UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS

INGENIERIA AMBIENTAL

“DISEÑO DE UNA PLANTA TRATADORA DE AGUAS

RESIDUALES PARA EL EDIFICIO 6 DEL FRACCIONAMIENTO EL

VERGEL, DE POZA RICA DE HIDALGO VERACRUZ”

PRESENTAN:

ARELLANO DE LEÓN LARISSA

BADILLO HERNÁNDEZ SUGEY MADAHI

IBARRA BAÑUELOS LUZ CRISTINA

RUIZ ZAMORA EVELIN

SEGURA HERNÁNDEZ ARTURO

VÁZQUEZ ROSALES ALDO

CARDENETE VÁZQUEZ RENE EVERARDO

DISEÑO DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

DR. ISRAEL HERNÁNDEZ ROMERO

POZA RICA DE HGO, VERACRUZ, DICIEMBRE 2014

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

1.1 LAS CIFRAS DE AGUA EN MÉXICO.

El agua fresca es un recurso finito y las provisiones fácilmente accesibles se están

volviendo menos abundantes. Con la escasez del agua ya como una realidad en

muchas partes del mundo, se espera que la población y el ingreso junto con los

impactos del cambio de clima exacerben aún más este asunto. El logro de

soluciones sustentables se compone de las demandas de energía para obtener,

almacenar y producir una fuente de agua segura, desde bombear el agua hasta

fabricar los químicos y los materiales utilizados a través del proceso. Y a medida

que la sociedad desarrolla fuentes de agua menos deseables para lograr

satisfacer la creciente demanda, se espera que la cantidad de energía involucrada

en nuestra fuente de agua aumente.

En consecuencia, existe la necesidad de desarrollar estrategias innovadoras de

manejo de agua (por ejemplo, manejo de cuencas sustentables, conservación de

agua y prácticas de reutilización de agua) para lograr satisfacer la demanda global

de agua potable segura.

La cantidad de agua que hay en la Tierra alcanza los 1,385 millones de km3.

Sin embargo, menos del 3% de esta cantidad es agua dulce y de este total apenas el 0. 3% es agua superficial.

Actualmente existen más de 28 países que se pueden considerar con problemas de escasez de agua, pues cuentan con una dotación menor a los 1,000 m3por habitante al año, cifra considerada como crítica en cuanto a oferta del recurso se refiere; México se encuentra en un nivel medio con una disponibilidad de agua per capita de 5,000 m3 por año.

La demanda de agua continúa creciendo como consecuencia del incremento de la población: actualmente, la dotación per cápita a nivel mundial es 33% inferior a la que existía en 1970 y, a partir de entonces, cerca de 1,800 millones de personas se han sumado a la población mundial.

Del total de agua dulce utilizada en el mundo, se estima que el 65% se destina para riego agrícola, el 25% para la industria y el 10% para consumo doméstico, comercial y otros servicios urbanos municipales, mientras que en México aproximadamente el 83% del volumen total de agua se destina al riego,12% al abastecimiento de agua para uso doméstico, 3% al uso industrial y el 2% restante a la acuacultura.

En el mundo, 1.4 miles de millones de personas viven sin agua potable para consumo doméstico y 7 millones de personas al año mueren por enfermedades relacionadas con el agua; en México el 16.5% de las poblaciones viven sin agua potable para consumo doméstico.

La mitad de los ríos del planeta están seriamente contaminados. En México, el 68% de las aguas superficiales presentan problemas de contaminación, de éstas, la cuenca Lerma-Chapala-Santiago es una de las de mayor índice de contaminación en el país.

.

360 litros de agua consume diario en promedio cada mexicano.

70% es extraída del subsuelo.

10.6 millones de personas no cuentan con agua potable en México.

Entre 30 y 50% del agua para abastecimiento público se pierde en fugas.

17% de agua potable es para uso industrial y comercial.

46% es para uso doméstico.

37% pertenecen a tomas clandestina.

106 de 122 es el lugar que ocupa México en calidad mundial de agua.

80% de agua en buena calidad se encuentra en los acuíferos.

27% de las aguas superficiales son de calidad aceptable.

24% de ésas no se usan porque están muy contaminadas.

Porcentaje del agua en México utilizada para uso agropecuario: 77%.

Porcentaje del agua en México para abastecimiento público: 13%.

Porcentaje del agua en México utilizada para industria autoabastecida: 10%.

Porcentaje del agua asignada para el riego que regresa al ciclo hidrológico sin

ser aprovechada en la agricultura: 54%.

Porcentaje del agua subterránea que se extrae para la agricultura y que no

llega a utilizarse en las parcelas por ineficiencia en la conducción: entre 40% y

60%.

Número de veces que representa, frente al abastecimiento público, el volumen

de agua extraída para la agricultura y que no llega a utilizarse: 3.

Porcentaje de cobertura nacional de agua potable: 89.2%.

Millones de personas en México que no cuentan con agua potable: 10.6.

Porcentaje de la población mexicana con acceso a alcantarillado: 77%.

Millones de personas que no carecen de servicio de alcantarillado en México:

22.9.

Porcentaje de la población rural en México con acceso a alcantarillado: 37.9%.

Porcentaje de aguas residuales captadas en los centros urbanos que es

tratada: 27.6%.

Porcentaje de agua para abastecimiento público que se pierde en fugas: entre

30% y 50%.

Número de veces en que la contaminación de agua que genera la industria

supera a la contaminación de 100 millones de habitantes: 3.

Presas en México: 4000.

Grandes presas en México: 667.

Porcentaje de la disponibilidad natural de agua que se aprovecha con esa

infraestructura en presas: 15%.

Porcentaje de los cuerpos de agua en México que presentan algún signo de

contaminación: 70%.

Número de acuíferos, de los 653 identificados en México, que están

sobreexplotados: 102.

Número de acuíferos sobreexplotados en 1975: 32.

Lugar que ocupa México, de un total de 122 países, en lo que se refiere a la

calidad del agua: 106.

Porcentaje de agua de buena calidad en los acuíferos: 80%.

Porcentaje de las aguas superficiales de México que son de calidad aceptable:

27%.

Porcentaje de esas aguas superficiales que tienen tal nivel de contaminación

que es imposible darle algún uso directo: 24%.

Fig. 1.1 Disponibilidad natural de agua media percapita.

Tabla 1.1 Porcentaje de la población con servicio de agua potable por entidad

federativa, 1990, 2000,2005 y 2010.

Entidad federativa 1990 2000 2005 2010

Estados Unidos Mexicanos 77.1 85.2 88.5 88.7

Aguascalientes 95.1 97.4 97.6 98

Baja California 80 90.5 94.1 95.3

Baja California Sur 87.4 88 86.5 88.1

Campeche 67.8 80.7 85.3 85

Coahuila de Zaragoza 89.9 94.2 96 96.8

Colima 91.4 94.6 97.1 97.3

Chiapas 53.8 69.3 71.7 73.8

Chihuahua 86.5 92.9 93.5 94.9

Distrito Federal 95.7 97.6 98.1 97.5

Durango 83.6 91 91.3 92.9

Guanajuato 81.6 89.3 92.7 91.9

Guerrero 52.1 60.9 64.5 62

Hidalgo 65.1 80.3 85.9 87.2

Jalisco 85.1 89.9 93.4 94.6

México 83.6 90.7 93.2 92.2

Michoacán de Ocampo 75.4 83.5 88.7 88.1

Morelos 86.1 86.9 89.6 87.6

Nayarit 80.7 85.5 89.9 88.3

Nuevo León 88.2 94.2 95.5 96.9

Oaxaca 51.8 66.4 71.4 69.8

Puebla 67.6 78.1 84.4 83.8

Querétaro 79 89.3 90.6 91.9

Quintana Roo 81.1 90.8 93.7 91.7

San Luis Potosí 64.1 76.9 82.4 83.1

Sinaloa 78.4 85.8 90.4 90.3

Sonora 89.6 92.3 94.2 94.4

Tabasco 57.6 69.9 75.2 73.8

Tamaulipas 79.5 91.1 94 95.1

Tlaxcala 88.2 91.2 96.5 95.6

Veracruz de Ignacio de la Llave 57 66.7 73.8 76.3

Yucatán 70.8 90.1 93.6 94.4

Zacatecas 73.7 84.5 92.2 91.7

FUENTE: INEGI. Porcentaje de viviendas particulares habitadas con disponibilidad de agua por entidad federativa, 1990 a

2010.

Tabla 1.2 Porcentaje de viviendas particulares habitadas con disponibilidad de

drenaje por entidad federativa, 1990 a 2010.

