio.
Sedimentador secundario.
Tanque de Contacto de cloro.
Espesador de Lodos.
Digestor de Lodos aerobio.
Deshidratación de los biosólidos.
5. FACTIBILIDAD TÉCNICA
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1. ANTECEDENTES
La ciudad de San Cristóbal de las Casas está ubicada en una cuenca cerrada y
su dren natural consiste en sumideros ubicados en la parte sur de la localidad.
Debido a esto se han provocado inundaciones con consecuencias desastrosas,
es hasta 1974 que por gestiones del Dr. Manuel Velasco Suarez Gobernador
del estado en esos tiempos se construye un túnel de 4200 metros de longitud,
para dar salida a las aguas de los ríos Amarillo y Fogótico que atraviesan la
Ciudad.
El crecimiento acelerado que ha tenido la ciudad en estas tres últimas décadas
ha rebasado en mucho a la infraestructura hidráulica y principalmente a lo que
corresponde a las aguas servidas, es por eso que en 2008 el gobierno del
estado de Chiapas realiza el primer proyecto para el tratamiento de aguas
residuales, este proyecto considera su ubicación aguas abajo del portal de
salida del túnel. Para el año de 2009 se termina el proyecto pero el mismo no
considero como se atravesaría la zona del túnel, ante esta situación el
gobierno del estado en el 2010 contrata otro proyecto para la construcción del
emisor, el cual propone la construcción un micro túnel por debajo del actual no
considerando que el tiempo que se pueden desviar las aguas a los sumideros
es de dos meses al año lo cual su construcción además del costo adicional se
prolongaría por varios años.
La administración municipal preocupada por la fuerte contaminación de los ríos
del pueblo mágico de San Cristóbal gestiona recursos para la construcción de
la planta tratadora de aguas residuales pero al haber un proyecto pagado por
la federación, se le da la alternativa que el Ayuntamiento presente su proyecto
para ser evaluado con respecto al proyecto anterior, es por ello que el presente
proyecto debe competir en calidad, precio y gastos de operación que lo hagan
sustentable.
2. DATOS DE DISEÑO
2.1 Caudales de diseño:
La planta de tratamiento de aguas residuales (P.T.A.R.) de San Cristóbal de
Las Casas, Chiapas, contara con dos trenes de tratamiento denominados
TREN DE AGUA y TREN DE LODOS.
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El tren de agua se conformara por tres módulos de tratamiento secundario
mediante sistemas de lodos activados de los cuales uno de ellos operara en la
modalidad de mezcla completa y los dos restantes operaran en la modalidad
de aireación modificada.
El tren de lodos se conformará por un sistema de espesado por gravedad, un
sistema de estabilización aerobia y un sistema de deshidratado mecánico.
Los caudales de diseño actual y futuro se calcularon en base a los censos de
población del INEGI de 1980 al 2010 con la utilización de diversos métodos
para el cálculo de tasa de crecimiento, tal y como se describe en el documento
anexo I.
En resumen los caudales base de diseño del agua residual a ser tratada son
los siguientes:
TABLA 1.
CALCULO DE CAUDALES ACTUALES Y FUTUROS (2015)
POBLACIÓN ACTUAL
POBLACIÓN FUTURA (2015)
APORTACIÓN
187.098,00 HAB
297.677,00 HAB
150,00 LT/HAB-DÍA
Q MEDIO ACTUAL
Q MINIMO ACTUAL
Q MÁXIMO INSTANTANEO ACTUAL
Q MÁXIMO EXTRAORDINARIO ACTUAL
324,82
162,41
582,06
873,09
LPS
LPS
LPS
LPS
Q MEDIO FUTURO
Q MINIMO FUTURO
Q MÁXIMO INSTANTANEO FUTURO
Q MÁXIMO EXTRAORDINARIO FUTURO
516,80
258,40
857,23
1.285,84
LPS
LPS
LPS
LPS
Es importante mencionar que en esta primera etapa del proyecto se construirán
tres módulos iguales con la opción a futuro de construir dos módulos más
conforme se vaya incrementado el caudal de entrada a la planta de tratamiento.
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Para el caso del cárcamo de bombeo y pretratamiento en esta primera etapa se
diseñará y se construirá para el caudal máximo instantáneo calculado para el año
2025 (857.23 lps).
2.2 Características del Influente
La calidad del agua cruda a tratar es la que se muestra a continuación:
TABLA 2
Características
Demanda bioquímica de oxigeno.
Demanda biológica de oxigeno.
Sólidos suspendidos totales
Nitrógeno total Kendall
Fosforo total
Grasas y aceites
Unidades
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
Concentraciones
promedio
330
220
161
25
4
27.1
2.3 Calidad del Efluente y lodos en exceso.
La calidad del agua tratada en uno de los tres módulos cumplirá con la NOM-001SEMARNAT-1996 para cuerpo receptor tipo “C” y los dos restantes cumplirán para
cuerpo receptor tipo “A”
Los lodos producidos en exceso en la PTAR de San Cristóbal de Las Casas, serán
estabilizados y deshidratados cumpliendo con un porcentaje de sequedad igual o
mayor al 22% y con las características de un lodo tipo “C”.
3. MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROCESOS DE TRATAMIENTO.
El proceso propuesto para el tratamiento de las aguas residuales domésticas de la
Ciudad de San Cristóbal de Las Casas en el estado de Chiapas, estará
conformado por las siguientes operaciones unitarias:
•
•
•
•
•
Una Caja de control.
