alcantarillado & ptar

RED DE ALCANTARILLADO Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

I. INTRODUCCIÓN:

Luego de la realización del diseño de las diferentes estructuras concernientes a la

Captación, Conducción, Almacenamiento y Distribución del agua potable, toca ahora la

evacuación de las distintas aguas negras y blancas para ello se tendrá que realizar el

diseño de la Red de Alcantarillado y de su posterior evacuación en la Planta de

Tratamiento de Aguas Residuales.

La Red de Alcantarillado es el conjunto de tuberías, buzones, en algunos casos estaciones de bombeo y todas las instalaciones que sean necesarias para asegurar una evacuación conveniente de las aguas negras hacia la Planta de Tratamiento.

Una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, se diseña para retirar las

cantidades suficientes de sólidos orgánicos e inorgánicos que permitan su disposición

final, evitando así la contaminación de las aguas receptoras por esta causa.

El problema de disponer de las aguas residuales fue imponiéndose debido al uso

del agua para recoger y arrastrar los productos del desecho de la vida humana. Las

aguas residuales deben ser llevadas tan rápidamente como sea posible a la planta de

tratamiento, para evitar su putrefacción en el tránsito, con resultados desagradables.

La planta de tratamiento de aguas residuales, estará justificada desde el punto de

vista económico y funcional.

Es por tal motivo que el presente trabajo muestra una de las formas de realizar el

diseño de la Red de Alcantarillado y del PTAR para solucionar la evacuación de las

aguas blancas y negras de la ciudad propuesta en el trabajo Nº 1.

II. OBJETIVOS:

Diseñar la Red de Alcantarillado ubicando adecuadamente los buzones,

diámetros de tuberías y pendientes de las mismas, de tal forma que cumpla

con las normas y criterios establecidos, tratando de lograr un solo punto

emisor para disminuir los costos.

Diseñar la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la ciudad antes

mencionada, considerando para ello el diseño de Estructuras de

Pretratamiento y Lagunas de Oxidación.

III. REVISIÓN DE LITERATURA:

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INGENIERÍA CIVIL

1. RED DE ALCANTARILLADO:

TIPO DE SISTEMAS DE ALCANTARILLADO:

A. Sistema Independiente.- Es la canalización tanto de aguas negras como de aguas blancas en forma independiente.

B. Sistema Combinado.- Evacuación de aguas negras y aguas de lluvia en forma conjunta, es aconsejable en zonas donde existe gran cantidad de personas y no existe espacio para establecer redes independientes.

C. Sistema Separativo.- Es la evacuación de aguas de lluvia y aguas negras en un mismo conducto, pero en forma independiente. Se recomienda cuando la ciudad es grande.

UNIDADES (COMPONENTES):

Tuberías.

Tuberías colectoras, se consideran las siguientes: Principales (troncales),

Secundarias y domiciliarias.

o Tuberías Colectoras secundarias, que son de diámetro pequeño y

reciben los afluentes de los colectores domiciliarios.

o Tuberías colectoras domiciliarias, se encargan de conducir las aguas

residuales de los edificios hasta la red de alcantarillado.

o Tuberías Colectoras Principales, son de mayor diámetro y cuya

función es recibir las afluentes de varios colectores de alcantarillado,

conduciéndolos a un interceptor o receptor.

o Tuberías Emisoras, conducto final de un sistema de alcantarillado

sanitario, destinado al alojamiento de los afluentes de la red hasta el

lugar de descarga, sin recibir contribuciones en su curso.

EQUIPO COMPLEMENTARIO:

Buzones de Inspección: Son dispositivos de inspección situados en puntos

obligatorios de la tubería y obras de alcantarillado.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS:

1. Generalidades :

Las edificaciones situadas donde exista un colector público de desagüe, deberán

tener obligatoriamente conectadas sus instalaciones domiciliarias de desagüe a la

red pública se realizará mediante la caja de registro o buzón de dimensiones y de

profundidad apropiadas, de acuerdo a lo especificado en el R.N.C.

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Página 2


En un sistema de desagüe se prohíbe que las tuberías crucen por el interior de

reservorio de agua potable, ni sobre el techo (LOSA) de cobertura de los mismos.

Los desagües provenientes de locales industriales y otros, cuyas características

físicas y químicas difieren de las del tipo doméstico.

2. Red de Colección :

Los colectores se colocarán en alineamientos rectos.

Cuando un colector enterrado cruce una tubería de agua deberá pasar por debajo

de ella y la distancia vertical entre la parte inferior de la tubería de agua y la clave

del colector, no será menor de 0.10 m.