Entidad federativa 1990 2000 2005 2010

Estados Unidos Mexicanos 62 75.4 85.8 89.1

Aguascalientes 85.8 94.2 97 97.8

Baja California 66.7 81.4 90.8 93.7

Baja California Sur 65.5 80.7 90.8 94.2

Campeche 46.6 63.4 80.6 85.7

Coahuila de Zaragoza 68.4 83.5 92.2 95.6

Colima 81.1 92.6 98.4 98.7

Chiapas 38.5 57.5 74.5 80.4

Chihuahua 66.2 84.9 91.3 93.2

Distrito Federal 93.3 97.7 98.9 99.2

Durango 53.3 72.4 84.2 88.3

Guanajuato 57.9 74.3 85.4 89.3

Guerrero 34.8 46.8 62.5 71.7

Hidalgo 40.9 62 78.7 83.4

Jalisco 79.9 89.6 95.7 96.9

México 72.2 82.7 90.3 92

Michoacán de Ocampo 53.2 66.4 82.1 85.4

Morelos 63.6 79.2 90.4 92.4

Nayarit 56.7 77.7 91.3 93.5

Nuevo León 80.9 90.8 96.1 97.2

Oaxaca 27.7 42.3 61.1 69.6

Puebla 45.5 60.7 78.2 84.9

Querétaro 56.9 74.9 87.1 91

Quintana Roo 57.6 83.3 91 94

San Luis Potosí 48.1 61.2 75.9 80.5

Sinaloa 53.8 71.9 86.2 90.9

Sonora 65.2 78.9 87.4 90

Tabasco 60.9 82 91.8 91.7

Tamaulipas 59.2 74.2 84 88.1

Tlaxcala 55 79.3 89.1 92.8

Veracruz de Ignacio de la Llave 47.8 61.7 75.7 80.2

Yucatán 46.2 58.2 71.7 80.1

Zacatecas 46.3 68.2 84.4 89

FUENTE: INEGI. Porcentaje de viviendas particulares habitadas con disponibilidad de drenaje por entidad.

1.2 TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES

El agua residual es un tipo de agua que no tiene valor inmediato para el fin para el

que se utilizó ni para el propósito para el que se produjo debido a su calidad,

cantidad o al momento en que se dispone de ella. No obstante, las aguas

residuales de un usuario pueden servir de suministro para otro usuario en otro

lugar. Las aguas de refrigeración no se consideran aguas residuales. (FAO).

Tabla. 1.3 Características físicas, químicas y biológicas del agua residual y

sus procedencias.

Fuente. Manual de procedimientos. DOP. CEA Jalisco.

El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos,

químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos,

químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano.

El propósito del tratamiento de aguas es el de proporcionar agua potable que

tenga buen sabor. El agua potable se refiere al agua que es saludable para el

consumo humano y que está libre de microorganismos dañinos y de compuestos

orgánicos e inorgánicos que causen efectos fisiológicos adversos o que no saben

bien. El buen sabor describe el agua que es estéticamente aceptable para beber o

que está libre de turbiedad, color, olor y sabor objetables. El agua que tiene buen

sabor puede no ser segura.

El objetivo del tratamiento de las aguas residuales es producir efluente reutilizable

en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo)

convenientes para su disposición o reutilización. Es muy común llamarlo

depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas

potables.

Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales

comerciales e industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual

son generadas (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o

bien pueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías - y

eventualmente bombas - a una planta de tratamiento municipal.

Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física

inicial de sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o

industriales empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser

triturados esos materiales por equipo especial; posteriormente se aplica un

desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos como la arena) seguido

de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separe los sólidos

suspendidos existentes en el agua residual. Para eliminar metales disueltos se

utilizan reacciones de precipitación, que se utilizan para eliminar plomo y fósforo

principalmente.

A continuación sigue la conversión progresiva de la materia biológica disuelta en

una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas, generalmente presentes

en estas aguas. Una vez que la masa biológica es separada o removida (proceso

llamado sedimentación secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos

adicionales (tratamiento terciario) como desinfección, filtración, etc.

El efluente final puede ser descargado o reintroducido de vuelta a un cuerpo de

agua natural (corriente, río o bahía) u otro ambiente (terreno superficial, subsuelo,

etc.). Los sólidos biológicos segregados experimentan un tratamiento y

neutralización adicional antes de la descarga o reutilización apropiada.

Fig.1.2 Esquema de una planta de tratamiento de aguas convencional.

1.3 TRATAMIENTO PRELIMINAR

Secuencia de unidades de tratamiento encargadas de modificar la distribución del

tamaño de partículas presentes en el agua residual.

El tratamiento preliminar prepara las aguas residuales para más tratamiento.

Se utiliza para eliminar espuma aceitosa, escombros flotantes y arenilla, los

cuales pueden inhibir los procesos ecológicos y dañar el equipo mecánico.

Los tanques ecualizadores se utilizan para balancear flujos o carga

orgánica.

Los efluentes industriales pueden requerir adicionalmente pretratamiento

físico-químico para la eliminación de amonio-nitrógeno (extracción con

aire), ácidos/bases (neutralización), metales pesados (oxidación/ reducción,

precipitación) o aceites (flotación de aire disuelto).

Acondiciona el agua residual para ser tratada en las siguientes etapas de

proceso de tratamiento.

Remueve materiales que pueden interferir con los equipos y procesos de

tratamiento de aguas abajo.

Reduce la acumulación de materiales en los procesos ubicados aguas

abajo del tratamiento preliminar.

1.3.1 Operaciones utilizadas en el tratamiento preliminar

Dilaceración

Filtración

Flotación

Tanque Imhoff

Mezcla

Tamizado grueso

Tamizado fino

Tamizado grueso

Primera operación unitaria en una planta de tratamiento de aguas residuales. Se

emplean equipos para interceptar y retener solidos gruesos presentes en el agua

residual cruda.

Rejillas manuales

Rejillas mecánicas

Fig. 1.3 Ejemplo de rejilla utilizada en el tratamiento preliminar.

1.3 TRATAMIENTO PRIMARIO

La meta del tratamiento primario es la de remover los sólidos mediante el asentamiento de la gravedad inactiva. Típicamente, el agua residual doméstica es mantenida por un periodo de aproximadamente 2 horas. Los tanques de asentamiento, también referidos como tanques de sedimentación o clarificadores, pueden ser ya sea rectangular o circular. Durante la sedimentación, los sólidos se asientan en el fondo del tanque, en donde son recolectados como un lodo liquido sólido. El tratamiento primario es para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos.

Este paso está enteramente hecho con maquinaria, de ahí que se conoce también

como tratamiento mecánico.

El tratamiento primario remueve alrededor de 60% de los sólidos suspendidos

(TSS), 30% de BOD y 20% de fósforo (P). El BOD y el fósforo removidos en esta

etapa están principalmente en su fase de partículas (esto es, parte del

TSS).Cualquier BOD, N o P disuelto pasará a través del tratamiento primario y

entrará al tratamiento secundario. Los coagulantes pueden añadirse para mejorar

la eliminación de materia de partículas. Esto puede reducir los costos de energía

global requeridos durante el segundo tratamiento para convertir biológicamente

estas partículas a CO2, agua y nueva biomasa.

Remoción de sólidos

La remoción de los sólidos habitualmente se realiza mediante el cribado. Los

sólidos que se remueven son de gran tamaño, por ejemplo, botellas, palos. Con

esto se evita tener problemas en la planta de tratamiento de aguas, ya que si no

se remueven estos sólidos pueden llegar a tapar tuberías o dañar algún equipo.

Remoción de arena

Esta etapa incluye un canal de arena donde la velocidad de las aguas residuales

es cuidadosamente controlada para permitir que la arena y las piedras de ésta

tomen partículas, pero todavía se mantiene la mayoría del material orgánico con el

flujo. Este equipo es llamado colector de arena. La arena y las piedras necesitan

ser quitadas a tiempo en el proceso para prevenir daño en los equipos.

Sedimentación

Se llevaba a cabo en tanques comúnmente llamados clarificadores primarios o

tanques de sedimentación primarios. Los tanques son lo suficientemente grandes,

tal que los sólidos fecales pueden situarse y el material flotante como la grasa y

plásticos pueden levantarse hacia la superficie y desnatarse. El propósito principal

de la etapa primaria es producir un líquido homogéneo capaz de ser tratado

biológicamente y unos fangos o lodos que pueden ser tratados separadamente.

Los tanques primarios de asentamiento se equipan generalmente con raspadores

conducidos mecánicamente que llevan continuamente los fangos recogidos hacia

una tolva en la base del tanque donde, mediante una bomba, se pueden llevar

hacia otras etapas del tratamiento.