Un Cárcamo de Bombeo.
Un Pretratamiento.
Un reactor biológico aerobio en su modalidad de mezcla completa.
Dos reactores biológicos aerobios en su modalidad de aireación modificada.
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• Tres sedimentadores secundarios.
• Un tanque de Contacto de cloro para el efluente del sistema de lodos
activados de mezcla completa.
• Un tanque de Contacto de cloro para el efluente del sistema de lodos
activados de mezcla completa.
• Dos espesadores de Lodos gravimétricos.
• Tres digestores de Lodos aerobio.
• Un sistema de deshidratación de los biosólidos en exceso.
3.1 TREN DE AGUA:
3.1.1 CAJA DE CONTROL Y DESBASTE GRUESO.
Como punto de partida las aguas residuales ingresaran primeramente a una caja
de control equipada con rejillas de desbaste de 75 mm de separación de limpieza
manual, las cuales estarán instaladas en la pared intermedia entre esta y el
cárcamo de bombeo, la función principal de esta rejillas será impedir el paso de
sólidos gruesos con el objeto de proteger los equipos de bombeo contra basura y
sólidos gruesos mayores a 75 mm de diámetro. Para levantar la rejilla y llevar a
cabo la limpieza manual de las mismas se contará con un polipasto para izarlas. El
sistema de cribado grueso consta de dos unidades para que cada una de las
rejillas pueda permitir el paso del flujo máximo instantáneo (857.23 lps).
3.1.2 CARCAMO DE BOMBEO.
El sistema de bombeo para el ingreso del agua residual a la planta estará
diseñado para recibir y bombear los caudales de diseño a futuro indicados en la
tabla 1. Los equipos de bombeo a utilizar serán del tipo sumergibles especiales
para el manejo de sólidos y arenas, lo cual nos permitirá bombear el agua residual
sin un proceso previo de desarenado.
3.1.3 PRETRATAMIENTO
Caja de distribución y cribado grueso y fino.
La caja de distribución alimentara a cuatro canales (3 en operación + 1 reserva), a
lo largo de cada canal se instalara una rejilla gruesa y una fina de limpieza
automática.
El cribado grueso consta de dos rejillas con una apertura entre barras de 50 mm,
fabricadas en acero inoxidable y son del tipo inclinadas de barras paralelas. El
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accionamiento de limpieza de estas rejillas será de forma automática por
diferencial de nivel. El sistema de limpieza enviará las basuras a un contenedor
por medio de una banda transportadora. Cada una de las rejillas contará con una
capacidad máxima de 285.74 lps.
El cribado fino consta de dos rejillas con una apertura entre barras de 6 mm,
fabricadas en acero inoxidable y son del tipo inclinadas de barras paralelas. El
accionamiento de limpieza de estas rejillas será de forma automática por
diferencial de nivel. El sistema de limpieza enviará las basuras a un contenedor
por medio de una banda transportadora. Cada una de las rejillas contará con una
capacidad máxima de 285.74 lps.
Sistema de desarenado.
El agua residual proveniente del sistema de cribado es conducido hacia un canal
común de donde se distribuirá hacia los tres desarenadores de 3 m de diámetro
cada uno. El diseño de los desarenadores es del tipo vortex y contemplan su
operación en forma constante para manejar una capacidad de diseño máximo de
285.74 lps por equipo.
Los tanques para los desarenadores son circulares de concreto armado con fondo
cónico, por donde el influente fluye a través del compartimiento exterior. El fluido
entra por los extremos hacia el compartimiento exterior y la sedimentación se
efectúa debido a que el fluido y las partículas suspendidas fluyen por la periferia y
caen por efecto de la gravedad hacia la cámara de concentración de arenas. Las
arenas y sedimentos son colectados dentro de una cámara de fondo y se extraen
por medio de inyección de aire para ser succionadas y enviadas hacia el
clasificador de arenas por medio de un “air lift” que descargará al clasificador
donde se lavaran y posteriormente descargarlas hacia un contenedor para su
disposición final.
El aire para air lift y para el sistema de difusión es suministrado por medio de
sopladores de desplazamiento positivo.
El porcentaje de remoción de arenas será del 95% a una malla 50. La cantidad de
arenas a remover a flujo promedio se estima en 2.8 m3/día.
El efluente desarenado se descargará por medio de un canal hacia la etapa de
tratamiento secundario, previo a esto el fluido pasara hacia una caja de
distribución en donde esta permitirá al fluido dividirse en partes iguales hacia los
tanques de aireación que se tienen contemplados para esta etapa.
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3.1.4 TRATAMIENTO SECUNDARIO.
REACTORES BIOLOGICOS:
El proceso biológico secundario seleccionado para esta planta se conforma por un
sistema de lodos activados convencionales bajo la modalidad de mezcla completa
y uno bajo la modalidad de aireación modificada, los criterios de diseño empleados
para su dimensionamiento son los siguientes:
Lodos activados mezcla completa:
Edad de lodos: 5 - 15 d.
F/M: 0.2 – 0.6 1/d.
Carga volumétrica: 0.8 – 1.92 kg de DBO5/m3.día.
SSTLM: 2,500 – 4,000 mg/L
Tiempo de residencia hidráulica: 3 - 5 hrs.