Los empalmes de los colectores entre colectores y los ramales de desagüe, se

harán a un ángulo no mayor de 45º, salvo que se hagan en un buzón o caja de

registro.

Al calcular el diámetro de los conductos de desagüe se tendrá en cuanta lo

siguiente:

o El diámetro mínimo que reciba la descarga de un inodoro será 10 mm (4”)

o El diámetro de la montante no podrá ser menor que el de cualquier de los

orificios de salida de los aparatos que en él descarguen.

o El diámetro de un conducto horizontal de desagüe no podrá ser menor que

el de cualquiera de los orificios de salida de los aparatos que en él

descarguen.

Todo punto de contacto entre el sistema de desagüe y los ambientes (punto de

colección abierto) deberá estar protegido por un sello de agua con una altura no

inferior a 0.05 m. Ni mayor de 0.10m, contenido en un dispositivo apropiado

(trampa o sifón).

Se colocarán registros en todos los sitios indicados a continuación:

o Al comienzo de cada ramal horizontal de desagüe o colector.

o Cada 15 m, en los conductos horizontales de desagüe.

o Al pie de cada montante, salvo cuando ella descargue a una caja de

registro o buzón distante no más de 10 m.



o Cada dos cambios de dirección en los conductos horizontales.

o En la parte superior de cada ramal de las trampas “U”.

Cuando las aguas servidas contengan grasas, aceites, material inflamable, arena,

tierra, yeso u otros sólidos y líquidos objetables que pudieran afectar el buen

funcionamiento del sistema de evacuación del edificio o del sistema público, será

necesario la instalación de interceptores, o separadores.

DISEÑO HIDRÁULICO

Aclaración:

En los tramos iníciales no se consigue la velocidad mínima por lo que el R.N.C. especifica que los primeros 300 m. De la Línea de alcantarillado deberá diseñarse con 1% (mín).

DISEÑO:

Para el diseño se Toma en cuenta la Fórmula de Manning:

CONDICIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE LA RED:

Para lograr un buen diseño del sistema se debe tener en cuenta las siguientes

consideraciones:

Caudal de Aguas Domésticas:

Aguas residuales domésticas según el R.N.C. se considera que el 80% de dicho

Caudal consumido, ingresa al sistema de alcantarillado.

Caudal por Infiltración:

Caudal Infiltrado por Colectores:

Se considera 20 000 lts/día/Km.

Por Buzones:

QB = 0.044 lts/seg/buzón



PROCEDIMIENTO EMPLEADO:

En el presente trabajo se ha elaborado la red de flujo y se ha realizado el cálculo

de diseño y chequeo de toda la ciudad, con el objetivo de no tener errores en las

profundidades de los buzones por la intersección de las calles. Para tal efecto se ha

seguido el siguiente procedimiento:

Se ha tratado la red de flujo del sistema de alcantarillado de toda la ciudad

asignándole una numeración a los buzones e indicando el sentido de flujo con

cada tramo de tubería.

Se ha procedido a determinar las longitudes de cada tramo de tubería y se contó

el número de buzones por tramo.

Elaborando el CUADRO DE DISEÑO DE DIAMETROS Y PROFUNDIDADES se

determinó inicialmente las cotas de terreno de cada buzón por interpolación lineal,

las que se considerarán como las cotas de tapa de buzón por no haber ninguna

información adicional. Procediéndose luego a calcular las pendientes topográficas

haciendo uso de las longitudes de cada tramo entre cada buzón.

Se calculó las pendientes permisibles por topografía y profundidad de cada buzón,

de la siguiente manera:

Si consideramos una profundidad mínima de buzón de 1.50m se cumplirá la

profundidad mínima que requiere la tubería, en tal sentido las profundidades de buzón

serán de 1.20m a 3.00m.

Apreciamos las posiciones que podría tomar la tubería en el caso más crítico,

obteniéndose de ello la pendiente máxima y mínima de la tubería por no tener problemas

con profundidad de buzones.

- Sterr. : Pendiente topográfica (%).

- L : Longitud del tramo (m.).

Como es evidente, en la medida que las pendientes topográficas cumplan los

criterios de velocidad, no habrá problema de profundidad de buzones, por lo que sólo se

utilizarán estas pendientes máximas y mínimas si las topográficas no satisfacen las

velocidades permisibles. Si la pendiente que cumple las velocidades permisibles está

fuera de este intervalo, indicará que se necesita un buzón intermedio.