Fig. 1.4 Tanque se sedimentación circular cónico.

1.4 TRATAMIENTO SECUNDARIO

El tratamiento secundario (el cual es una forma de tratamiento biológico) utiliza

microorganismos para descomponer estas moléculas de alta energía. Existen dos

enfoques básicos para el tratamiento biológico, difiriendo en la manera en la que el

desecho es llevado a hacer contacto con los microorganismos en los reactores de

crecimiento suspendido, los organismos se adjuntan a una estructura de soporte y

el agua residual se pasa sobre los organismos.

El tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el

contenido biológico del agua residual, el cual deriva los desechos orgánicos

provenientes de residuos humanos, residuos de alimentos, jabones y detergentes.

La mayoría de las plantas municipales utilizan procesos biológicos aeróbicos para

este fin.

Tratamiento biológico

Objetivos principales:

Estabilizar la materia orgánica.

Coagular y remover los sólidos coloidales que no sedimentan.

El tratamiento biológico comprende:

Conversión de materia orgánica carbonácea disuelta y en estado coloidal

en diferentes gases y tejidos celulares.

Formación de copos biológicos compuesto de materia celular y de los

coloides orgánicos presentes en las aguas residuales.

Subsecuente remoción de dichos solidos por sedimentación por gravedad.

Humedales artificiales

Los humedales utilizados para la remoción de contaminantes de las aguas

residuales son además sencillos de operar y no requieren de energía

eléctrica para funcionar, como es el caso de los mecanizados, por lo que

los costos de tratamiento son hasta 300 por ciento más bajos.

En este caso los lodos que se acumulan en el sustrato forman biomasa

vegetal que incrementará la producción de oxígeno, elemento que optimiza

la remoción de contaminantes de las aguas residuales.

Los mecanismos involucrados en la eliminación de los principales contaminantes

presentes en las aguas residuales urbanas, mediante el empleo de humedales

artificiales son:

Eliminación de sólidos en suspensión mediante procesos de sedimentación,

floculación y filtración.

Eliminación de materia orgánica mediante los microorganismos presentes

en el humedal, principalmente bacterias, que utilizan esta materia orgánica

como sustrato.

Eliminación de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, principalmente

mediante mecanismos de nitrificación – desnitrificación y precipitación.

Eliminación de patógenos mediante adsorción, filtración o depredación.

Eliminación de metales pesados como cadmio, cinc, cobre, cromo,

mercurio, selenio, plomo, etc.

Filtración

La filtración de arena retiene gran parte de los residuos de materia suspendida. El

carbón activado sobrante de la filtración retiene las toxinas residuales.

El tratamiento de lagunas proporciona sedimentación y mejora biológica adicional

por almacenaje en charcos o lagunas artificiales. Se trata de una imitación de los

procesos de autodepuración que un río o un lago somete las aguas residuales de

forma natural. Estas lagunas son altamente aerobias y se da a menudo la

colonización por macrofitos nativos, especialmente cañas.

Desbaste

Consiste habitualmente en la retención de los sólidos gruesos del agua residual

mediante una reja, manual o autolimpiable, o un tamiz, habitualmente de menor

paso o luz de malla. Esta operación no solo reduce la carga contaminante del

agua a la entrada, sino que permite preservar los equipos como conducciones,

bombas y válvulas, frente a los depósitos y obstrucciones provocados por los

sólidos, que habitualmente pueden ser muy fibrosos: tejidos, papeles, etc.

Fangos activados o lodos activados

Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para

usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que

remueven substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas

de material y puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y

nitrato, y en última instancia a gas nitrógeno.

Placas rotativas y espirales

En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento

lento que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biótico que

proporciona el substrato requerido.

Reactor biológico de cama móvil

El reactor biológico de cama móvil asume la adición de medios inertes en vasijas

de fangos activos existentes para proveer sitios activos para que se adjunte la

biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema de crecimiento. Las

ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son:

1) Mantener una alta densidad de población de biomasa.

2) Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la

concentración del licor mezclado de sólidos (MLSS).

3) Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos (RAS).

Filtros aireados biológicos

Filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con reducción

biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye usualmente un

reactor lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión o

apoyados por una capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es

soportar altamente la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos

del filtro.

Reactores biológicos de membrana

MBR es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto

con un proceso de fangos. Esta tecnología garantiza la remoción de todos los

contaminantes suspendidos y algunos disueltos. La limitación de los sistemas

MBR es directamente proporcional a la eficaz reducción de nutrientes del proceso

de fangos activos.

Sedimentación secundaria

El paso final de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los flóculos

biológicos del material de filtro, y producir agua tratada con bajos niveles de

materia orgánica y materia suspendida. En una planta de tratamiento rural, se

realiza en el tanque de sedimentación secundaria.

Fig. 1.5 Tanque de sedimentación secundaria.

1.5 TRATAMIENTO TERCIARIO

El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del

efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente

receptor (mar, río, lago, campo, etc.). Más de un proceso terciario del tratamiento

puede ser usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica

siempre en el proceso final, es siempre llamada pulir el efluente.

1.7 REMOCIÓN DE NUTRIENTES

El paso final antes de medir el flujo y descargarlo hacia el agua receptora es la desinfección. El propósito de la desinfección es el de asegurar la eliminación de organismos patógenos. Esto se logra más comúnmente por la adición de hipoclorito de sodio líquido, dióxido de cloro o gas de cloro; la generación en sitio de hipoclorito; ozonización o exposición a luz ultravioleta. Durante la aireación, el oxígeno es transferido de una fase gaseosa a la fase liquida. Las aguas residuales pueden contener también altos niveles de los nutrientes nitrógeno y fósforo. Eso en ciertas formas puede ser tóxico para peces e invertebrados en concentraciones muy bajas (por ejemplo amoníaco) o puede crear condiciones insanas en el ambiente de recepción (por ejemplo: mala hierba o crecimiento de algas). Las algas pueden producir toxinas, y su muerte y consumo por bacterias

(decaimiento) pueden agotar el oxígeno en el agua y asfixiar peces y otra vida

acuática. Cuando se recibe una descarga de los ríos a los lagos o a los mares

bajos, los nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas

perdiendo muchos peces sensibles a la contaminación en el agua.

La remoción del nitrógeno o del fósforo de las aguas residuales se puede alcanzar

mediante la precipitación química o biológica.

La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del

amoníaco a nitrato (nitrificación que implica nitrificar bacterias tales como

Nitrobacter y Nitrosomonus), y entonces mediante la reducción, el nitrato se

convierte en nitrógeno gaseoso (desnitrificación), que se envía a la atmósfera.

La oxidación anaeróbica se define como aquella en que la descomposición se

ejecuta en ausencia de oxígeno disuelto y se usa el oxígeno de compuesto

orgánico, nitratos y nitritos, los sulfatos y el CO2, como aceptador de electrones.

En el proceso conocido como desnitrificación, los nitratos y nitritos son usados por

las bacterias facultativas, en condiciones anóxicas, condiciones intermedias, con

formación de CO2, agua y nitrógeno gaseoso como productos finales.

Desinfección

El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir

substancialmente el número de organismos vivos en el agua que se descargará

nuevamente dentro del ambiente. La efectividad de la desinfección depende de la

calidad del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.), del tipo de

desinfección que es utilizada, de la dosis de desinfectante (concentración y

tiempo), y de otras variables ambientales. El agua turbia será tratada con menor

éxito puesto que la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la

luz ultravioleta o si los tiempos del contacto son bajos. Generalmente, tiempos de

contacto cortos, dosis bajas y altos flujos influyen en contra de una desinfección

eficaz.

Fig. 1.6. Organismos encontrados en las aguas residuales.

Luz Ultravioleta

Se utiliza para dañar la estructura genética de las bacterias, virus, y otros

patógenos, haciéndolos incapaces de la reproducción. Las desventajas

dominantes de la desinfección UV son la necesidad del mantenimiento y del

reemplazo frecuente de la lámpara y la necesidad de un efluente altamente tratado

para asegurarse de que los microorganismos objetivo no están blindados de la

radiación UV.

Ozono

El ozono (O3) se genera al pasar oxígeno (O2) por un potencial de alto voltaje, lo

que añade un tercer átomo de oxígeno y forma O3. El ozono es muy inestable y

reactivo y oxida la mayoría del material orgánico con que entra en contacto, de tal

manera que destruye muchos microorganismos causantes de enfermedades. El

ozono se considera más seguro que la clorina porque, mientras que la clorina

tiene que ser almacenada en el sitio (altamente venenoso en caso de un

lanzamiento accidental), el ozono es colocado según lo necesitado.