Lodos activados aireación modificada:
Edad de lodos: 0.2 – 0.5 d.
F/M: 1.5 – 5.0 1/d.
Carga volumétrica: 1.2 – 2.4 kg de DBO5/m3-día.
SSTLM: 200 – 1,000 mg/L
Tiempo de residencia hidráulica: 1.5 – 3.0 hrs.
En esta etapa del proceso se remueve DBO, DQO y sólidos suspendidos por un
proceso de oxidación y conversión de los compuestos a CO2 y H2O; este proceso
es llevado a cabo por microorganismos que al degradar la materia orgánica en
presencia de oxígeno, se reproducen generando lodo en exceso que debe ser
removido periódicamente.
El sistema biológico será diseñado en uno de sus módulos para cumplir con una
concentración a la salida de DBO5 y SST de 30 y 40 mg/l máximo y el segundo
módulo para cumplir con una concentración a la salida de DBO5 y SST de 150 y
150 mg/l máximo.
Sistema de aireación y difusión: sopladores
El sistema de aireación será diseñado para el requerimiento de oxígeno debido a
la demanda en oxidación carbonácea. Una de las consideraciones principales para
el cálculo del requerimiento de aire es la concentración de oxígeno en el licor
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mezclado. En el caso de carga promedio, la concentración de oxígeno disuelto
será de 2 mg/l.
El aire será suministrado mediante sopladores centrífugos multietapas y será
distribuido dentro de los tanques de aireación mediante un sistema de difusión de
burbuja fina.
El equipo de aireación estará conformado por tres sopladores (2 + 1) del tipo
centrífugos multietapas para darle servicio a los sistemas de lodos activados y a
los digestores de lodos a través de un sistema de difusión del aire mediante
difusores de burbuja fina.
SEDIMENTADORES SECUNDARIOS
Los sedimentadores secundarios serán de geometría circular de 25 m de diámetro
equipados con un
sistema de recolección y concentración de los lodos
sedimentados comúnmente llamadas rastras, el accionamiento de este sistema
será de tracción central. Cada clarificador secundario estará diseñado para
soportar el flujo medio y máximo de alimentación a la planta; así como la carga de
sólidos promedio y máxima, y el flujo de lodos recirculados (RAS) establecidos en
el diseño.
Los criterios de diseño empleados para su dimensionamiento son los siguientes:
Clarificadores del sistema de lodos activados en la modalidad de mezcla completa:
•
Carga hidráulica superficial: 19 m3/m2.día @ flujo promedio y 34 m3/m2.día
@ flujo pico.
•
Carga de sólidos: 113 kg/m2.día @ flujo promedio y 166 kg/m2.día @ flujo
pico.
•
Carga sobre el vertedor: 124 m3/m.día @ flujo promedio y 222 m3/m.día @
flujo pico.
Clarificadores del sistema de lodos activados en la modalidad de aireación
modificada:
• Carga hidráulica superficial: 19 m3/m2.día @ flujo promedio y 34 m3/m2.día
@ flujo pico.
•
Carga de sólidos: 18 kg/m2.día @ flujo promedio y 31 kg/m2.día @ flujo
pico.
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•
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Carga sobre el vertedor: 124 m3/m.día @ flujo promedio y 222 m3/m.día @
flujo pico.
La descarga de cada reactor aerobio entra por la parte inferior de cada clarificador
secundario y sube por una columna central y es descargado por orificios de la
columna hacia la periferia del clarificador. Los lodos sedimentados son colectados
y concentrados para su envío a un cárcamo de bombeo y de aquí recirculados a
cada uno de los reactores biológicos y el exceso será purgado a los espesadores
de lodos.
El efluente clarificado es recolectado mediante una canaleta perimetral equipada
con una placa desnatadora y una serie vertedores triangular y será enviado hacia
el tanque de contacto de cloro para su desinfección final.
TANQUE DE CONTACTO DE CLORO.
El sistema de desinfección que se empleará en esta planta será mediante el uso
de gas cloro en un tanque de contacto de cloro con un tiempo de residencia
hidráulica de 30 min. dividido en 5 canales para lograr un mayor tiempo de
contacto entre el cloro y el agua tratada.
Es importante mencionar que el tanque de contacto de cloro estará dividido en dos
secciones, uno para la desinfección del agua tratada producida en el módulo del
proceso convencional de mezcla completa y el otro para el agua tratada de los
módulos del proceso de aireación modificada.
3.2 TREN DE LODOS:
ESPESADORES GRAVIMETRICOS
Los lodos en exceso (WAS) provenientes de los sistemas de lodos activados
serán enviados a una caja de distribución y de aquí serán enviados a dos
espesadores de lodos por gravedad equipados con un sistema de recolección y
concentración de lodos comúnmente llamadas rastras, el objetivo principal de esta
unidades será concentrar los lodos del 0.8% al 2.75% con la finalidad de reducir el
volumen de los digestores aerobios.
Los criterios de diseño empleados para su dimensionamiento son los siguientes:
Carga de sólidos: 30 kg/m2.día.
Carga superficial: 3.71 m3/m2.día.
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Cada espesador de lodos tendrá un diámetro de 7.5 m y una profundidad media
de 3.6 m. el porcentaje de captura de sólidos será del 95%. El sobrenadante
generado en este proceso se conducirá por gravedad hasta el cárcamo de
bombeo para ser tratado.