Utilizando la fórmula antes indicada se determinó el diámetro calculado para el

75%, utilizando inicialmente como pendiente elegida la pendiente topográfica.

Se eligió el diámetro comercial, de acuerdo al diámetro calculado, teniendo en

cuenta que el mínimo es de 6” para zonas urbanas de la sierra.

Se procedió a realizar el chequeo de la velocidad real, para el efecto se calculó la

velocidad a tubo lleno VLL y caudal a tubo lleno QLL, haciendo uso de las

siguientes fórmulas:

VLL = [ Rh2/3 * S1/2 ]/n

Donde Rh = D/4.

QLL = [ Rh2/3 * S1/2 * A ]/n

Donde A = Area = *D2/4.

V = (0.3017 * D)2/3 * S1/2/n

Q = 28.423*D8/3 * S1/2

Luego se determinó la relación QD/QLL con los datos antes calculados y entrando

con este valor al CUADRO DE LOS ELEMENTOS PROPORCIONALES se obtuvo la

relación VD/VLL. Para la obtención de la velocidad real se multiplica el valor obtenido del

cuadro por VLL

La velocidad es aceptable si se encuentra en los límites de las velocidades

permisibles (0.6 a 3.0m/seg.), con la salvedad de que si es tramo inicial (dentro de los

primeros 300m.) se aceptan velocidades menores a los 0.6m/seg., siempre que se

tengan pendientes mayores o iguales a 1%.

En caso de no cumplir la velocidad y no ser tramo inicial se procede a modificar la

pendiente en los rangos permisibles y calcular la velocidad real nuevamente.

En caso de ser tramo inicial se chequea una pendiente mayor o igual a 1%.

Luego se procedió a determinar las profundidades de tubería y buzones, por

medio de la siguiente expresión:

PF = PI – ( S – Seleg ) * L



Donde :

PI : Prof. de la tub. en el tramo inicial.

PF : Prof. de la tub. en el tramo final.

S : Pendiente topográfica.

Seleg : Pendiente de la tubería elegida.

En el cuadro se ha optado por tomar PI un valor por lo general de 1.50m pudiendo

ser menor hasta 1.00m, y en los tramos donde descarga 1 ó más tuberías se ha

chequeado que la salida se encuentre al menor nivel para efectos de la evacuación. El

valor PF se ha calculado haciendo uso de la fórmula anterior.

Las profundidades del buzón inicial y final han sido calculadas añadiendo a las

profundidades de tubería inicial, el diámetro de la tubería del tramo, respectivamente.

2. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES:

DEFINICIONES:

A. Tratamiento Preliminar :

Sirve para proteger el equipo y hacer más los procesos subsecuentes del

tratamiento. Los dispositivos para el tratamiento preliminar están destinados a eliminar o

separar los sólidos mayores o flotantes, a eliminar los sólidos inorgánicos pesados y

eliminar cantidades excesivas de aceites o grasas.

Para alcanzar los objetivos de un tratamiento preliminar se emplean comúnmente los

siguientes dispositivos:

Rejas de barras o rejillas

Desmenuzadores, ya sean molinos, cortadoras o trituradoras.

Desarenadores.

Tanques de precaución.

B. Tratamiento Primario:

Para este tratamiento se separan o eliminan la mayoría de sólidos suspendidos en

las aguas residuales, o sea aproximadamente de 40 a 60 por ciento, mediante el proceso

físico de asentamiento en tanques de sedimentación



El propósito fundamental de los dispositivos para el tratamiento primario , consiste en

disminuir suficientemente la velocidad de las aguas residuales para que puedan

sedimentarse los sólidos.

Debido a la diversidad de diseños y operación, los tanques de sedimentación pueden

dividirse en cuatro grupos:

Tanques Sépticos.

Tanques de doble acción, como son los IMHOFF y algunas otras unidades

patentadas.

Tanques de sedimentación simple con eliminación mecánica de lodos.

Tanques para proceso de precipitación química.

En muchos casos el tratamiento primario es suficientemente adecuado para que

se pueda permitir la descarga del efluente a las aguas receptoras, sin que se interfiera

con el uso adecuado subsecuente de dichas aguas.

C. Tratamiento Secundario:

Este tratamiento debe hacerse cuando las aguas residuales contienen, después

del tratamiento primario, más sólidos orgánicos en suspensión o solución que los que

puedan ser asimilados por las aguas receptoras, sin oponerse a su uso adecuado normal.

