Curso XXXIII sobre Tratamiento de Aguas Residuales y Explotación de Estaciones Depuradoras

DIMENSIONAMIENTO DE UNA ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES (EDAR)

PROFESOR: Jaime La Iglesia Gandarillas jaimelaiglesia@gmail.com

- Población (P): 100.000 habitantes (hab)

- Dotación por habitante (d): 285 l/hab/día

- Coeficiente de retorno 84%-85% Ya se incluyen los retornos por

sobrenadantes (entorno del 4-5%)

- Carga de DBO5: 50-75 gr/hab/día

- Carga de SS: 50-90 gr/hab/día

- Carga NTK: 8-14 gr/hab/día

DATOS DE PARTIDA

Habitantes equivalentes Dotación abastecimiento

< 20.000 150-200 l/hab/día

20.000 - 50.000 200-250 l/hab/día

> 50.000 250-300 l/hab/día

CAUDALES

El caudal medio viene dado por la fórmula:

𝑄𝑚 =𝑃 𝑥 𝑑

24 𝑥 103 𝐶𝑟 (𝑚3/ ℎ)

𝑄𝑚 =100.00 𝑥 285

24 𝑥 103 0,84 = 1.000 (𝑚3/ ℎ)

El caudal punta se puede calcular aplicando un coeficiente calculado por la fórmula de

Harmon:

𝑄𝑝 = 𝑄𝑚 𝑥 1 + 14

4 + √𝑃 (𝑚3/ ℎ)

𝑄𝑝 = 𝑄𝑚 𝑥 1 + 14

4 + √100 (𝑚3/ ℎ) = 2.000(𝑚3/ ℎ)

P= población en miles de habitantes

Para el caudal máximo o punta con lluvia se considera un coeficiente de 3:

𝑄𝑚𝑥 = 3𝑥𝑄𝑚 𝑥 (𝑚3/ ℎ) = 3.000(𝑚3/ ℎ)

El caudal mínimo se considera un coeficiente de 0,4:

𝑄𝑚𝑛 = 0,4𝑥𝑄𝑚 𝑥 (𝑚3/ ℎ) = 400(𝑚3/ ℎ)

PRETRATAMIENTO Y DECANTACIÓN PRIMARIA:

- Caudal medio: 1.000 m³/h

- Caudal mínimo: 400 m³/h

- Caudal punta: 2.000 m³/h

- Caudal máximo: 3.000 m³/h

BIOLÓGICO

- Caudal medio de dimensionamiento: 1.000 m³/h

- Caudal punta (será el máximo a tratar): 2.000 m³/h

En el biológico no se considera caudal con lluvia, por lo tanto el caudal

punta será el máximo a tratar

CAUDALES ENTRADA

ATV A 131E (punto 4.1)

La CARGA de dimensionamiento de la EDAR, (kg/día de

DBO5), se determinan como el máximo de los valores

medios de períodos de tiempo que se corresponden con la

edad del fango.

A partir de 50.000 habitantes hacer analítica previa. Si es

posible siempre mediante muestra compuesta, 24 horas

una semana completa.

CONTAMINACIÓN

NORMA COMUNITARIA 91/271/CEE (capítulo 4)

La carga se calculará a partir del máximo registrado de la

carga semanal media durante un año, sin tener en cuenta

situaciones excepcionales como, por ejemplo, una lluvia

intensa.

CONTAMINACIÓN

- DBO5 (gr/habitante por día):

Contaminación media (mg/l) x dotación

1.000

Si no se tienen análisis, los datos de contaminación que se pueden usar son los siguientes:

a) Zonas residenciales, red separativa: 50 gr/hab/día

b) Núcleos de población, red separativa: 60 gr/hab/día

c) Núcleos de población, red unitaria: 75 gr/hab/día

- SS (gr /habitante por día):

Contaminación media (mg/l) x dotación

1.000

Si no se tienen análisis, los datos de contaminación que se pueden usar son los siguientes:

a) Zonas residenciales, red separativa: 50 gr/hab/día

b) Núcleos de población, red separativa: 75 gr/hab/día

c) Núcleos de población, red unitaria: 90 gr/hab/día

- Carga de DBO5: 75 gr/hab/día; 7.500 kg/día

- Carga de SS: 90 gr/hab/día; 9.000 kg/día

- DBO5 = 312,5 mg/l

- SS = 375 mg/l

- NTK = 40 mg/l

- P = 15 mg/l

En estas concentraciones ya están considerados el incremento por

sobrenadantes y posibles vertidos de industrias

CONTAMINACIÓN ENTRADA

- DBO5: 25 mg/l

- SS: 35 mg/l

- NT: 10 mg/l (15 ppm hasta 100.000 h-e)

- NO3: 8 mg/l

En algunos pliegos se especifica límite de nitratos. Esto es debido que en las

plantas con nitrificación el nitrógeno no utilizado por las bacterias se oxida

a nitritos y rápidamente a nitratos. La cantidad de nitrógeno no se alteraría

salvo que desnitrifiquemos en un selector anóxico.