Cloración

Este procedimiento es también bastante efectivo y de uso generalizado en estados

unidos y en nuestro medio. Es un sistema de desinfección más económico que

los dos métodos anteriores. La dosis de cloro que se emplean normalmente es de

1mg/l; se obtienen aguas residuales de cloro del orden de 0.5mg/l para prevenir

contaminación posterior en la red de distribución. Para que el cloro actúe

efectivamente, se debe dejar un tiempo de contacto del cloro con el agua, de 15 a

20 min.

Dosificación del cloro

El cloro se encuentra en tres estados físicos: gaseoso. Líquido y sólido.

Cloro gaseoso en solución acuosa:

El cloro gaseoso viene embalado en cilindros y para poder pasarlo a una solución

acuosa se requiere de agua a presión. Por la complejidad y peligrosidad en el

manejo del cloro gaseoso este sistema es más utilizado en plantas de purificación

para acueductos de gran tamaño.

Aplicación del cloro solido o líquido.

En poblaciones pequeñas resulta ser más económico y fácil el empleo del cloro en

cualquiera de estos dos estados. Los hipocloritos (sales del ácido hipocloroso) .

Puede ser obtenido comercialmente en cualquiera de estas dos formas.

Hipoclorito de calcio: el hipoclorito de calcio más usado es hth y este viene en

forma granular, polvo o tabletas. Puede ser aplicada directamente.

Hipoclorito de sodio: este hipoclorito viene en forma de liquida en diferentes

concentraciones por ejemplo el penclorito 130(130g/l).

El cloro es un elemento muy corrosivo y por lo tanto se debe tener precaución en

su manejo. Adicionalmente los equipos empleados deben ser de materiales

resistentes a la corrosión.

Los hipocloritos líquidos son dosificados mediante el empleo de hipocloradores,

los cuales son bombas de desplazamiento positivo, de diafragma o pistón con

elementos resistentes a la corrosión.

Para hacer la dosificación de un hipoclorito, es necesario hacer una dilución de la

concentración inicial de cloro de 0.5 a 1.0 por ciento en peso.

Tabla 1.4 Operaciones y procesos unitarios y sistemas de tratamiento utilizados

para eliminar la mayoría de los contaminantes presentes en el agua residual.

Contaminante Operación unitaria, proceso unitario o sistema de tratamiento.

Sólidos en suspensión. Desbaste y dilaceración. Desarenado. Sedimentación. Filtración. Flotación. Coagulación/Sedimentación. Sistemas naturales (Tratamiento por evacuación al terreno.)

Materia orgánica Biodegradable.

Variantes de fangos activados. Película fija: filtros percoladores. Variantes del lagunaje. Filtración intermitente en arena. Sistemas físicos-químicos. Sistemas naturales.

Compuestos orgánicos Volátiles.

Arrastre por aire. Adsorción en carbón.

Patógenos. Nutrientes: Nitrógeno.

Cloración. Hipocloración. Cloruro de cromo. Ozonación. Radiación UV. Sistemas naturales.

Variantes de sistemas de cultivo en suspensión con nitrificación y desnitrificación. Variantes de sistemas de película fija con nitrificación y desnitrificación. Arrastre de amoniaco. Intercambio iónico.

Fósforo. Nitrógeno y fósforo.

Adición a sales metálicas. Coagulación y sedimentación con cal. Eliminación biológica del fósforo. Eliminación biológica-química del fósforo. Sistemas naturales. Eliminación biológica.

Fuente: Metcalf Eddy (1998).

1.8 POTENCIALES IMPACTOS AMBIENTALES

Los contaminantes de las aguas servidas municipales, o aguas servidas

domésticas, son los sólidos suspendidos y disueltos que consisten en: materias

orgánicas e inorgánicas, nutrientes, aceites y grasas, sustancias tóxicas, y

microorganismos patógenos. Los desechos humanos sin un tratamiento

apropiado, eliminados en su punto de origen o recolectados y transportados,

presentan un peligro de infección parasitaria, hepatitis y varias enfermedades

gastrointestinales, incluyendo el cólera y tifoidea.

Cuando las aguas servidas son recolectadas pero no tratadas correctamente

antes de su eliminación o reutilización, existen los mismos peligros para la salud

pública en las proximidades del punto de descarga. Si dicha descarga es en aguas

receptoras, se presentarán peligrosos efectos adicionales. Si la descarga entra en

aguas confinadas, como un lago o una bahía, su contenido de nutrientes puede

ocasionar la eutrofización, con molesta vegetación que puede afectar a las

pesquerías y áreas recreativas.

Los proyectos de aguas servidas son ejecutados a fin de evitar o aliviar los efectos

de los contaminantes descritos anteriormente en cuanto al ambiente humano y

natural. Cuando son ejecutados correctamente, su impacto total sobre el ambiente

es positivo.

Los impactos directos incluyen la disminución de molestias y peligros para la salud

pública en el área de servicio, mejoramientos en la calidad de las aguas

receptoras, y aumentos en los usos beneficiosos de las aguas receptoras.

Adicionalmente, la instalación de un sistema de recolección y tratamiento de las

aguas servidas posibilita un control más efectivo de las aguas servidas industriales

mediante su tratamiento previo y conexión con el alcantarillado público, y ofrece el

potencial para la reutilización beneficiosa del efluente tratado y de los fangos.

Los impactos indirectos del tratamiento de las aguas residuales incluyen la

provisión de sitios de servicio para el desarrollo, mayor productividad y rentas de

las pesquerías, mayores actividades y rentas turísticas y recreativas, mayor

productividad agrícola y forestal o menores requerimientos para los fertilizantes

químicos, en caso de ser reutilizado el efluente y los fangos, y menores demandas

sobre otras fuentes de agua como resultado de la reutilización del efluente.

A menos que sean correctamente planificados, ubicados, diseñados, construidos,

operados y mantenidos, es probable que los proyectos de aguas servidas tengan

un impacto total negativo y no produzcan todos los beneficios para los cuales se

hizo la inversión, afectando además en forma negativa a otros aspectos del medio

ambiente.

CAPITULO II

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Una unidad habitacional ubicada en la colonia El Vergel, de la ciudad de Poza

Rica, Veracruz, cuenta con 5 niveles y cada uno con 4 departamentos.

Cada departamento tiene:

2 habitaciones

1 baño

1 cuarto de lavado

Cocina

Sala – comedor

1 tinaco de 1200L

1 lavadora

1 fregadero Se requiere implementar una planta de tratamiento de aguas residuales la cual

sea factible, tomando en cuenta la composición de las aguas residuales

domésticas, y el caudal registrado.

Consideremos un promedio de 15 familias y 43 personas en total en temporada

normal.

Para el número de personas flotantes consideraremos que:

En verano llegan 2 personas más por familia, sumando 30 personas más y nos da

un total de 73.

En invierno llegan 4 personas más sumando 60 y nos da un total de 103.

Con estos datos tenemos tres promedios que son los siguientes:

Mínimo 43

Medio 73

Máximo 103

Consideramos un gasto de agua de 185L/per cápita/ día.

2.1 PARÁMETROS A CONSIDERAR

Caudal (Q)= flujo caudal x número de habitantes

DBO5= 200 mg/L

DQO= 400 mg/L

DQO/DBO= 2

SS= 3.5 mL/L

ST= 1200 mg/L

Q= (185 L/hab-día) (103 hab)= 19055 L/día (1día/ 86400s)

Q= 0.22 L/s (1m3/1000 L) (86400s/1 día)

Q= 19.008 m3/d

2.2 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN

Para hacer la proyección de la población y así obtener un mejor cálculo a la hora

de estimar el caudal diario que entrara a la planta se utilizaron tres métodos, que

son los siguientes:

1. Método aritmético.

PF= P2010+(I)(AP)

Donde:

PF= población futura

P2010= población total del 2010

I= incremento aritmético= ( P2005−P1995)

(2010−2000)

AP= años de proyección

2. Método de la tasa de crecimiento.

Pin+n= (1+Tc)n

Donde:

Pin= la población inicial

n= Proyección de años

Tc= tasa de crecimiento

3. Método de Malthus.

PF= P2010 (1+PI)(N/10)

Donde:

PF= población futura

PI= promedio de incremento= 𝑆𝑈𝑀𝐴(𝑖𝑛𝑐𝑟𝑒𝑚𝑒 %)(10)

2010−2000

Y fue así como obtuvimos la siguiente proyección de la población para la colonia el

Vergel.

Tabla 2.1 Proyección de la población en el Vergel

Proyección en el Vergel

Año Total de población inicial

Tasa de crecimiento

Total de habitantes

2014 73 0.0137 73

2016 73 0.0137 78

2018 78 0.0137 83

2020 83 0.0137 88

2025 88 0.0137 94

2030 94 0.0137 103 Fuente: Estimaciones de sefiplan con datos del INEGI.