A los procesos comprendidos en el tratamiento secundario, se les denomina también

“Procesos de Oxidación”. Con ello se consigue la transformación de la materia orgánica

en compuestos estables, orgánicos o minerales, por medio de la actividad bacteriana y en

la presencia del oxígeno atmosférico.

Los dispositivos que se usan para el tratamiento secundario pueden dividirse en

los cuatro grupos siguientes:

Filtros goteadores con tanques de sedimentación secundaria.

Tanques de aeración:

Lodos activados con tanques de sedimentación.

Aeración por contacto.

Filtros de arena intermitentes.

Estanques de estabilización (Lagunas de Oxidación).



D. Cloración:

Este es un método de tratamiento que puede emplearse para diversos propósitos

en todas las etapas de un tratamiento de aguas residuales, y aún antes del tratamiento

preliminar. Generalmente se aplica cloro a las aguas residuales con los siguientes

propósitos:

Desinfección o destrucción de organismos patógenos.

Prevención de la descomposición de las aguas residuales para controlar el

olor y protección de las estructuras de la planta.

Como auxiliar en la operación de la planta para la sedimentación, en los

filtros, abultamiento de los lodos activados.

Ajuste o abatimiento de la Demanda Bioquímica de Oxígeno.

La D.B.O. nos determina la cantidad de oxígeno necesario para oxidar la materia

orgánica de las aguas residuales. También tiene por objeto medir la cantidad de materia

orgánica que contiene una muestra cualquiera mediante la determinación de oxígeno

consumido por dicha muestra en un cierto tiempo (por lo general 5 días) y a una cierta

temperatura (20 C)

E. Tratamiento De Lodos:

Los lodos de las aguas residuales, están constituidos por los sólidos que se

eliminan del tratamiento primario y secundario, junto con el agua que se separa con ellos.

Este tratamiento tiene dos objetivos , siendo el primero de estos eliminar parcial o

totalmente el agua que contienen los lodos para disminuir su volumen en fuerte

proporción y, en segundo lugar ,para que se descompongan todos los sólidos orgánicos

putrescibles transformándose en sólidos minerales o sólidos orgánicos relativamente

estables.

Enseguida las aguas residuales así tratadas, son vertidas o bien al subsuelo, a un río

o a un lago.

Por es necesario disponer de los fangos que quedan en las cámaras de

sedimentación, ya sea por el método de digestión o por el secado de los mismos.

TANQUES SÉPTICOS:

Este tratamiento es muy antiguo, la finalidad es mantener el agua servida a una

velocidad muy baja, y en condiciones anaeróbicas durante 8 a 12 horas, tiempo en el que

ocurrirá la sedimentación de los sólidos.



Los estanques de esta clases poseen una serie de fallas , tanto como unidades de

sedimentación como de digestión principalmente por la septicidad , no se puede confinar

únicamente a los lodos pues las aguas afluentes son privadas de su frescura y los sólidos

levantados por los gases , formando una nata desagradable la digestión es lenta y e

incompleta , aunque la septización de los flujos sobrenadantes les imparte una demanda

elevada de oxígeno que satisface con facilidad y rapidez por el aire , que lo que se

satisface la DBO de las aguas negras frescas , por consiguiente a este respecto se puede

tener un beneficio, aunque desde el principio el afluente se vuelve mal oliente.

Estos tanques, requieren de un gasto bajo que pueda ser útil en conexión con

instalaciones pequeñas (300-500) habitantes, en las que sus malas características se

compensan en alguna forma su simplicidad.

TANQUE IMHOFF:

A. ZONA DE SEDIMENTACION.-

Período de retención: 1.5 – 2 horas.

Rata de desbordamiento: 20000l/d/m2.

Relación largo / ancho: 2:1 hasta 4:1.

Inclinación de las paredes: 60º con la horizontal.

B. ZONA DE AERACION.-

15 a 25% del área total (superficial) del tanque.

C. ZONA NEUTRA.-

Altura mínima: 46cm.

D. ZONA DE DIGESTION.-

Capacidad: 50 – 80l/p.

Parte de la sección: troncopiramidal.

Inclinación de las paredes: 30º con la horizontal.

E. TUBERIA DE LODOS.-

Diámetro mínimo: 8”.

Presión hidrostática: 1.20m.c.a.

F. BORDE LIBRE.-



Longitud mínima: 50cm.

G. FUNCIONAMIENTO:

Los tanques Imhoff requieren de una vigilancia diaria, sise quiere conseguir un buen

rendimiento, reduce los malos olores y evita efectos desagradables, debiendo prestar

atención a lo siguiente:

Eliminar diariamente las grasas y sólidos flotantes del comportamiento de

sedimentación.