- P: 1 mg/l (2 ppm hasta 100.000 h-e)

- Sequedad del fango 20% materia seca (MS)

- Reducción de sólidos volátiles > 40%

- pH: 6-8

- Si hay desinfección: en Viveros oxidación avanzada 2,2 ufc e.coli/100 ml

RESULTADOS A OBTENER

LINEA DE TRATAMIENTO PROPUESTA

Nº DE HABITANTES EQUIVALENTES

< 10.000 de 10.000 a 30.000 de 30.000 a 50.000 de 50.000 a 200.000

PROCESO CONVENCIONAL DE FANGOS ACTIVADOS

AIREACION PROLONGADA

LECHOS BACTERIANOS

BIODISCO

S

BIOCILÍN

DROS

BIOFILTROS

Tipo de

población

Nº de habitantes equivalentes

< 10.000 de 10.000 a

20.000 de 20.000 a

50.000 de

50.000 a 200.0

00

Estable

1 línea

1 línea

2 líneas iguales ≥ 2

líneas igua

les Variable

estacional

1 línea

2 líneas iguales

2 líneas iguales ≥ 3

líneas igua

les

LINEA DE TRATAMIENTO PROPUESTA

LINEA DE AGUA:

- Aliviadero y derivación (by-pass) general (1)

- Pozo de gruesos (1)

- Rejas y tamices de desbaste (3)

- Desarenado-desengrasado (2)

- Decantación primaria (2)

- Aliviadero y medición de caudal

- Biológico media carga (fangos activos) con reducción de

nutrientes (2)

- Decantación secundaria (2)

- Recirculación de fangos interna y externa

- Medición caudal salida planta

LINEA DE TRATAMIENTO PROPUESTA

LINEA DE FANGOS:

- Tamizado de fangos primarios

- Espesador fangos primarios por gravedad (2)

- Espesador fangos biológicos por flotación (1)

- Cámara de mezcla (1)

- Digestión anaerobia de fangos (2)

- Deshidratación del fango mediante centrífugas

LINEA DE BIOGAS:

- Línea de acero inoxidable para recogida de gas

- Gasómetro de membrana (1)

- Calderas con quemadores de biogás para calentamiento de fangos

a través del intercambiador de calor

- Motogeneradores

- Alternadores

- Energía eléctrica

Q

DESBASTE RESIDUOS

ARENAS

GRASAS

DESARENADO

DESENGRASADO

AIRE

ESPUMAS

Y FLOTANTES

MEDIDA DE

CAUDAL

DECANTACION

PRIMARIA

Se puede poner antes o después del primario

SOBRENADANTES

FANGOS EN EXCESO

FANGOS MIXTOS

FANGOS RECIRCULADOS

Los fangos primarios a

espesamiento por gravedad

Los secundarios a

flotación

POZO DE FANGOS

FRESCOS

ESPESAMIENTO

BIOLÓGICO

DECANTACION

SECUNDARIA

RECIRCULACIÓN DE

FANGOS

DIGESTION

ANAEROBIA

TERCIARIO DIGESTION

ANAEROBIA.

FILTRADO

REACTIVOS

SECADO

MECANICO

EFLUENTE DE SALIDA Y

MEDIDA DE CAUDAL (SIEMPRE A LA SALIDA DE LA EDAR)

FANGO

SECO

SILOS

- La obra de llegada recoge el agua residual que nos llega por los

diferentes colectores ya sea por gravedad o bombeada.

- La red puede ser unitaria o separativa.

- Entre la entrada de la depuradora y antes del pretratamiento se alivian

caudales por encima de 5 Qmed. Entre el pretratamiento y el decantador

primario se alivian caudales por encima de 2- 3 Qmed. Lo anterior ya no

se suele hacer pues la mayoría de los planes hidrológicos obligan a

verter con un tratamiento primario previo. Posibilidad de estanques de

tormenta. Por último el caudal aliviado entre la salida del decantador

primario y la entrada del biológico será el necesario para poder tratar en

el biológico hasta 1,5-2 Qmed. La velocidad en las conducciones se

dimensionarán para velocidades 1 m/s con el objetivo de no condicionar

futuras ampliaciones de la EDAR.

OBRA DE LLEGADA, MEDICIÓN CAUDAL Y BYPASS GENERAL

OBRA DE LLEGADA, MEDICIÓN CAUDAL Y BYPASS GENERAL

Para dimensionar el pozo de gruesos los parámetros de diseño son la

carga superficial o velocidad ascensional, que relaciona la velocidad

de transporte del agua junto a la sedimentación de los sólidos, y el

tiempo de retención hidráulico necesario para que se depositen los

sólidos que queremos eliminar.

