UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA Y METALÚRGICAESCUELA DE POST GRADO EN MINERÍA Y MEDIO AMBIENTE

ECOLOGÍA Y RECURSOS NATURALESCICLO III - 204 –MEMCICLO III - 204 –MEM

PRESENTADO: PRESENTADO:

A:A:

Dra. Vilma Ilave Antayhua.Dra. Vilma Ilave Antayhua.

NOVIEMBRE - 2006NOVIEMBRE - 2006

PLANTA DE TRATAMIENTO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LAAGUAS RESIDUALES DE LAUNIVERSIDAD NACIONAL DE UNIVERSIDAD NACIONAL DE

INGENIERIAINGENIERIA (UNITRAR)(UNITRAR)

OBJETIVOS La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

de la Universidad Nacional de Ingeniería, UNITRAR, fue construida entre los años 1994 y 1995 con financiamiento por recursos propios de la Universidad Nacional de Ingeniería y de FONCODES Lima. Se puso en funcionamiento en Enero de 1996 con el objetivo fundamental de propiciar la investigación científica, con tendencia a buscar alternativas de solución de bajo costo a la problemática de la disposición y uso inadecuado de las aguas residuales domésticas en el Perú. Del mismo modo, permite estudiar, desarrollar y mejorar tecnologías y técnicas en este nuevo e interesante campo ecológico.

La Planta Piloto de la UNI ocupa un área de 45,000 m2 y se encuentra ubicada en la parte norte del Campus Universitario, Sector “T” al lado derecho de la Avenida Túpac Amaru en el distrito de Independencia – Lima.

Por otro lado, este Ingenio se ha constituido como un Entorno Ecológico desde donde la UNÍ propone alternativas de desarrollo ambiental en beneficio de la comunidad, principalmente en el tema del manejo de las aguas residuales domésticas, el aprovechamiento de todos los sub-productos que se generan y obtienen en este proceso. Del mismo modo, contribuye a la formación técnico profesional de estudiantes a todo nivel, ya sean nacionales y extranjeros.

Finalmente, es necesario mencionar que la Planta fue diseñada para tratar un caudal de hasta 10 1/s de los desagües captados de la red de alcantarillado de SEDAPAL provenientes de los poblados de El Milagro y El Ángel, beneficiando a una población que bordea entre 8 000 y 10 000 habitantes.

Centro Poblado “El Milagro”

Centro Poblado “El Angel”

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Dispositivo de Captación y Regulación de Caudales

Este dispositivo interconecta el buzón N° 69 del sistema de alcantarillado de los poblados de El Milagro y El Ángel con la Planta de Tratamiento mediante una tubería de 8” de diámetro x 10 m. de longitud. Está constituido por una cámara de forma rectangular, un vertedero de forma circular y un dispositivo de rebose. Estos componentes permiten captar un máximo de 10 1/s derivando el caudal excedente hacia el sistema de alcantarillado interno de la planta.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO• Sistema de Clasificación

• El sistema de clasificación de la planta consta de dos tipos de rejas conectadas en serie y un relleno sanitario manual para la eliminación de los desechos recolectados.

• a) Rejas Gruesas: Esta unidad se encuentra ubicada en la entrada de la etapa de Pre-tratamiento, tiene por finalidad el de retener cuerpos extraños o sólidos grandes que son arrastradas por las aguas residuales (maderas, ramas, trapos, bolsas de plástico, latas, animales muertos, residuos de vegetales, etc.).

• b) Rejas Finas: Están ubicadas aguas abajo posterior al sistema de rejas gruesas, junto al desarenador.

• c) Relleno Sanitario Manual: Se encuentra ubicado cerca a de la zona de captación, tiene por objetivo disponer sanitariamente de los desechos orgánicos que se retiran de los dos sistemas de rejas.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

• Desarenador• Por medio del control de la

velocidad del flujo, esta unidad tiene la función de ayudar en la sedimentación del material inorgánico, manteniendo en suspensión los sólidos orgánicos. La característica de diseño más importante es mantener la velocidad líquida en el sistema en un valor constante (aproximadamente 0.3 m/s), independiente del caudal que pasa a través del canal; por cuanto mayores velocidades arrastrarían los sólidos inorgánicos que logran sedimentar, mientras que velocidades menores propiciarían la sedimentación del material inorgánico.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

• Medidor de Caudal• El medidor de caudal se encuentra

localizado 5 m aguas abajo del desarenador y es del tipo Palmer Bowles. Este tipo de medidores tiene la ventaja de ser sumamente simple, de muy fácil instalación en cualquier tramo recto de canal, de no requerir calibración

• El medidor Palmer Bowles de UNITRAR tiene un largo de 90 cm. Esta localizado en un canal de ancho 40 cm y alto de 50 cm. En su parte más angosta tiene un ancho de 20 cm y se levanta sobre el fondo del canal 5 cm

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente RAFA)

El Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente, RAFA; es una estructura de concreto armado de 11.4 m de largo por 8.4 m de ancho y 6.0 m de altura.Se encuentra localizado luego de la etapa de Pre tratamiento. Esta unidad se encarga de remover la materia orgánica de los desagües en un 60 - 80 %.Suscintamente el funcionamiento del RAFA se lleva a cabo de la siguiente manera: El desagüe ingresa hasta el fondo de la unidad y se distribuye uniformemente para luego ascender pasando por el manto de lodos que ocupa cerca de la mitad del volumen del reactor. La biomasa que se acumula y concentra es la encargada de degradar la materia orgánica del desagüe mediante una serie de reacciones que se llevan a cabo en

un medio anaerobio. Como consecuencia de estas reacciones se forma un biogás donde sus componentes principales son el CH4, H2S y C02. En esta Unidad el tiempo teórico de retención para un caudal de 10 1/s es de 7 horas.Con la experiencia ganada con el continuo monitoreo se puede considerar que esta Unidad esta conformada por cinco zonas claramente diferenciadas: zona de alimentación, zona de digestión,

zona de transición, zona de sedimentación y zona de recolección de gases (cámara de gas).

a) Zona de Alimentación:

A esta caja ingresan las aguas provenientes de la etapa pre-tratamiento.Luego del repartidor salen dos tuberías de PVC pesado de 6" Ø que conducen el caudal afluente a dos cajas distribuidorasubicadas en la parte superior del reactor.Cada caja distribuidora es una estructura rectangular de 0.9m de largo por 0.6 m de ancho y 0.7 de altura.En cada caja distribuidora hay doce compartimentos, cada uno con un vertedero triangular de 0.07 m de altura para permitir la distribución uniforme del caudal. Así las aguas ingresan a doce tuberías de 2" que penetran hasta el fondo de la unidad para permitir la distribución uniforme del flujo. La superficie del fondo es de 65 m2 consecuentemente cada tubería cubre una superficie de 2.7 m2

b) Zona de Digestión: Esta zona abarca los primeros 4 m de altura del RAFA. En esta zona se lleva a cabo el contacto entre las aguas residuales y el lodo anaerobio. El agua una vez distribuida en el fondo de la unidad asciende por propia carga hidráulica atravesando el manto de lodos en donde los microorganismos anaerobios estabilizan la materia orgánica llevándose a cabo las reacciones típicas del medio anaerobio como son: Hidrólisis, Acidogénesis, Acetogénesis y Metanogénesis. Dadas estas condiciones se logra reducir la DQO2 del efluente, se remueve parte de los sólidos suspendidos y se generan biogás como subproducto. De esta manera se obtiene un efluente más clarificado.

c) Zona de Transición:

En esta zona se lleva a cabo la separación entre el agua tratada, el gas producido, y el lodo anaerobio. La separación entre la fase gaseosa y la fase líquida se lleva a cabo gracias a la presencia de deflectores que son estructuras de concreto que dirigen el gas producido a la cámara de recolección de gases. Los lodos anaerobios se mantienen en el fondo de la unidad. Se debe controlar el caudal que ingresa a la unidad para evitar velocidades ascensionales muy altas que empujen al lodo hacia los sedimentadores.

d) Zona de sedimentación: Esta zona esta ubicada sobre los 4 m del fondo de la unidad. La altura de sedimentación es de 1.5 m y 0.5 m de altura del borde libre. La unidad cuenta con dos sedimentadores los cuales poseen paredes inclinadas lisas que permitan deslizar el lodo hasta el fondo de la unidad si es que este se ha elevado por fallas en el RAFA. El agua tratada se recolecta en la parte superior de los sedimentadores por medio de dos canaletas laterales de sección triangular ubicadas en la parte interna del RAFA y dos canaletas laterales de sección rectangular ubicadas en la parte lateral del RAFA. Cada canaleta cuenta con vertederos colocados a toda su longitud. El desagüe de dichas canaletas desemboca en un repartidor de caudal con tres vertederos triangulares, dividiendo el caudal en tres partes iguales. De este repartidor salen tres tuberías de PVC de 6" que alimentan posteriormente a la laguna secundaria.

Se ha instalado un tanque de Mariotte el que se encuentra ubicado en la parte superior del RAFA, tiene una altura de 30 cm., una longitud de 11.4 m y un ancho de 2.2 m. Esta cámara cuenta con una salida de gas de 4". El gas que tiene como productos principales al CH4, H2S y CO2 se quema diariamente y se miden los volúmenes producidos diarios.

CÁMARA Y MEDIDOR DE

GASES

La unidad cuenta un dispositivo de extracción de exceso de lodos, que está constituido por un sifón de PVC de 8", ubicado a 1.5 m del fondo que permite la evacuación de lodos. Se han previsto también 4 salidas de lodos mediante sistemas de sifones de PVC de 4", para toma de muestras de lodos ubicadas a 1, 1.5, 2.0 y 2.5 m. respectivamente del nivel del fondo. Como consecuencia de lo descrito, se ha construido una unidad denominada Lecho de secado de lodos para la deshidratación del exceso de lodos que se retiran periódicamente del RAFA. Cuando el lodo húmedo es descargado al lecho.Este lecho no ha sido utilizado totalmente hasta la fecha ya que no existe exceso de lodos en el reactor que implique la necesidad de su eliminación, solo se ha usado para eliminar volúmenes pequeños con fines demostrativos.