Raspar semanalmente, los lodos y fondos inclinados del comportamiento de

sedimentación, con un cepillo de goma, para quitar los sólidos que puedan

descomponerse.

Limpiar semanalmente la ranura del comportamiento de sedimentación, con una

cadena p pesada de 60c.m de longitud unida a un madero.

Remover toda la espuma de la cámara de sedimentación, a intervalos por lo

menos de una vez al día ,se agitará energéticamente por

medio de un dispositivo de madera en forma de T, empujando hacia abajo la

espuma parcialmente seca , y liberando el gas retenido de ventilación

Se debe descargar antes de que alcance como mínimo los 46c.m por debajo del

comportamiento de la ranura de sedimentación. El lodo será extraído a intervalos

de 4 a6 semanas .Sólo se extrae las capas inferiores que ya hayan sido

descompuestas por completo, dejando cierta cantidad de lodos para que sirva de

siembra de bacterias anaeróbicas. Se recomienda realizar descargas en

pequeñas cantidades en períodos de tiempo más cortos.

Por lo menos una vez al mes debe determinarse el nivel al que llegan los lodos en

sus compartimiento, pudiendo realizarse con una madera contrapesada en forma

cuadrada de 30 cm. de lado, amarrada a un alambre o a una cadena, que se hace

descender por el aereador, la madera se detendrá al llegar a los lodos,

determinándose la distancia que existe desde la superficie al nivel de los lodos.

Una vez hecha la descarga de los lodos, debe limpiarse la tubería de evacuación

para impedir que éstos endurezcan y obstruyan la tubería.

En ocasiones se presenta espumas en los aereadores, que se manifiesta por la

subida de espuma negra, acompañado de olor desagradable, si no se evita,

rebosará la espuma de la cámara de aeración arrastrando con ella muchos sólidos

en suspensión.



Estas espumas se producen por alguna perturbación en el proceso de digestión,

generalmente por su alta acidez. Es posible que esto suceda en los primeros días

de funcionamiento, debido a que no haya acumulado una masa suficiente de lodo

digerido.

Si existe malos olores por la formación de espumas negras en los aereadores, se

puede tratar cal hidratada en una proporción de 2 a 5 Kg. por cada millar de

personas, hasta que desaparezca, pudiendo ser en un corto tiempo. Podría

también colocarse en vez de cal, estiércol de caballo, bien maduro. No debe ser

mayor de 7.6 el P.H. en la mezcla de los lodos y la cal, en el compartimiento de

digestión. Debe preverse un espacio en las cercanías, para el secado de los lodos

digeridos, que tienen que ser necesariamente descargados periódicamente de la

cámara de digestión.

ESTANQUES DE ESTABILIZACIÓN

Llamadas también Lagunas de Estabilización o de Oxidación. Una laguna de

estabilización de aguas servidas residuales, es una estructura simple para embalsar

agua, de poca profundidad (uno a cuatro metros) y con períodos de retención

considerable (de unos cuarenta días).

CLASIFICACION:

1. Lagunas Facultativas :

Son aquellas en que las cargas orgánicas es baja, entre 50 y 350 Kg. de DBO/Ha/día

a alturas moderadas y temperaturas entre 10 y 30 grados centígrados, el estrato superior

de las lagunas se llena de algas microscópicas (ciorellas, euglenas, etc.) que en

presencia a la luz solar producen grandes cantidades de oxígeno, haciendo que agua

llegue a estos sobrecargados de oxígeno disuelto. El estrato interior puede estar en

condiciones anaeróbicas, debido a que la penetración de la luz solar es escasa.

2. Lagunas Anaeróbicas :

Son aquellas en que la carga orgánica es alta, la DBO excede la producción de

oxígeno de las algas. No existe un límite exacto al cual se puede garantizar si una

laguna va a trabajar como facultativa o como anaeróbica.



Según estudios hechos por el CEPIS, indica que las temperaturas entre 15 y 30

grados centígrados, hay una zona de transición entre los 300 y 600 kilogramos de DBO,

pudiéndose afirmar que para altura moderadas se tienen lagunas anaeróbicas para

cargas orgánicas superiores a los 600 kgs. de DBO/Ha/día.

Las lagunas que reciben agua residual cruda, se denominan lagunas primarias y las

lagunas que reciben el afluente de una primaria se llaman secundarias y así

sucesivamente.