Cs = Q/S Conociendo el caudal y el límite de carga superficial se

obtiene la superficie que se ha de cumplir. TRH = V/Q como el tiempo

de retención tiene que ser mayor a un valor establecido, conociendo

el caudal y la superficie calculada se obtiene la altura (h) para

calcular el volumen definitivo V = S x h

OBRA DE LLEGADA, MEDICIÓN CAUDAL Y BYPASS GENERAL

Qmed Qmax

Carga Superficial< 100 250 m³/m²/h

Tiempo de Retención> 60 30 seg

POZO DE GRUESOS

POZO DE GRUESOS

POZO DE GRUESOS

POZO DE GRUESOS

POZO DE GRUESOS

CUCHARA BIVALVA ELECTROHIDRÁULICA

Producción de arenas estimada: 150 gr/m3

Caudal medio: 1.000 m3/h

Carga diaria: 3.600 Kg/día

Densidad: 1,30 T/m3

Volumen a retirar: 2,77 m3/dia

Operaciones estimadas al día: 24

Capacidad mínima de cuchara: 115,38 l

Capacidad de cuchara: 115 l

REJA DE MUY GRUESOS

REJA DE MUY GRUESOS

Desbaste de residuos en el pozo Reja de muy gruesos

Nº de unidades 2,00 ud

Ancho de la reja: 1,00 m

Altura de la reja: 1,00 m

Tipo de barrotes: Extraibles

Luz libre de paso: 10 cm

Ancho de barrotes: 1 cm

Nº de barrotes 10,00 ud

Sección de paso: 0,90 m2

Sistema de limpieza: Automático o manual

El desbaste consiste en unos equipos mecánicos en forma de reja, malla

o criba cuya función es limitar el paso de los residuos sólidos que llevan

las aguas residuales

DESBASTE

Mínima en canal Máxima en

canal

Máxima en

rejas

Ancho del

canal

Velocidad (m/s) >0,30 <1 <1,5 0,5-1,5 m

Rejas de

gruesos

Rejas de finos Tamices*

Luz de paso mm < 25 4-6 3-1

Ancho de barrotes mm < 10 4-6 3-1 (malla del tamiz)

* En el caso de falta de materia carbonada, se evitaría poner tamices, para no

comprometer el proceso de ND (nitrificación-desnitrificación)

DESBASTE

DESBASTE

DESBASTE

DESBASTE

DESBASTE

DESBASTE

NUMERO DE CANALES ACONSEJADO CON CAUDAL MÁXIMO

En Canal

Qmax

v= --------------- < 1,00 m/s ==> S > 0,83 m²

S

En Rejas

Qmax

v= ---------------- < 1,50 m/s ==> S > 1,59 m²

0,7 xS x 0,63

Superficie de Canal 0,46

Superficie mínima necesaria con Qmax 1,59

Número de canales necesarios, limpieza automática (n) 3,00

Número de canales adoptados (n) 3,00

COMPROBACIÓN DE VELOCIDADES CON Q máximo

En Canal

Canales en servicio 3

Qmax

v= --------------- = 0,77 m/s < 1,00 m/s O.K.

S x n

DESBASTE

COMPROBACIÓN DE VELOCIDADES CON Q punta

En Canal

Canales en servicio 3

Qpunta

v= --------------- = 0,51 m/s < 1,00 m/s O.K.

S x n

COMPROBACIÓN DE VELOCIDADES CON Q medio

En Canal

Canales en servicio 2

Qmed

v= --------------- = 0,39 m/s > 0,30 m/s O.K.

S x n

COMPROBACIÓN DE VELOCIDADES CON Q mínimo

En Canal

Canales en servicio 1

Qmin

v= --------------- = 0,31 m/s > 0,30 m/s O.K.

S x n

Los parámetros de diseño para el desarenado-desengrasado son la carga

superficial o velocidad ascensional, es decir la relación entre la

velocidad de transporte del agua que se opone a la sedimentación de

las arenas y el tiempo de retención hidráulico. Este tiempo debe ser el

necesario para que puedan sedimentar las partículas de un diámetro

mayor de 0,2 mm. Si se considera Qp la carga superficial < 25 m³/m²/h

DESARENADO-DESENGRASADO

Qmed Qmax

Carga Superficial< 10 35 m³/m²/h

Velocidad de paso < 0,15 0,30 m/s

Tiempo de Retención* > 15 5 min

Caudal de aire > 5 8 Nm³/m²/h

Sequedad de la arena > 90 %

Materia Orgánica arena < 6 %

DESARENADO-DESENGRASADO

DESARENADO-DESENGRASADO

DATOS DE DISEÑO

Caudal medio: 1.000 m³/h

Caudal punta: 2.000 m³/h

Caudal máximo: 3.000 m³/h

PARAMETROS DE DISEÑO

Carga superficial Tiempo de retención Hidráulico (TRH)