2.3 UBICACIÓN DEL SITIO

Poza Rica de

Hidalgo es una ciudad

localizada al norte del

estado mexicano

de Veracruz, al oriente

de la República

Mexicana, el principal

núcleo urbano de la zona

norte de la entidad.

Su zona conurbada está conformada por asentamientos y núcleos de población,

fraccionamientos, colonias, áreas industriales y comerciales, asentadas sobre

territorios de los municipios limítrofes en una conurbación en proceso de

ratificación por parte de los ayuntamientos involucrados y el Congreso del estado,

en la que la ciudad de Poza Rica constituiría el núcleo central y que incluiría cinco

municipios en forma parcial, con sectores periféricos de los municipios

de Coatzintla, Tihuatlán, Cazones y Papantla.

Geología y relieve.

El centro de la ciudad se asienta en un pequeño valle sobre la cuenca del río

Cazones, en la llanura costera del Golfo de México, con una altitud promedio de

60 msnm, aunque la mayor parte del territorio se asienta sobre suelos irregulares,

en su mayor parte lomeríos al noreste de la ciudad, entre los que sobresale el

Cerro del Mesón, con una altura máxima de 242 msnm. Los suelos

preponderantes son del tipo vertisol, con un alto contenido de arcillas expansivas

que forman grietas en temporadas de sequía.

Hidrología.

El municipio de Poza Rica está enclavado en la cuenca hidrográfica del río

Cazones; este río de 100 km de longitud nace en la región montañosa del estado

de Hidalgo y desemboca en el Golfo de México, tiene un escurrimiento promedio

anual superior de 40 m³/s en su desembocadura.

Fig. 2.1 Mapa de la ciudad de Poza Rica.

La ciudad también se encuentra circundada por varios arroyos tributarios del río

Cazones como son el Mollejón, Hueleque, Salsipuedes y Arroyo del Maíz, que

regularmente se ven afectados por inundaciones en la temporada anual de lluvias.

Clima.

El clima de la región es con una temperatura media anual de 24.8°C, con

abundantes lluvias en verano y principios de otoño. La precipitación media anual

es de 1,103 mm.

Fig. 2.2 Imagen satelital del fraccionamiento.

El edificio está ubicado en el Fraccionamiento El Vergel, calle de la Rosa, andador

de los claveles, edificio E6.

Latitud: 20.5097253 Longitud: -97.4383178

Fig. 2.3 Mapa satelital del sitio.

Fig. 2.4 Fotografia del edificio E6.

2.4 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DOMESTICA DEL EDIFICIO

Tabla 2.2 caracterización del agua residual del edificio

Parámetro Unidad Concentración De la muestra

LMP por la NOM-001-SEMARNAT

1996

Observaciones

Solidos totales.

mg/L

1200

200

No cumple

Solidos suspendidos

ml/L 3.5 50 Si cumple

Demanda Bioquímica de

oxígeno, DBO5.

mg/L 200 60 No cumple

Demanda Química de oxígeno,

DQO.

mg/L 400 120 No cumple

Cloruros

mg/L 50

250 Si cumple

Nitratos

mg/L 300 60 No cumple

Sulfatos

mg/L 30 400 Si cumple

Coliformes totales NMP/100ml 107 a 108 2000 No cumple

CAPITULO III

DISEÑO DE LA PLANTA TRATADORA DE AGUA

3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES

Afluente

Tratamiento

preliminar

Tratamiento

primario

Tratamiento

secundario

Desinfección

Rejillas de limpieza manuales

Tanque de sedimentación circular lodos activados

Filtro de carbón activado

Biorreactor

(Humedal artificial).

Cloración

Efluente

3.2 DIAGRAMA DE PROCESOS

3.3 DISEÑO DE LA REJILLA

Caudal (Q) = 19.008 m3/d

Velocidad (v) = 28 m/h*

*velocidad, tomando en cuenta la distancia desde el punto más alto del edificio,

donde el agua comienza a fluir.

𝑣 = (28𝑚

ℎ) (24

ℎ

1 𝑑 ) = 672

𝑚

𝑑

𝐴 =𝑄

𝑣

𝐴 =19.008

𝑚3

𝑑

672 𝑚𝑑

𝐴 = 0.02828 𝑚2 ≈ 0.03 m 2

𝐴 = 𝜋𝑟2

𝑟 = √𝐴

𝜋

𝑟 = √0.02828𝑚2

3.1416

r= 0.0948 m

d= 0.1897 m

0.1897 𝑚 (100𝑐𝑚

1𝑚) (

1 𝑝𝑢𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠

2.53 𝑐𝑚) = 7.4706 𝑝𝑢𝑙𝑔 ≈ 8 pulgadas.

Área

A = L x L

0.03 m2 = L2

𝐿 = √0.03𝑚2

𝐿 = 0.1732 𝑚 (100 𝑐𝑚

1 𝑚 ) = 17.32 𝑐𝑚 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 = 6.8190 pulgadas.

Tomando en cuenta los datos de la Tabla 5.5 (Tchobanoglous y Burton 1991).

Tabla 3.1 Información usual para el diseño de rejillas de limpieza mecánica y

manual.

Parámetro Unidad Limpieza manual Limpieza mecánica

Tamaño de la barra: Ancho Pulgadas 0.2 – 0.6 0.2 – 0.6

Profundidad Pulgadas 1.0 – 1.5 1.0 – 1.5 Espaciamiento entre

barras Pulgadas 1.0 – 2.0 0.6 – 3.0

Inclinación con la vertical

Grad. 30 – 45 0 – 30

Velocidad de aproximación

Pie/s 1.0 – 2.0 2.0 – 3.25

Perdidas admisibles Pulgadas 6 6

Ancho de la barra 0.4 pulgadas

1 pulgada de separación entre barras

5 barras

1.016cm 2.54 cm

17.32 cm

3.4 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN

Condiciones de Diseño

𝑉 =1

3𝜋 𝑟2ℎ

L = 3

.

ℎ2 = 𝑔2 − 𝑟2

Relación Longitud-Diámetro 1 = 3

.

13 𝑝𝑖𝑒𝑠 (0.3048 𝑚

1 𝑝𝑖𝑒) 3.9624 𝑝𝑖𝑒𝑠 ≈ 4 𝑚

h =10 pies = 3.048 m

d = 10 pies = 3.048 m

r = 1.524 m

Pendiente = 6 = 1.8288 m

𝑔2 = ℎ2+ 𝑟2

Condiciones de la tubería de entrada:

Q = QII=

V= VII=

D= d =

Condiciones de diseño en el desarenador. Remoción de partículas hasta de diámetro con un grado de remoción de 75%

ɱ = 30 °𝐶 − 0.800 𝑥 10−6

32 ° 𝐶 1.924 (𝑓𝑡2 𝑆) 𝑥 105⁄ 𝑚2 𝑠⁄ Temperatura = 30°C

*Viscosidad cinemática (poas) = 𝑐𝑚2 𝑠 𝜌𝑎 30°𝐶 = 9.764 𝑘𝑔 𝑚3⁄⁄ Grado de desarenador = n = 1 Relación Longitud: Ancho = 1:3 Cota de la lámina del desarenador = Velocidad de sedimentación de las partículas d = 0.188 m

𝑉 = 𝑔

18 (𝜌𝑠− 𝜌)

ɱ 𝑑2 = Tamaño de la partícula ˃ 0.040 m

Tabla 5.1 Pág. 242 Tchobanoglous. *Se utilizó por nuestro criterio una pendiente de 6 pulgadas = 1.8288 m esto para que nos quedara idealmente.

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑠𝑡

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑜 𝑎𝑟𝑒𝑎

Medir altura del lodo

Mínima.

Velocidad máxima de ascensión = Velocidad del lodo a precipitar m/a (de abajo hacia arriba).

Carga volumétrica.

Carga orgánica 𝑚3 ℎ𝑎𝑏. 𝑑í𝑎 𝑋 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠.⁄

*Volumen diario * Eficiencia = 𝑚3 Se le añade el 20% por cuestiones de seguridad.

(𝑄)(𝐸) = 𝑉

𝑉 = (19.008 𝑚3

𝑑) (0.75) = 14.256𝑚3 ≈ 15 𝑚3

Pueden ser 2 tanques de 8 𝑚3

Volumen del cilindro según dimensiones de la tabla 5.16 de la pág. 310

𝑉 = 𝜋 𝑟2 ℎ = (3.1416)(15.524)2(2.0371𝑚) = 14.8639 𝑚3

15 𝑚3 → 100%

Volumen del cono.