PROCESO AERÓBICO:

Se realiza por que la descomposición de la materia orgánica .Se lleva a

cabo en presencia de oxígeno produciéndose compuestos orgánicos que sirven de

nutriente a las algas, las cuales a su vez producen más oxígeno que facilita la actividad

de bacterias aeróbicas .El proceso de desdoblamiento de la materia orgánica se lleva a

cabo con intervención de enzimas producidas por las bacterias en sus procesos vitales.

A su vez las algas sintetizan materia orgánica a su propio protoplasma, como

organismos autotróficos que son. Este proceso cuando se lleva a cabo en presencia de la

luz solar recibe el nombre de fotosíntesis.

PROCESOS ANAERÓBICOS:

Las reacciones anaeróbicas son más lentas que las aeróbicas, y los productos de

las mismas originan malos olores. Los mecanismos de la descomposición anaeróbica son

complejos y aún no están completamente aclaradas.

Sin embargo llama la atención el hecho de que en ambos casos el resultado final es

la disminución notable de las bacterias lo cual ocurre como consecuencia del

agotamiento de nutrientes y de otros fenómenos aún no muy comprendidos, en los que

juega papel importante el período de retención, la temperatura y la luz solar.

VENTAJAS DE LAS LAGUNAS DE OXIDACIÓN:

Evacuación satisfactoria de los desechos líquidos

La evaporación de una parte del líquido ,de 37 a 50 cm de agua anualmente

La eficiencia como depósito de regulación, capaz de absorber fluctuaciones

rápidas en la cantidad de escurrimiento y en la calidad de los desechos.

El tratamiento es eficiente , puesto que reduce la demanda de coliformes en un

95% y la DBO en un 75%



Protección epidemiológica, a través de la distribución de los organismos

patógenos.

Protección estratégica, con el consiguiente beneficio de peces y demás

organismos acuáticos.

Reutilización directa de aguas servidas, tratadas para la agricultura.

DESVENTAJAS DE LAS LAGUNAS DE OXIDACION:

Produce malos molestos

Para su construcción se requiere de una gran extensión de terreno plano y

ubicación en un lugar estratégico para evitar los malos olores.

Requiere de un costo elevado para su conservación.

CARACTERISTICAS FISICAS:

A. Ubicación :

Terreno de mínimo valor agrícola.

Zona azolada regularmente por el viento, para la descarga natural de los gases de

las aguas servidas.

Distancia mínima a la zona residencial 500 m.

Terreno con bajo nivel freático

B. Forma:

Se recomienda que la forma más elevada es la forma rectangular , con lados:

Ancho=2L

Largo= 3L

El dique será de un material de baja permeabilidad y compacto, manteniendo

taludes interiores de 1:3 a 1:5 y los exteriores de 1:3 (V:H), además tendrá un

ancho de tres a cuatro metros.

El ancho de coronación no será menor de tres metros.

Se dejará un borde libre de 30 a 70 cm.

Tirante de la laguna:

1 a 2 m................. Facultativa

2 a 4 m................. Anaeróbicas

C. Calculo Hidráulico.



El objeto principal de una laguna es la remoción de la carga orgánica. Los

métodos más conocidos son:

Diseño por Tasa de Trabajo.

Método Racional basado en la dinámica de los ciclos nutrientes y otros.

Modelo del CEPIS.

De estos 3 modelos se desarrollará sólo el modelo del cepis, por ser el único

modelo desarrollado en el Perú.

MODELO DEL CEPIS

Basado en las investigaciones de San Juan de Miraflores (Lima - Perú), parte de

la evaluación de 8 lagunas, 4 primarias y 4 secundarias funcionando con variedad de

carga y evaluada en los meses más fríos a una temperatura promedio del agua de 20ºC.

Para el límite de carga entre las lagunas facultativas y anaeróbicas, CEPIS

establece que para cargas sobre 357 Kg DBO/Ha*día, predominando los procesos

anaeróbicos, notándose sin embargo algunas lagunas primarias que con carga sobre 357

Kg DBO/Ha.día, tuvieron algas y oxígeno disuelto por períodos considerables.

Este nuevo concepto se aparta del basado en oxígeno disuelto superficial,

permitiendo establecer una dependencia de temperatura de la “Carga Máxima

Superficial”(CSmáx) para asegurar predominancia aerobia en el proceso.

Conviene aquí agregar que recientes investigaciones llevadas a cabo en el CEPIS

han logrado aclarar ciertos aspectos de importancia. Estos son:

Se puede tomar como límite de carga para lagunas facultativas primarias el valor

(CSmáx), expresado en Kg DBO/Ha*día la siguiente expresión:

Csmáx = 357.4(1.085) T-20

Dónde:

Csmáx : carga máxima superficial.