LECHO DE SECADO DE LODOS

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

El sistema de lagunas de la planta UNITRAR esta constituido por dos lagunas del tipo facultativo y dispuesto en serie. La 1ra. laguna es rectangular y tiene casi el doble de volumen (7500 m3) que la 2da. Que es cuadrada (3750 m3).El efluente del RAFA ingresa a la 1ra. laguna, a través de tres entradas distanciadas proporcionalmente a lo ancho de la laguna. El efluente sale por medio de tres dispositivos en los que se pueden realizar la medición de caudales a través de vertederos triangulares. Estas salidas se unen posteriormente para repartir el caudal nuevamente hacia tres entradas en la 2da. laguna (con similares características que las de la laguna secundaria)..El modelo hidráulico de ambas lagunas es de flujo disperso. Los procesos desarrollados en las lagunas son: sedimentación; digestión de lodos; estabilización aerobia de la materia orgánica; fotosíntesis con formación de algas y producción de O2 y consumo de CO2; y remoción de bacterias y organismos

patógenos. Los parámetros de construcción de ambas lagunas

son las siguientes:

Parámetros PrimeraLaguna

Segunda Laguna

Área Superficial (ha) 0.52 0.26

Relación largo / ancho 2 1

Largo en espejo de agua (m)

102 51

Ancho en espejo de agua (m)

52 51

Periodo de Retención (días)

10 6

Profundidad (m) 1.5 1.5

Relación de talud 2:1 2:1

Volumen (m3) 7500 3750

UNIDAD DE ACUICULTURA (ESTANQUE DE PECES)

Como uno de los aprovechamientos de los efluentes tratados existen tres estanques de sección trapezoidal, cuyos taludes han sido recubiertos con hormigón, y en el fondo se ha impermeabilizado con una capa de arcilla. Los tres estanques están denominados con las letras A, B y C, siendo el estanque C el que esta junto a la primera Laguna. Cada estanque posee un área aproximada de 700 m2, para un nivel de agua de 1.00 m.En estos estanques se cultivan peces de la especie Tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus). Esta especie tropical puede adaptarse bien a climas como el de Lima y alcanzar un peso de 250 gr. en un periodo de 16 meses.Estos estanques son llenados con aguas provenientes de la 2da. laguna y luego permanecen en un periodo de reposo (bach) por 2 semanas, sin ingreso ni salida de agua, para luego poder ser usados para la acuicultura. El nivel de agua en cada estanque debe estar entre 1.0 y 0.80 m. Sólo se ingresa agua de la 2da. laguna para recuperar el volumen perdido por evaporación o infiltración.

HUMEDAL (WETLAND)

El término “humedales construidos” se refiere a un área diseñada y construida para contener las plantas de humedales a través de la cual, las aguas residuales pasan para su respectivo tratamiento. El propósito es permitir que ocurra la reacción química y biológica natural en el sistema de tratamiento, y no en el cuerpo de recepción de agua. Las plantas y los microorganismos desempeñan un papel importante. Las plantas proporcionan un área superficial para microbios y para transportar el oxígeno produciendo una zona de oxidación en la rhizosphere donde adicionalmente existen poblaciones microbianas. Este complejo de vegetación y microbios tiene una alta eficiencia en modificar nutrientes, metales y otros compuestos.En la vegetación se distinguen las Juncus imbricatus. "totora" y algas del género Cianophyta y Clorophyta totoras.

CONCLUSIONES Actualmente la Planta de Tratamiento UNITRAR se constituye como un

hito ecológico positivo, por cuanto está permitiendo estudiar, desarrollar y mejorar tecnologías y técnicas para hallar alternativas de solución de bajo costo a la problemática de la disposición y uso inadecuado de las aguas residuales domésticas en el Perú.

El aprovechamiento primordial que tiene las aguas tratadas es que sirven para el regadío de todas las áreas verdes de la UNI. De igual modo, permite el regadío del vivero forestal de la Universidad en donde se observa una amplia variedad de hortalizas y plantas ornamentales. Cabe mencionar que el excedente de agua se traslada con el mismo fin a distintos distritos de Lima.

Por otro lado, en esta Planta no sólo se desarrollan y plantean aspectos netamente técnicos, sino también de gestión y aprovechamiento de todos y cada uno de los subproductos que se generan en cada una de las unidades de tratamiento haciéndola viable y más atractiva para aquellos que en un futuro asuman la administración de sistemas similares: aguas residuales tratadas aptas para el riego de áreas verdes y el vivero forestal y desarrollo de peces; biogas para la generación de calor y energía eléctrica; sólidos biológicos para aplicación como mejorador de suelos e insumo para elementos estructurales rústicos, etc.

Contribuye a la formación técnico profesional de los estudiantes de todo nivel y nacionalidad. Por otro lado, brinda todo tipo de apoyo en el desarrollo de tesis de investigación.