DIGESTORES DE LODOS AEROBIOS
Los lodos en exceso espesados serán estabilización en tres digestores aerobios
equipados con un sistema de difusión de burbuja fina, cada digestor tendrá 891 m3
de capacidad y se logrará un 38% de reducción de sólidos suspendidos volátiles
Como ya se menciono anteriormente el suministro de aire para los reactores
biológicos y digestores de lodos se hará a través de 3 sopladores con capacidad
cada uno de 2,350 pie3/min, los cuales 2 estarán en operación y el tercero estará
en reserva en caso de una falla o mantenimiento en uno de ellos.
DESHIDRATADO DE LODOS.
Los lodos del proceso anterior una vez estabilizados, serán enviados a un filtro
prensa de bandas de un metro de ancho, previo a la entrada del lodo al filtro
prensa se le aplicará una solución de polímero al 0.2% para llevar a cabo la
floculación del mismo y permitir un mejor deshidratado y así cumplir con una
sequedad igual o mayor al 78%. Este equipo se instalara en la parte superior de
los digestores y el lodo deshidratado se descargara a un contenedor para ser
retirados de la planta para su disposición final a un relleno sanitario autorizado por
el municipio.
La filosofía de operación de este equipo será operarlo 5 días a la semana durante
16 horas diarias.
4. MEMORIA DE CÁLCULO FUNCIONAL.
• GASTO DE DISEÑO FUTURO
Gasto medio de diseño
= 516.80 lt/seg = 44,651.52 m3/día.
Gasto máximo
= 857.23 lt/seg = 74,064.67 m3/día
Gasto mínimo
= 258.40 lt/seg = 22,325.76 m3/día
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• GASTOS DE DISEÑO PRIMERA ETAPA
Q Máximo =
582.06 lt/seg.
Q Medio =
324.82 lt/seg
Q Mínimo =
162.41 lt/seg
CALCULO DE LAS UNIDADES DE TRATAMIENTO PRIMERA ETAPA
TREN DE AGUA
I.
Pretratamiento.
a) Gasto de diseño.
Q máximo = 857.23 lps
b) Número de canales para rejillas gruesa y finas
Tres en operación y uno en reserva manual.
c) Rejillas
Tipo de rejillas: 3 canales equipadas con rejillas de limpieza automática y un
canal con rejillas de limpieza manual, el cual se utilizara en caso de una
falla o mantenimiento de las rejillas mecánicas.
Gasto máximo por rejilla: 285.74 lps
Área de cada canal considerando una velocidad de 0.6 m/seg y h = 0.475 m
A=
W=
0.28574
= 0.48m2 .
0.6
0.48 = 1.0m .
0.475
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Consideraciones para las rejillas gruesas:
Factor beta = 2.42
Abertura de las rejillas = 50 mm
Ancho máximo de las barras = 8 mm
Número de aberturas de la rejilla:
5n + 0.8 (n+1) = 100
n = 17
Área total de las aberturas proyección vertical
17 x 0.05 x 0.475 = 0.40 m2.
Velocidades a través de la rejilla y pérdida de carga (Ecuación de
Kirschmer).
hf = K
t 
 a 
4/3
Sen(b)
V2
2g
% DE ENSUCIAMIENTO DE LA REJILLA
AREA (m )
VELOCIDAD
(m/seg)
Hf
(cm)
0,40
0,36
0,32
0,28
0,24
0,71
0,79
0,88
1,01
1,18
0,50
0,62
0,79
1,03
1,40
0%
10%
20%
30%
40%
2
Consideraciones para las rejillas finas:
Factor beta = 0.84
Abertura de las rejillas = 6 mm
Ancho máximo de las barras = 6 mm
Número de aberturas de la rejilla:
0.6n + 0.6 (83+1) = 100
n = 83
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Área total de las aberturas proyección vertical
83 x 0.006 x 0.475 = 0.24 m2.
Velocidades a través de la rejilla y pérdida de carga (Ecuación de
Kirschmer).
h =K
f
 t 4/3
 a 
Sen(b)
V2
2g
% DE ENSUCIAMIENTO DE LA REJILLA
AREA
2
(m )
VELOCIDAD
(m/seg)
Hf
(cm)
0%
10%
20%
30%
40%
0,24
0,21
0,19
0,17
0,14
1,21
1,34
1,51
1,73
2,01
5,88
7,26
9,18
12,00
16,33
d) Desarenadores
Tipo de desarenadores: Vortex
Número de unidades: 3 (tres)
Gasto máximo por desarenador: 285.74 lps
Carga superficial = 145.83 m3 / m2.hr.
As =
(285.74 * 3.6)
= 7.05m2 .
145.83
Diámetro = 3.0 m.
Las dimensiones del desarenador serán dadas por el proveedor del equipo,
las cuales están plasmada en los planos funcionales.
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II.
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Sistema de lodos activados convencional mezcla completa.