T : Temperatura del agua tomada en el mes más frío.

Para lagunas secundarias, la carga aplicada debe calcularse con la DBO total, o sea,

incluyendo algas. De otro modo usando la DBO soluble se obtendrían resultados

erráticos.



a.1. El factor de seguridad (FS), recomendado por el CEPIS, de acuerdo a

numerosos experimentos hechos en las lagunas de San Juan de Miraflores, es de 0.80,

entonces la carga superficial de diseño será:

CSd = FS. Csmáx

Dónde:

CSd : carga superficial de diseño.

FS : factor de seguridad.

a.2. La relación largo/ancho, recomendada para lagunas de estabilización, oscila

entre los siguientes rangos:

2 < L/W < 3

La razón de decaimiento de la DBO (K), expresado en (l/día) tiene la expresión

siguiente:

K = 0.1419(1.0443) T-20

Razón de decaimiento de coliformes fecales (Kb), ha sido establecida, a 20ºC, esta

expresada en (l/día):

Kb = 0.6227(1.0374) T-20

La eficiencia de la remoción de coliformes fecales en una laguna depende de la

dispersión. Este factor que se ha tomado en las investigaciones efectuadas con

trazadores en función de la varianza y retención promedio. El factor de dispersión “d”,

también llamado número de dispersión del reactor, es adimensional y puede ser

calculado con la fórmula:

d = {1.158[Rc.(W+2Z)] 0.489.W 1.511}/{(T+42.5) 0.734(L.Z) 1.489 }

Dónde:

d : dispersión.

Rc : período de retención corregido (días).

W : ancho de la laguna.

Z : profundidad de la laguna.

L : longitud de la laguna, en el sentido del flujo (m.).

En las lagunas de estabilización el valor de “d” suele variar entre 0.2 y 4,

correspondiendo el rango inferior a las lagunas alargadas y el superior a las cuadradas y

aireadas mecánicamente (en estas últimas suelen presentarse valores mayores que 4).



El período de retención corregido se encuentra afectado por un factor de corrección

hidráulico (FCH), debido a que en la mayoría de lagunas de estabilización el

compartimiento hidráulico es regido por las leyes del flujo laminar. Bajo este régimen de

flujo las capas superiores del agua de la laguna (hacia las cuales son atraídas las algas

durante el día) se mueven a una velocidad igual a 3/2 la velocidad promedio. Por

consiguiente, el tiempo de retención de la biomasa que está en esta zona de la laguna

tiende a ser (2/3)*(V/Q).

Debido al efecto de la posición relativa de las estructuras de entrada y salida, y al

diseño de las mismas, el “factor de corrección hidráulico” (FCH) tiene en la práctica un

valor entre 0.3 y 0.8. Tomando en consideración este factor, el tiempo de retención

corregido será:

Rc = HCF. R

Dónde:

HCF : factor de corrección hidráulica.

R : período de retención (días), esta dado por la expresión:

R = VOL/ [ QU - Qe ]

Dónde:

VOL : volumen de la laguna (m3.).

QU : caudal unitario del afluente (m3/día).

Qe : caudal evaporado (m3/día).

La carga del efluente se encuentra afectada por un factor de características de

sedimentación (SCF).

Debido a que los modelos anteriormente presentados se refieran a la carga

suspendida, debe de tomarse en cuenta un “factor de características de sedimentación”

(SCF). El valor de este factor varía entre 0.5 y 0.8 en lagunas primarias; y está muy cerca

de 1.00 en las lagunas secundarias y de acabado. El valor de SCF por lo general es más

bajo para las bacterias que para la DBO.

La carga del efluente está dada por:

LPR = {SCF.Lo.4ae[(1 - a)/2d]}/(1 + a)2

Dónde:

Lp : carga del efluente (Kg DBO5/día).



Lo : carga orgánica inicial (Kg DBO5/día).

SCF: factor de características de sedimentación.

e : 2.718281828.

a : parámetro adimensional de DBO, está dada por la siguiente

expresión:

a = (1 + 4.K.Rc.d)1/2

Así mismo la eficiencia de remoción de DBO es como sigue:

EDBO = (1 – Lp/Lo).100

Concentración de coliformes fecales del efluente (Np):

Np = No.{4ab.e [(1 - ab)/2d]}.IAF/(1 + ab)2

Dónde:

No : concentración inicial de coliformes fecales (NMP CF/100ml).