𝑉 = 1

3𝜋𝑟2ℎ =

1

3(3.1416)(1.524)2(1.10109𝑚)

= 2.4587 𝑚3

𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 17.3226 𝑚3

𝑉 ≠ ℎ2+ + 𝑟2

ℎ2 = 𝑔2 − 𝑟2

ℎ = √𝑔2 − 𝑟2

ℎ = √(1.8288)2 = 1.0109 𝑚

3.5 FILTRO DE CARBON ACTIVADO

Para el diseño del filtro se tomaron las concideraciones de “la Guia para el diseño

de sistemas de filtración”, Lima 2005.

Y los siguientes criterios nos seran de mucha ayuda para el diseño de dicho filtro.

Periodo de diseño: es recomendable para esta fuente entre 8 y 12 años,

sin embargo nuestro diseño plantea una duración de 10 años.

Periodo de operación: -deben ser diseñados para periodos de operación de

24 horas, siento de 2 el número minimo de unidades en paralelo.

Caudal del diseño: las unidades en una planta de tratamiento serán

diseñadas para el caudal maximo diario.

Dimensionamiento:

Área superficial

As= 𝑄𝑑

𝑁𝑥𝑉𝐹

Donde:

As= se obtiene del caudal de agua en m3/h y de la tasa de filtración

Vf= velocidad de filtración (m/h)

De acuerdo a esta guía la velocidad de filtración varia entre los 0.1 y 0.2

m/h. Y cambe mencionar que a mayor contaminación del agua el afluente

tendra una menor velocidad de filtración,

Qd= carga total del diseño (m3/h)

N= número de unidades

Para N tambien se considera un valor experimental obtenido de la guia para el

diseño de sistemas de filtracíón y el dato utilizado es 2.

Sustituyendo en la ecuación se tiene:

As= (0.792

𝑚3

ℎ)

(2)(0.2𝑚/ℎ)

As= 1.98 m2

Coeficiente de minimo costo

K= (2N)/(N+1)

Sustituyendo se tiene

K= (2)2/(2+1)

K= 1.33

Longitud de unidad

L= (AsK)1/2

L= ((1.98 m2)1.33)1/2

L= 1.57 m

Ancho de unidad b = (As/K)1/2

b= (1.98 m2/ 1.33)1/2

b=1.22 m

3. 6 DISEÑO DEL HUMEDAL

Factores a considerar

Caudal (Q)= 19.008 m3

Volumen

Área

Concentración BDO5 inicial= 100mg/L

Calculo de la carga orgánica

CBDO5 inicial= 100 mg/L

(100 𝑚𝑔

𝐿) (

1 𝑔

1000𝑚𝑔 ) (

1000𝐿

1𝑚3 ) = 100 g/m3

Carga orgánica = C0 * Q

Carga orgánica = (100

𝑔

𝑚3 ) (19.008 𝑚3

𝑑 )

1000 𝑔

𝑘𝑔

= 1.9008 𝐾𝑔

𝑑

Tomando en cuenta la temperatura más fría en la región de Poza Rica, Ver. y de

acuerdo a la tabla establecida por US EPA (1983).

Tabla 3.2 Temperatura a considerar

Temperatura media en invierno (°C) Carga superficial de DBO

Kg/ha * d lb/ac * d

> 15 45 – 90 40 – 80

0 – 15 22 – 45 20 – 40

< 0 11 – 22 10 – 20

Carga superficial 40 Kg/ha * d

Área

Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Á𝑟𝑒𝑎 =

1.9008𝑘𝑔𝑑

40𝑘𝑔

ℎ𝑎 ∗ 𝑑

Área= 0.0475 ha 475.2 m2

Suponiendo una altura de 1 m

Tiempo de retención

𝑡 = 𝐴ℎ

𝑄

𝑡 = 475.2 𝑚2

19.008 𝑚3

𝑑

t= 25 días

Volumen

𝑄 = 𝑉

𝑡

V= Qt

V= (19.008 𝑚3

𝑑) (25 d)

V= 475.2 m3

Dimensiones

Se utiliza una relación 3:1 (Stainer 1993)

W= √Á𝑟𝑒𝑎

3

W= √475.2 𝑚2

3

W= 12.5857 m ≈ 13 m

L= 3W

L= 3 (12.5857m)

L= 37.7571 m ≈ 38 m

Ajustando dimensiones

L = 6m

W= 2 m

h= 1 m

Pendiente del fondo del 10% (W.E.F. 1990) = 0.1 m

Plantas acuáticas emergentes (Burka and Louvenue 1990).

Juncuss effussus 5 – 15 cm (Profundida de la raíz).

Typha latifolia 15 – 60 cm (Profundidad de la raíz).

Pasto vetiver 2 m (altura).

Phragmites 3 m (altura).

2 m 6m

1m Nivel del agua

20 cm de sustrato (tierra).

50 cm de grava (tamaño

mediano).

10 cm de arena.

3.6 CLORACIÓN

Diseño del tanque de cloración

Relación Longitud-Diámetro.

13 𝑝𝑖𝑒𝑠 (0.3048 𝑚

1 𝑝𝑖𝑒) 3.9624m ≈ 4 𝑚

h =10 pies = 3.048 m

d = 10 pies = 3.048 m

r = 1.524 m (𝑄)(𝐸) = 𝑉

𝑉 = (19.008 𝑚3

𝑑) (0.75) = 14.256𝑚3 ≈ 15 𝑚3

Pendiente = 6 = 1.8288 m

Volumen del cilindro según dimensiones de la tabla 5.16 de la pág. 310

𝑉 = 𝜋 𝑟2 ℎ = (3.1416)(15.524)2(2.0371𝑚)

= 14.8639 𝑚3

Volumen del cono.

𝑉 = 1

3𝜋𝑟2ℎ =

1

3(3.1416)(1.524)2(1.10109𝑚)

= 2.4587 𝑚3

𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 17.3226 𝑚3

Condiciones de la dosificación

Caudal:

19.008 𝑚3/d = (1𝑚3

1000𝐿)(

24ℎ

1 𝑑)(

1 ℎ

3600𝑠) = 0.22 L/s

GASTO DE PERCLORITO

0.22L/s x 1.5 mg/L x 86.4 = 28.512 g Cl2/d

28.512 𝑔 𝐶𝑙2/𝑑

130𝑔 𝐶𝑙2/𝐿 = 0.21 L/d

Al hacer la dilución para dosificar del 1% en peso, la concentración seria de 1.3g/L.

Entonces el caudal de la bomba dosificadora puede adecuarse como:

q= 1.5

𝑚𝑔

𝐿 𝑋 0.22 𝐿/𝑆

130 𝑚𝑔/𝐿 = 0.33 mg/s

q=0.33 𝑚𝑔/𝑠

1300 𝑚𝑔/𝐿 = 0.00025 mL/s

Muestreo y localización de los puntos de control en una planta de

tratamiento de aguas residuales.

Afluente de la planta

Antes que todo, hay que acordar y marcar dentro de la planta de tratamiento, los

puntos donde se deben realizar los muestreos para evaluar el comportamiento del

proceso. Se marcan con número y colores para determinar quien realiza el

muestreo y análisis en ese punto.

Las características del tipo de agua a la planta, determina como debe de ser

operado el sistema para obtener el mejor desempeño. Las variaciones de los tipos

y cantidades de contaminantes pueden estropear el medio ambiente donde crecen

los microorganismos del proceso de lodos activados. Esto sucede muy a menudo

para el caso de las aguas de tipo industrial, sin embargo, una planta de

tratamiento debe funcionar con cualquier residuo doméstico.

Por normatividad y para control de proceso el flujo total de agua que entra y sale

debe conocerse. También es importante, tener registros de los flujos de entrada

instantáneos, para preparar muestras compuestas de agua residual. Por eso, se

recomienda usar un medidor de flujo electrónico, con lecturas instantáneas, y

acumuladas en m3, o tomas lecturas en vertedores de forma manual con regletas.

Como se encuentran todo tipos de compuestos en el agua residual, es necesario

categorizarlos de acuerdo con el impacto que pueden tener en el proceso.

Típicamente en el afluente se miden el pH, DBO, SST, SSV, os sólidos

sedimentables, el nitrógeno y el fósforo, para conocer el balance de nutrientes.

La alcalinidad también se verifica, para determinar que se encuentre en

concentraciones adecuadas para el tratamiento biológico en la remoción de

nitrógeno.

Es el punto de muestreo marcado como afluente a la planta debe ser

representativo del agua cruda. Puede ser muestreado manualmente o por

muestreador automático.