1. Reactor biológico.
a) Número de reactores biológicos: 1 (Uno)
b) Gasto de diseño 108.27 lt/seg
c) Carga Orgánica
CDBO5 =
CSST =
9354.90x220
1000
9354.90x161
1000
= 2058.08kg / día
= 1506.14kg / día
VALORES DE LAS CONSTANTES CINÉTICAS
1. Process Parameters
For heterotrophic Organisms (Table 11.2):
Ytrue, kg VSS/kg BOD5
b, 1/d
Assume Y value remains constant
11,3
b at T1, 1/d
b at T2, 1/d
16,45
For Autotrophic Organisms (Table 11.3):
Ytrue, kg VSS/kg NH3-N removed
b, 1/d
Ksn, mg NH3-N/L
Ko, mg DO/L
µmax, 1/d
Assume Ytrue, Ksn and Ko remain constant with T
µmax at T1, 1/d
11,3
µmax at T2, 1/d
16,45
b at T1, 1/d
11,3
b at T2, 1/d
16,45
R.F.C. SIA-990602-UN0
0,60
0,06
0,05
0,06
0,15
0,05
1,00
0,50
0,47
0,33
0,54
0,04
0,05
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d) Determinación del tiempo de retención celular a T1 (11.3°C).
u = u max* [NH 3 − N /(Ksn + NH 3 − N )]* [O.D /(Ksn + O.D)]
u = 0.33 * [10 /(1 + 10)] * [2.0 /(0.5 + 2.0)] = 0.24
θ c = 1/u = (1/0.24) x 1.0 = 4.2 d
e) Producción total de lodos en el sistema.
Lodos biológicos
•
Heterótrofos
Aplicando
Px = YobsQ(SO − S )
Υ
Yobs =
1 + kdθC
Px =
•
=
0.60
1 + (0.05
= 0.49
× 4.2)
0.49 × 9,354.90 × (220 − 20)
= 921.53kg / dia
1000
Autótrofos.
Nitrógeno asimilado por microorganismos heterótrofos = 921.53 x 0.12 =
110.58 kg N/día.
Aplicando
Yobs =
Υ
1 + kdθC
=
0.15
1 + (0.04
= 0.13
× 4.2)
NH3 – N = 234 – 110.58 – (9354.90 x (10/1000) = 29.74 kg/día
R.F.C. SIA-990602-UN0
IMSS. A68-37456-10 7
FRACC. LOS LAURELES
TEL. Y FAX: (961) 61-5-56-92
Px = 29.74 x 0.13 = 3.77 kg/día
•
Producción de lodos inertes en el influente considerando una relación de
SSV / SST = 0.80
Lodos inertes = 1,506.14 * 0.20 = 301.23 kg/día
•
Producción de lodos no biodegradables considerando un 30%.
Lodos no biodegradables = 1,506.14 * 0.8 * 0.3 = 361.47 Kg/día
•
Lodos totales en exceso como SST.
Px = 921.53 + 3.77 + 301.23 + 361.47 = 1,588.01 kg/ día
f) Volumen del tanque de aeración.
Aplicando:
V=
θ C * Px *1000
V =
SSTLM
y SSTLM = 3500 ppm
4.2 x1588.01x1000
= 1907.50m3
3500
V = 1,907.50 m3
Tr =
1907.50
= 4.89hr
108.27 × 3.6
θc =
1907.50 × 3500
= 4.2d
1588.01X1000
θ c = 4.2 días
Revisión de los parámetros de diseño
F
9354.90 × 220
=
= 0.41dia −1
M 1907.50 × 3500x0.75
R.F.C. SIA-990602-UN0
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TEL. Y FAX: (961) 61-5-56-92
F 9354.90 x(220 / 1000)
=
= 1.08kg / m3 xdia
V
1907.50
g) Dimensiones del reactor biológico.
Si h = 5.0 m
Área Superficial = 1907.50 / 5.0 = 381.50 m2
Si W = 17.35 m
L = 287.73 / 17.35 = 21.99 m = 22.00 m
h) Requisitos de oxígeno.
Masa de oxigeno equivalente a la DBOL
9354.90x(0.220 − 0.020)
+ (29.74x4.57) = 2887.35kg / dia
0.68
Masa de oxigeno que deja el sistema como biomasa heterotrófica y
autótrofa:
(921.53+3.77) x 1.42 = 1313.93 kg/día
Demanda de oxigeno total
2887.35 – 1313.93 = 1573.42 kg/día
i) Volumen de aire en condiciones estándar
Altura sobre el nivel del mar: 2113 m.s.n.m.
Presión barométrica: 590.11 mm Hg
Concentración de oxigeno a 20°C: 7.04 mg/lt
CL = 2.0 mg/lt
R.F.C. SIA-990602-UN0
α = 0.85
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N = No
FRACC. LOS LAURELES
TEL. Y FAX: (961) 61-5-56-92
(7.04 − 2) × 0.55 = 0.31No
9.08
j) Demanda de oxígeno total en condiciones estándar
D.O. =
1573.42
0.31
= 5075.55kg / día = 211.48kg / hr
Para SOTE = 0.3166 para difusores con membrana perforada,
trabajando a 1.506 pie3/min y 5.0 m de profundidad.
Vaire =
211.48
= 2397.33m3 / hr = 1410.83SCFM
1.201x0.232x0.3166
k) Número de difusores.
1410.83 / 1.506 = 936.81 = 937
2. Sedimentador Secundario
a) Número de unidades
1 (uno en operación)
b) Gasto de diseño
Q medio =
Q máximo =
108.27 lt/seg
194.02 lt/seg
c) Área superficial
Gasto medio 19 m3/m2dia
As =
108.27 x86.4
= 492.36m2
19
D = 25 m
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Gasto máximo 34 m3/m2dia
194.02 x86.4
= 492.31m2
34
D = 25 m
As =
d) Revisión por carga de sólidos
Determinación del gasto de recirculación de lodos (RAS)
Concentración de sólidos suspendidos totales en la recirculación de
lodos = 8500 ppm
Concentración de SSTLM = 3500
QRAS =
3500
= 0.70x108.27 = 75.79lps
8500 − 3500
Carga de sólidos para Q medio, mas Q recirculación.