Np : concentración de coliformes fecales del efluente (NMP CF/100ml).

IAF : factor de DBO intrínseca de las algas.

ab : parámetro adimensional de coliformes fecales, está dado por:

ab = (1 + 4.Kb.Rc.d) ½

La eficiencia en la remoción de coliformes fecales (ECF), es como sigue:

ECF = (1 – Np/No).100

g.1. La ecuación anterior está afectada por un factor de DBO intrínseca de las algas

(IAF). Las algas que mueren en las lagunas ejercen una DBO que debe ser tomada en

cuenta. El valor de IAF, varía entre 0 y 1.2, correspondiendo los valores bajos a lagunas

primarias y los altos a lagunas de maduración.

ESTRUCTURAS DE SALIDA DE LA LAGUNA.

La estructura de salida está constituida por un vertedero circular de pared delgada

en planta y dos tuberías de PVC, en cada laguna. El agua recepcionada en el vertedero

circular es evacuada a través de tubería para luego ser descargada en una estructura de



reunión (*), las aguas evacuadas en las estructuras de reunión, son conducidas por

tubería hasta su descarga final (quebrada), para luego ser utilizadas en riego.

Estructura de reunión, en realidad es un pozo de visita que recibe las tuberías de

salida de las lagunas, y las descargas por medio del emisario efluente hacia el cuerpo

receptor, o hacia un lugar de reuso.

VERTEDERO CIRCULAR DE PARED DELGADA.

Está gobernada por la siguiente fórmula:

Q = C.L.h1.42

Dónde:

D : diámetro del vertedero en (m).

L : longitud de desarrollo de la cresta (L = .D) en (m).

h : carga sobre la cresta del vertedor (m).

C : coeficiente que depende del diámetro del vertedor.

A continuación se presenta una tabla de valores de “C” según Gourley en función de

“D”:

VALORES DE “C” SEGÚN GOURLEY

D 0.172 0.252 0.343 0.485 0.648

C 1.471 1.477 1.492 1.502 1.522

Estos valores son válidos cuando h<D/5, de lo contrario se ahoga el vertedor.

ELECCION DEL TIPO DE ESTRUCTURA A DISEÑAR.

Se sabe que:

TANQUE SEPTICO < 300 personas

TANQUE IMHOFF < 1000 personas



LAGUNAS DE ESTABILIZACION > 1000 personas

Como nuestra población asciende a 18903 habitantes, se optará por

diseñar una Laguna de Estabilización.



V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

A. CONCLUSIONES:

Para la Red de Alcantarillado:

o Se diseñó la Red de Alcantarillado ubicando los caudales de contribución de

cada tramo, obteniendo un solo punto Emisor en la parte más baja de la

ciudad.

o Se obtuvo buzones de caída en los tramos donde la topografía es muy

accidentada para evitar velocidades mayores a 3.00 m/seg.

Para el Tratamiento de Aguas Residuales:

o Se diseñó Estructuras de Pretratamiento tales como: Rejas, Aforador

Parshall, Desarenador y Desengrasador.

o Se diseñaron dos (02) Lagunas Primarias en paralelo de 272 x 277 m y de

una profundidad de 2.00m, cada una, teniendo un periodo de retención de

53 días.

o Del diseño se obtuvo que el requerimiento de terreno es de 4.18 m²/hab.

o Para las lagunas de oxidación, no se ha hecho tratamiento preliminar, por no

ser recomendable para la realidad económica de un país como el nuestro.

B. RECOMENDACIONES:

Cuando la velocidad es menor de 0.6m/seg en algunos de los tramos de la Red de

Alcantarillado, las instituciones encargadas deben hacer descargas de agua de

tiempo en tiempo.

Es de suma importancia y sumo cuidado chequear que la tubería de descarga de

un buzón sea inferior o igual a las que llegan a él.

Se recomienda que la ubicación de la laguna de Oxidación se encuentre lo más

alejado de la zona urbana, considerando también el sentido del viento.

Las lagunas deberán estar rodeadas de árboles, para así contrarrestar la

dispersión de los malos olores.



VII. BIBLIOGRAFÍA:

Separata de Abastecimiento de Agua y Alcantarillado INGº GASPAR MÉNDEZ

CRUZ.

Reglamento Nacional de Edificaciones.

www.cepis.ops-oms.org


http://www.cepis.ops-oms.org/


ANEXOS



Planos


alcantarillado & ptar

Engineering