Sedimentador primario

Puede ser necesario conocer el flujo de los lodos primarios, únicamente para

seguir el funcionamiento del proceso. En ocasiones es necesario para este

proceso, medir la concentración de SST y SSV de los lodos de purga, del afluente

y efluente, para determinar su eficiencia.

MANTENIMIENTO

Supervisar la Operación de las Planta de tratamiento de aguas residuales

(PTAR).

Supervisar la Generación y el Ingreso de Aguas Residuales a la PTAR.

Controlar la Operación de la PTAR.

Controlar el Arranque y Estabilización de la PTAR.

S. Controlar el Manejo, Tratamiento y Disposición de Residuos Generados

en la PTAR.

NORMAS DE OPERACiÓN

Es responsabilidad del Jefe del Departamento de Procesos, Mantenimiento

y Conservación de Plantas:

Coordinar la asesoría técnica y normativa en lo referente a las PTAR, al

personal operativo o administrativo de los centros de trabajo que lo

soliciten.

Promover la capacitación teórica-práctica para el desempeño de las

funciones básicas del Encargado.

Coordinar la asesoría a los centros de trabajo en los alcances e ingeniería

básica de los proyectos relacionados con las PTAR.

Promover traspasos de bienes en desuso y recomendar necesidades de

inversión dentro de los anteproyectos de cada año relacionados con las

PTAR.

Es responsabilidad del Subgerente, del Encargado y del Jefe del

Departamento de Procesos, Mantenimiento y Conservación de Plantas,

promover medidas para ahorrar agua potable y previo análisis de beneficio

costo, reutilizar el agua tratada de la PTAR dentro y fuera del centro de

trabajo, verificando que se cumpla con la norma.

Se debe de programar el mantenimiento del equipo considerando que la planta

debe de trabajar de forma continua durante los 365 días del año.

La entrada de la corriente del agua residual deberá ser desviada a un tanque de

almacenamiento auxiliar en caso de contar con este, ya que no es recomendable

desviarlo a la corriente del emisor.

El tanque sedimentador debe ser limpiado cuando menos dos veces por año,

aprovechando la evacuación de lodos. La rejilla deberá ser limpiada en forma

diaria para retirar la basura, restos de comida o bolsas que hayan quedado

retenidas.

El carcamo de bombeo deberá ser lavado cada vez que el nivel descienda al

mínimo y procurar tener una bomba de relevo para el mantenimiento periódico

anual.

El filtro de carbón deberá ser limpiado cada tres meses y cambiado cuando

menos una vez al año.

Se debe tomar en cuenta en el proceso de cloración los riesgos y manejo especial

que requieren los compuestos químicos utilizados, así como su almacenamiento.

Se deben tomar en cuenta las normas de seguridad e higiene en toda la planta y

cada uno de los procesos que se realicen.

CAPITULO 4

NORMATIVIDAD

NORMA OFICIAL MEXICANA

NOM-001-ECOL-1996.

QUE ESTABLECE LOS LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CONTAMINANTES

EN LAS DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES EN AGUAS Y BIENES

NACIONALES.

Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de

contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales,

con el objeto de proteger su calidad y posibilitar sus usos, y es de observancia

obligatoria para los responsables de dichas descargas. Esta Norma Oficial Mexicana

no se aplica a las descargas de aguas provenientes de drenajes separados de

aguas pluviales.

LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA CONTAMINANTES BÁSICOS

PARÁMETR

OS

RÍOS EMBALSES NATURALES

Y ARTIFICIALES

AGUAS COSTERAS SUELO

(miligramos

por litro,

excepto

cuando se

especifique)

Uso en

riego

agrícola (A)

Uso

público

urbano (B)

Protección

de vida

acuática

(C)

Uso en

riego

agrícola (B)

Uso público

urbano (C)

Explotación

pesquera,

navegación y

otros usos

(A)

Recreación

(B)

ESTUARIOS

(B)

Uso en

riego

agrícola

(A)

HUMEDAL

ES

NATURAL

ES (B)

P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D P.M

.

P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.

M

P.D

.

P.M

.

P.D

Temperatura oC (1)

N.A N.A 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 N.

A.

N.A

.

40 40

Grasas y

Aceites (2)

15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25

Materia

Flotante (3)

Ause

nte.

Ause

nte.

Ause

nte.

Ause

nte.

Ause

nte.

Aus

ente

.

Ause

nte.

Ausen

te.

Ause

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Ausent

e.

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Aus

ente

.

Ause

nte.

Ause

nte.

Ause

nte.

Sólidos

Sedimentable

s (ml/l)

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 N.

A

N.A 1 2

Sólidos

Suspendidos

Totales

150 200 75 125 40 60 75 125 40 60 150 200 75 125 75 125 N.

A

N.A 75 125

Demanda

Bioquímica

de Oxígeno5

150 200 75 150 30 60 75 150 30 60 150 200 75 150 75 150 N.

A

N.A 75 150

Nitrógeno

Total

40 60 40 60 15 25 40 60 15 25 N.A. N.A N.A. N.A. 15 25 N.

A

N.A N.A N.A

Fósforo Total 20 30 20 30 5 10 20 30 5 10 N.A N.A N.A. N.A. 5 10 N.

A

N.A N.A N.A

LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES PARA CONTAMINANTES BÁSICOS

PARÁMETR

OS

RÍOS EMBALSES NATURALES

Y ARTIFICIALES

AGUAS COSTERAS SUELO

(miligramos

por litro,

excepto

cuando se

especifique)

Uso en

riego

agrícola (A)

Uso

público

urbano (B)

Protección

de vida

acuática

(C)

Uso en

riego

agrícola (B)

Uso público

urbano (C)

Explotación

pesquera,

navegación y

otros usos

(A)

Recreación

(B)

ESTUARIOS

(B)

Uso en

riego

agrícola

(A)

HUMEDAL

ES

NATURAL

ES (B)

P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D P.M

.

P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.M. P.D. P.

M

P.D

.

P.M

.

P.D

Temperatura oC (1)

N.A N.A 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 N.

A.

N.A

.

40 40

Grasas y

Aceites (2)

15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25 15 25

Materia

Flotante (3)

Ause

nte.

Ause

nte.

Ause

nte.

Ause

nte.

Ause

nte.

Aus

ente

.

Ause

nte.

Ausen

te.

Ause

nte.

Ausent

e.

Ausen

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Ausen

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Ausent

e.

Ausent

e.

Ausent

e.

Ausen

te.

Aus

ente

.

Ause

nte.

Ause

nte.

Ause

nte.

Sólidos

Sedimentable

s (ml/l)

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 N.

A

N.A 1 2

Sólidos 150 200 75 125 40 60 75 125 40 60 150 200 75 125 75 125 N. N.A 75 125

NOM-002-SEMARNAT-1996

NORMA OFICIAL MEXICANA, QUE ESTABLECE LOS LIMITES

MAXIMOSPERMISIBLES DE CONTAMINANTES EN LAS DESCARGAS DE

AGUAS RESIDUALES A LOS SISTEMAS DE ALCANTARILLADO URBANO O

MUNICIPAL

Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de

contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de

alcantarillado urbano o municipal con el fin de prevenir y controlar la contaminación

de las aguas y bienes nacionales, así como proteger la infraestructura de dichos

sistemas, y es de observancia obligatoria para los responsables de dichas

descargas. Esta Norma no se aplica a la descarga de las aguas residuales

domésticas, pluviales, ni a las generadas por la industria, que sean distintas a las

aguas residuales de proceso y conducidas por drenaje separado.

Especificaciones

Los límites máximos permisibles para contaminantes de las descargas de aguas

residuales a los sistemas dealcantarillado urbano o municipal, no deben ser

superiores a los indicados en la Tabla 1. Para las grasas y aceites es elpromedio

ponderado en función del caudal, resultante de los análisis practicados a cada una

de las muestras simples.

Suspendidos

Totales

A

Demanda

Bioquímica

de Oxígeno5

150 200 75 150 30 60 75 150 30 60 150 200 75 150 75 150 N.

A

N.A 75 150

Nitrógeno

Total

40 60 40 60 15 25 40 60 15 25 N.A. N.A N.A. N.A. 15 25 N.

A

N.A N.A N.A

Fósforo Total 20 30 20 30 5 10 20 30 5 10 N.A N.A N.A. N.A. 5 10 N.

A

N.A N.A N.A

Los límites máximos permisibles establecidos en la columna instantáneo,

son únicamente valores de referencia, en el caso de que el valor de

cualquier análisis exceda el instantáneo, el responsable de la descarga

queda obligado a presentar a la autoridad competente en el tiempo y forma

que establezcan los ordenamientos legales locales, los promedios diario y

mensual, así como los resultados de laboratorio de los análisis que los

respaldan.