Csólidos =
(108.27 + 75.79) × 86.4 × 3.5
= 113.05kg / m 2 dia
492.36
En caso de recircular el 100% la carga de sólidos resulta.
Csólidos =
256.54 × 86.4 × 3.5
= 133kg / m 2 dia
492.36
e) Volumen del sedimentador
Con 8% de pendiente en el piso y un tirante medio de 2.8 metros.
V = 2.8 x 492.36 = 1378.61 m3.
TRH = 3.54 hrs.
f) Carga sobre el vertedor
Longitud del vertedor = 75.40 m
(108.27 × 86.4) = 124.06m 3 / m / dia
75.4
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Ok menor a 125 m3/m día
3. Tanque de contacto de cloro
1 (uno)
b) Gasto de diseño
108.27 lt/seg.
c) Volumen y dimensiones Tr = 30 min. Para gasto medio
V =
180.27 × 30 × 60
= 194.89m3
1000
h= 2.5 m
b= 6.30 m
L = 12.40 m
Bordo libre = 0.5 m
d) Número de canales 5 de 121 cm
e) Relación de recorrido longitudinal / ancho :
12.4 x5
= 51.24
1.21
f) Relación h / b =
III.
2.5
1.21
= 2.0
Sistema de lodos activados aireación modificada.
1. Reactor biológico.
a) Número de reactores biológicos: 2 (Dos)
b) Gasto de diseño 216.55 lt/seg = 18,709.80 m3/día
c) Carga Orgánica
CDBO5 =
CSST =
R.F.C. SIA-990602-UN0
18709.80x220
1000
18709.80x161
1000
= 4116.15kg / día
= 3012.28kg / día
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VALORES DE LAS CONSTANTES CINÉTICAS
1. Process Parameters
For heterotrophic Organisms (Table 11.2):
Ytrue, kg VSS/kg BOD5
b, 1/d
Assume Y value remains constant
11,3
b at T1, 1/d
b at T2, 1/d
16,45
For Autotrophic Organisms (Table 11.3):
Ytrue, kg VSS/kg NH3-N removed
b, 1/d
Ksn, mg NH3-N/L
Ko, mg DO/L
µmax, 1/d
Assume Ytrue, Ksn and Ko remain constant with T
µmax at T1, 1/d
11,3
µmax at T2, 1/d
16,45
b at T1, 1/d
11,3
0,85
0,06
b at T2, 1/d
0,05
16,45
0,05
0,06
0,15
0,05
1,0
0,5
0,47
0,33
0,54
0,04
d) Determinación del tiempo de retención celular a T1 (11.3°C).
u = u max*[NH 3 − N /(Ksn + NH 3 − N )]* [O.D /(Ksn + O.D)]
u = 0.33 * [25 /(1 + 25)]* [2.0 /(0.5 + 2.0)] = 0.25
θ c = 1/u = (1/0.25) x 0.12 = 0.48 d
e) Producción total de lodos en el sistema.
Lodos biológicos
•
Heterótrofos
Aplicando
Px = YobsQ(SO − S )
Yobs =
Υ
1 + kdθC
R.F.C. SIA-990602-UN0
=
0.85
1 + (0.05
= 0.83
× 0.48)
IMSS. A68-37456-10 7
0.83 ×18709.80 × (220 − 100)
= 1863.50kg / dia
1000
Px =
•
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TEL. Y FAX: (961) 61-5-56-92
Autótrofos.
En esta variante, la nitrificación es prácticamente nula, por lo que no hay
lodos de organismos autótrofos.
f) Producción de lodos inertes en el influente considerando una relación de
SSV / SST = 0.80
Lodos inertes = 3,012.28 * 0.20 = 602.46 kg/día
g) Producción de lodos no biodegradables considerando un 30%.
Lodos no biodegradables = 3,012.28 * 0.8 * 0.3 = 722.95 Kg/día
h) Lodos totales en exceso como SST.
Px = 1863.50 + 602.46 + 722.95 = 3,188.91 kg/ día
i) Volumen del tanque de aeración.
Aplicando:
V=
θ C * Px *1000
V =
SSTLM
y SSTLM = 850 ppm
0.48x3188.91x1000
= 1800.80m3
850
V = 1,800.80 m3
Tr =
1800.80
= 2.31hr
216.55 × 3.6
θc =
1800.80 × 850
= 0.48d
3188.91x1000
θ c = 0.48 días
R.F.C. SIA-990602-UN0
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Revisión de los parámetros de diseño
F
18709.80 × 220
=
= 3.59dia −1
M 1800.80 × 850x0.75
F 18709.80 x(220 / 1000)
=
= 2.28kg / m3 xdia
V
1800.80
j) Dimensiones de los reactores biológicos.
Numero de reactores: Dos (2)
Volumen por cada reactor biológico = 1800.80 / 2 = 900.40 m3.
Si h = 5.0 m
Si W = 8.20 m
L = 180.08 / 8.20 = 21.96 m = 22.00 m
k) Requisitos de oxígeno.
Masa de oxigeno equivalente a la DBOL
18709.80 x(0.220 − 0.100)
= 3301.73kg / dia
0.68
Masa de oxigeno que deja el sistema como biomasa heterotrófica:
(1863.50) x 1.42 = 2646.17 kg/día
Demanda de oxigeno total 3301.73
– 2646.17 = 655.56 kg/día
l) Volumen de aire en condiciones estándar
Altura sobre el nivel del mar: 2113 m.s.n.m.
Presión barométrica: 590.11 mm Hg
R.F.C. SIA-990602-UN0
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TEL. Y FAX: (961) 61-5-56-92
Concentración de oxigeno a 20°C: 7.04 mg/lt
CL = 2.0 mg/lt
N = No
α = 0.55
(7.04 − 2) × 0.55 = 0.31No
9.08
m) Demanda de oxígeno total en condiciones estándar
D.O. =
655.56
0.31
= 2114.71kg / día = 88.11kg / hr
Vaire =
88.11
= 1070.13m3 / hr = 629.77SCFM
1.201x0.232x0.2955
n) Numero de difusores por tanque.
(629.77 / 2)
= 207.16 = 208
1.52
2. Sedimentador Secundario
2 (dos en operación)
b) Gasto de diseño por sedimentador secundario
Q medio =
Q máximo =
108.27 lt/seg
194.02 lt/seg
c) Área superficial
Gasto medio 19 m3/m2dia
R.F.C. SIA-990602-UN0
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As =
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108.27 x86.4
= 492.36m2
19
D = 25 m
Gasto máximo 34 m3/m2dia
194.02 x86.4
= 492.31m2
34
D = 25 m
As =
d) Revisión por carga de sólidos
Determinación del gasto de recirculación de lodos (RAS)
Concentración de sólidos suspendidos totales en la recirculación de
lodos = 8500 ppm
Concentración de SSTLM = 850
QRAS =
850
= 0.11x108.27 = 12.03lps
8500 − 850
Carga de sólidos para Q medio, mas Q recirculación.
Csólidos =
(108.27 + 12.03) × 86.4 × 0.85
= 17.94kg / m 2 dia
492.36
En caso de recircular el 25% la carga de sólidos resulta.
Csólidos =
135.34 × 86.4 × 0.85
= 20.19kg / m 2 dia
492.36
e) Volumen del sedimentador
V = 2.8 x 492.36 = 1378.61 m3.
TRH = 3.54 hrs.
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f) Carga sobre el vertedor
Longitud del vertedor = 75.40 m
(108.27 × 86.4) = 124.06m 3 / m / dia
75.4
Ok menor a 125 m3/m día
3. Tanque de contacto de cloro
g) Número de unidades
1 (uno)
h) Gasto de diseño
216.55 lt/seg.
i) Volumen y dimensiones Tr = 30 min. Para gasto medio
V =
216.55 × 30 × 60
= 389.79m3
1000
h= 2.5 m
b= 12.60 m
L = 12.40 m
Bordo libre = 0.5 m
j) Número de canales 7 de 175 cm
k) Relación de recorrido longitudinal / ancho :
12.4 x7
= 49.6
1.75
l) Relación h / b =
R.F.C. SIA-990602-UN0
2.5
= 1.42
1.75
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TREN DE LODOS
IV.
Espesador de lodos
a) Número de unidades: 2 (dos).
b) Tipo de espesador: Gravimétrico
c) Determinación de lodos ha espesado.
o) Lodos en exceso que abandona
convencional mezcla completa.
del sistema
de lodos activados
WAS = Px − (Q * SSTefluente )
WAS = 1588.01 − (9354.90 * 0.030) = 1307.36kg / día
p) Lodos en exceso que abandona del sistema de lodos activados aireación
extendida.
WAS = Px − (Q * SSTefluente )
WAS = 3188.91 − (18709.80 * 0.100) = 1317.93kg / día
q) Masa de lodos totales en exceso a espesamiento.
WAS = 1307.36 + 1317.93 = 2625.29kg / día
Masa de lodos a manejar por unidad =
2625.29
2
= 1312.65kg / dia
Volumen con una concentración del 0.80% y gravedad especifica de 1.01
Volumen de lodos =
R.F.C. SIA-990602-UN0
1312.65
= 162.45m3 / dia
1000 × 0.008 ×1.01
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d) Determinación del área para carga de sólidos = 30 kg / m2.día
Área =
1312.65
= 43.76m2
30
Diámetro = 7.50 m
e) Carga hidráulica.
C.H . =
162.45
43.76
= 3.71kg / m 2 − día
f) Volumen de cada espesador de lodos.
V = 3.63 x 43.76 = 158.85 m3.
TRH = 23.47 hrs.
g) Masa total de lodos espesados considerando un 95% de captura.
Masa de lodos espesados = 2625.29 x 0.95 = 2,494.02 kg/día.
h) Volumen total de lodos espesados considerando una concentración del
2.75% y una gravedad especifica de 1.02.
V =
V.
2494.02
= 88.91m3
1000x1.02 * 0.0275
Digestión de lodos.
a) Número de unidades: 3 (tres).
b) Tipo de digestores: aerobio.
c) Temperaturas ambientales:
R.F.C. SIA-990602-UN0
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Verano: 16.45°C.
Invierno: 11.30°C.
d) Volumen de lodos a procesar por unidad: 29.64 m3.
e) Edad de lodos.