El rango permisible de pH (potencial hidrógeno) en las descargas de aguas

residuales es de 10 (diez) y 5.5 (cinco punto cinco) unidades, determinado

para cada una de las muestras simples. Las unidades de pH no deberán

estar fuera del intervalo permisible, en ninguna de las muestras simples.

El límite máximo permisible de la temperatura es de 40°C. (cuarenta grados

Celsius), medida en forma instantánea a cada una de las muestras simples.

PARAMETROS

(miligramos por litro, cuando se

especifique otra)

PROMEDIO

MENSUAL

PROMEDIO

DIARIO

INSTRANTANEO

Grasas y aceites 50 75 100

Sólidos sedimentables (mililitros

por litro)

5

7.5

10

Arsénico total 0.5 0.75 1

Cadmio total 0.5 0.75 1

Cianuro total 1 1.5 2

Cromo hexavalente 0.5 0.75 1

Cobre total 10 15 20

Mercurio total 0.01 0.015 0.02

Níquel total 4 6 8

Plomo total 1 1.5 2

Zinc total 6 9 12

Se permitirá descargar con temperaturas mayores, siempre y cuando s

demuestre a la autoridad competente por medio de un estudio sustentado,

que no daña al sistema del mismo.

La materia flotante debe estar ausente en las descargas de aguas

residuales, de acuerdo al método de prueba establecido en la Norma

Mexicana NMX-AA-006.

Los límites máximos permisibles para los parámetros demanda bioquímica

de oxígeno y sólidos suspendidos totales, que debe cumplir el responsable

de la descarga a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, son los

establecidos en la Tabla 2 de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-

1996 referida en el punto 2 de esta Norma, o a las condiciones particulares

de descarga que corresponde cumplir a la descarga municipal.

El responsable de la descarga de aguas residuales a los sistemas de

alcantarillado urbano o municipal que no dé cumplimiento a lo establecido

en el punto anterior, podrá optar por remover la demanda bioquímica de

oxígeno y sólidos suspendidos totales, mediante el tratamiento conjunto de

las aguas residuales en la planta municipal, para lo cual deberá de:

a) Presentar a la autoridad competente un estudio de viabilidad que asegure que

no se generará un perjuicio al sistema de alcantarillado urbano o municipal.

b) Sufragar los costos de inversión, cuando así se requiera, así como los de

operación y mantenimiento que le correspondan de acuerdo con su caudal y carga

contaminante de conformidad con los ordenamientos jurídicos locales aplicables.

No se deben descargar o depositar en los sistemas de alcantarillado urbano

o municipal, materiales o residuos considerados peligrosos, conforme a la

regulación vigente en la materia.

La autoridad competente podrá fijar condiciones particulares de descarga a

los responsables de las descargas de aguas residuales a los sistemas de

alcantarillado, de manera individual o colectiva, que establezcan lo

siguiente:

c) Nuevos límites máximos permisibles de descarga de contaminantes.

d) Límites máximos permisibles para parámetros adicionales no contemplados en

esta Norma

NOM- 003-SEMARNAT-1997.

QUE ESTABLECE LOS LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE

CONTAMINANTES PARA LAS AGUAS RESIDUALES TRATADAS QUE SE

REUSEN EN SERVICIOS AL PÚBLICO.

Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios al público, con el objeto de proteger el medio ambiente y la salud de la población, y es de observancia obligatoria para las entidades públicas responsables de su tratamiento y reusó. En el caso de que el servicio al público se realice por terceros, éstos serán responsables del cumplimiento de la presente Norma, desde la producción del agua tratada hasta su reusó o entrega, incluyendo conducción o transporte de la misma.

IMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CONTAMINANTES

PROMEDIO MENSUAL

TIPOS DE REUSO Coliformes fecales

NMP/100 ml

Huevos de Helminto

(h/l)

Grasas y aceites

m/l

DBO5 mg/l

SST/mg/l

SERVICIOS AL PÚBLICO CON

CONTACTO DIRECTO

240 < 1 15 20 20

SERVICIOS AL PÚBLICO CON

CONTACTO INDIRECTO U OCASIONAL

1,000 < 5 15 30 30

La materia flotante debe estar ausente en el agua residual tratada, de acuerdo al método de prueba establecido en la Norma Mexicana NMX-AA-006, referida en el punto 2 de esta Norma Oficial Mexicana. El agua residual tratada reusada en servicios al público, no deberá contener concentraciones de metales pesados y cianuros mayores a los límites máximos permisibles establecidos en la columna que corresponde a embalses naturales y artificiales con uso en riego agrícola de la Tabla 3 de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996, referida en el punto 2 de esta Norma. Las entidades públicas responsables del tratamiento de las aguas residuales que reúsen en servicios al público, tienen la obligación de realizar el monitoreo de las aguas tratadas en los términos de la presente Norma Oficial Mexicana y de conservar al menos durante los últimos tres años los registros de la información resultante del muestreo y análisis, al momento en que la información sea requerida por la autoridad competente.

NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental.- Lodos y biosólidos.

Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su

aprovechamiento y disposición final, publicada en el DOF el 15 de agosto de2003

por la SEMARNAT.

NOM-052-SEMARNAT-1993. Que establece las características de los residuos

peligrosos, el listado de los mismos y los límites que hacen a un residuo peligroso

por su toxicidad al ambiente, publicada en el DOF el 22 de octubre de1993 por la

SEDUE. Cambios de nomenclatura por Acuerdo Secretaria publicados en el DOF

el 29 de noviembre de 1994 y el 23 de abril de 2003 por la SEMARNAT. r¡

NOM-053-SEMARNAT-1993. Que establece el procedimiento para llevar a cabo la

prueba de extracción para determinar los constituyentes que hacen a un residuo

peligroso por su toxicidad al ambiente, publicada en el DOF el 22 de octubre de

1993 por la SEDUE. Cambios de nomenclatura por Acuerdo Secretarial publicados

en el DOF el 29 de noviembre de 1994 y el 23 de abril de2003 por la SEMARNAT.

NOM-054-SEMARNAT-1993. Que establece el procedimiento para determinar la

incompatibilidad entre dos o más residuos considerados como peligrosos por la

Norma Oficial Mexicana NOM-052-SEMARNAT-1993, publicada en el DOF el

22 de octubre de 1993 por la SEDUE. Cambios de nomenclatura por Acuerdo

el29 de noviembre de 1994 y el23 de Abril de \..K 2003 por la SEMARNAT.

CAPITULO 5

RESULTADOS

De acuerdo a la normatividad antes mencionada se muestra una tabla con los

parámetros obtenidos después de realizar los cálculos convenientes, y así se hace

la comparación con los límites máximos permisibles.

Tabla 5.1 Datos del análisis del efluente de agua tratada mediante el proceso propuesto.

Parámetro Unidad Concentración De la muestra

LMP por la NOM-001-

SEMARNAT 1996

Observaciones

Solidos totales.

mg/L

100

200

Si cumple

Solidos suspendidos

ml/L 1.4 50 Si cumple

Demanda Bioquímica de

oxígeno, DBO5.

mg/L 40 60 Si cumple

Demanda Química de oxígeno,

DQO.

mg/L 80 120 Si cumple

Cloruros mg/L 30

250 Si cumple

Nitratos mg/L 30 60 Si cumple Sulfatos mg/L 20 400 Si cumple

Coliformes totales NMP/100ml 103 2000 Si cumple

REFERENCIAS ELECTRONICAS

http://server.cocef.org/aproyectos/FINSA_MATAMOROS.pdf

http://www.academia.edu/5868256/DISENO_DE_PLANTAS_DE_TRATAMI

ENTO_DE_AGUAS_RESIDUALES_act_10.

http://www.youtube.com/watch?v=k8IemqgwDh4

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lar/oropeza_b_vm/capitulo

4.pdf

http://www.fao.org/nr/water/aquastat/data/glossary/search.html?lang=es&ke

ywords=Agua+residual&submit=Buscar&subjectId=-1&submitBtn=-

1&_p=100&termId=-1

http://www.ceajalisco.gob.mx/publicaciones/pdf/plantas_tratam_tomo1.pdf

BIBLIOGRAFÍA

Diseño de acueductos y alcantarillados/Ricardo Alfredo Lopez Cualla/2da

edición/editorial escuela colombiana de Ingeniería/Alfa Omega grupo editor

1999.

Ingeniería ambiental: fundamentos, sustentabilidad, diseño. James R.

Mihelcic. Julie Beth Zimmerman. Editorial Alfaomega. 2012.