Para obtener un 38% de reducción de volátiles en invierno se requieren:
475 / 11.30 = 42 días.
f) Eficiencia de remoción en verano:
Para un tiempo de retención con temperatura de 16.45°C = 30 días
16.45 x 30 = 493.5°C días con una reducción del 40%.
g) Determinación del volumen de cada digestor.
V = 30 x 29.64 = 889.2 m3.
h) Dimensiones de cada digestor.
Si h = 5.0 m
Si W = 10.80 m
L = 177.84 / 10.80 = 16.47 m = 16.50 m.
i) Requerimientos de oxígeno.
Sólidos volátiles = 2494.02 * 0.75 = 1870.52 kg/día.
Reducción de volátiles = 1870.52 x 0.40 = 748.21 kg/día.
RO2 = 748.21 x 2.3 = 1720.9 kg/ día
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j) Demanda de oxigeno total en condiciones estándar:
D.O. =
1720.90
0.31
= 5551.29kg / día
Requerimientos de aire en condiciones estándar:
Vaire =
(5551.29 / 24)
= 2669.26m3 / hr = 1570.86SCFM
1.201x0.232x0.3110
k) Número de difusores por digestor.
(1570.86 / 3)
= 342.2 = 343
1.53
l) Requerimiento de aire en condiciones actuales.
DeACFM = SCFMx
Ps − ( RHsxPVs) Ta Pb
x
x
Pb − (RHaxPVa) Ts Pa
Ps = 14.7 psi
Pb = 11.41 psi
Pa = 11.21 psi
RHs = 36%
Ts = 527.67°R
PVs = 0.3393
RHa = 82%
Ta = 517.59°R
PVa = 0.2329
ACFM = 1.30 SCFM.
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m) Capacidad total de los sopladores, considerando el volumen de aire
requerido en los tanques de aireación y digestores.
Unidad de tratamiento
Reactor biológico mezcla completa.
Reactor biológico aireación modificada.
Digestores de lodos.
Total de aire
SCFM
1,410.83
629.77
1,570.86
3,611.46
ACFM
1,834
822
2,041
4,697
n) Selección de los sopladores.
Con base a los volúmenes de aire descritos en la tabla anterior se
proponen tres sopladores (2 en operación + 1 en reserva) del tipo
centrífugos multietapa con capacidad cada uno de 2,348.50 pie3/min.
VI.
Secado de lodos
r) Método de secado: mecánico mediante un filtro prensa de bandas
s) Masa de lodos a procesar = 2494.02 – 748.21 = 1,745.81 kg/ día
Carga de sólidos por metro de banda:
Lodos activados digeridos aeróbicamente: 100 a 300 kg / hr.m.
•
•
Filosofía de operación.
Días a la semana en operación
5 días.
Horas al día en operación
16 hr.
Total de horas a la semana
80 hr.
Peso de lodos conforme a la filosofía de operación arriba descrita.
1745.81 x 7 = 12,220.67 kg/semana / 80 hr = 152.75 kg/hr.
Se selecciona un filtro prensa de bandas de 1.0 metros de ancho de
banda.
•
Peso del lodo seco
R.F.C. SIA-990602-UN0
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% de captura de sólidos: 95%
152.75 x 0.95 x 16 = 2,321.80 kg/día
•
Volumen de lodos seco
Concentración del lodo
Gravedad especifica
22%
1.06
5.- FACTIBILIDAD TÉCNICA
Como se observa en los apartados anteriores, se cuenta totalmente concluido el
proyecto ejecutivo, el cual comprende planos topográficos, de planta y detalle de
cada una de las estructuras. Se cuenta con los números generadores y el
presupuesto a nivel de precios unitarios de la obra.
Este proyecto está siendo dictaminado por las Autoridades de la Comisión Nacional
del Agua, quienes han participado en las diferentes etapas de diagnóstico y
planeación que precedieron al proyecto ejecutivo.
Los alcances técnicos planteados en el proyecto ejecutivo, coinciden con lo
desarrollado en plantas de tratamiento construidas en el Estado, por lo que se
cuenta con experiencia en la construcción de este tipo de infraestructura.
Por otra parte, los equipos electromecánicos y estructuras que se contemplan en el
proyecto se comercializan ampliamente en el país, ubicándose varios proveedores
así como técnicos especializados en la operación, mantenimiento y reparación.
Se cuenta además con amplia experiencia, tanto en el estado de Chiapas como en
el resto del país, en la construcción y operación de plantas de tratamiento bajo el
sistema de lodos activados.
Se cuenta con las vías de acceso para el suministro de materiales y equipo
necesarios para la construcción de la Planta, así como la infraestructura adecuada
para abastecer el principal insumo durante la operación dela PTAR que es la energía
eléctrica.
En virtud de los aspectos anteriormente señalados, se considera que el
Proyecto de Construcción de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales en
San Cristóbal de las Casas para un gasto de 300 l/s, es técnicamente factible
de realizarse en los términos propuestos en el proyecto ejecutivo.
R.F.C. SIA-990602-UN0
IMSS. A68-37456-10 7
R.F.C. SIA-990602-UN0
FRACC. LOS LAURELES
TEL. Y FAX: (961) 61-5-56-92
IMSS. A68-37456-10 7

2. factibilidad tcnica memoria descriptiva y de calculo funcional ptar

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