media: < 10 m³/m²/h medio: > 15 min

punta: < 25 m³/m²/h máximo: > 5 min

máxima: < 35 m³/m²/h

CALCULO DE LA SUPERFICIE NECESARIA

Para caudal medio

Qmed

Cs = -------------------- < 10 =====> S1 > 100,0 m²

S1

Para caudal punta

Qpunta

Cs = -------------------- < 25 =====> S2 > 80,0 m²

S2

Para caudal máximo

Qmax

Cs = -------------------- < 35 =====> S3 > 85,7 m²

S3

Superficie mínima necesaria: 100,0 m²

DESARENADO-DESENGRASADO

CALCULO DE LA ALTURA MINIMA

Para caudal medio

S x h1

TRH = ------------------- > 15 =====> h1 > 2,5 m

Qmed

Para caudal máximo

S x h2

TRH = ----------------- > 5 =====> h2 > 2,5 m

Qmax

Altura mínima necesaria: 2,5 m

PRODUCION DE ARENAS Y GRASAS

ARENAS GRASAS

Producción : 300 30 gr/m³

Carga diaria : 7.200 720 Kg/dia

Densidad : 1,3 1,1 T/m³

Volumen a retirar: 6 1 m³/dia

DESARENADORES 2,00 ud

Altura resguardo: 0,50 m

Superficie mínima = 100 m² Longitud: 12,00 m

Ancho desarenado: 3,00 m

Ancho desengrasado: 1,50 m

Altura aconsejable = 2,50 m Total ancho: 4,50 m

Volumen aconsejable Qmed= 250 m³ Ancho fondo: 2,00 m

Altura rectangular: 2,00 m

Altura trapezoidal: 1,00 m

Altura útil: 3,00 m

Diseño Adoptada

Unitaria Total Unitaria Total

Superficie mínima 50 100 m² 54 108 m²

Altura aconsejable 2,50 2,50 m 3,0 3,0 m

Volumen 128,83 257,7 m³ 146 292 m³

Carga superficial

Qmax < 35,00 m³/m²/h 27,78 m³/m²/h

Qpunta < 25,00 m³/m²/h 18,52 m³/m²/h

Qmedio < 10,00 m³/m²/h 9,26 m³/m²/h

Tiempo de retención

Qmax > 5,00 min 5,84 min

Qmedio > 15,00 min 17,52 min

PREAIREACION

Caudal aire diseño

medio: 5 Nm³/h/m²

máximo: 8 Nm³/h/m²

Para caudal medio

Q1

r = ------------------------- > 5 =====> Q1 > 540 Nm³/h

S

Para caudal máximo

Q2

r = -------------------------- > 8 =====> Q2 > 864 Nm³/h

S

Caudal necesario: 864 Nm³/h

Número de unidades instaladas:

La mayor parte de las sustancias en suspensión en las aguas residuales no se

retienen en el pretratamiento. La manera de separar esos sólidos del agua se

realiza mediante decantadores que pueden ser de forma circular o rectangular

DECANTACIÓN PRIMARIA

Qmed Qpunta Qmax

Carga Superficial < 1,3 2 3 m³/m²/h

Tiempo de Retención > 2 1 h

Calado en la vertical del vertedero 2,5-3,5 m

Velocidad sistema arrastre fangos < 120 m/h circulares

Velocidad sistema arrastre fangos < 60 m/h rectangulares

Tiempo retención fangos < 4 h

Rendimiento reducción DBO5* 30%

Rendimiento reducción SS* 65%

La concentración del fango puede variar entre 1-5%. La tendencia es ir a 1% para evitar problemas en

los tamices posteriores.

Decantadores circulares Ø <35 m serán de puente radial por gravedad con rasquetas

Decantadores circulares Ø >35 m serán de puente diametral por gravedad con rasquetas

La solera del decantador circular tiene forma de cono invertido con una pendiente del entorno de 1/12

El fango se recoge en la cubeta central.

Rectangulares normalmente ancho < 20 m y longitud < 100 m

DECANTACIÓN PRIMARIA

Partiendo de la Carga superficial Cs= Q/S se obtiene una superficie

mínima. Por otro lado con un tiempo de retención hidráulico

establecido TRH=V/Q se despeja un volumen mínimo y siendo V= S x h

se obtiene la altura, la tendencia es ir al menos a 3 metros. Una vez

definido el número de decantadores y su geometría se ajusta el

dimensionamiento hasta que cumpla por cargas y tiempos de retención.

DECANTACIÓN PRIMARIA

DECANTACIÓN PRIMARIA

DECANTACIÓN PRIMARIA

BALANCE DE MASAS EN DECANTACIÓN PRIMARIA

Balance de masas Entrada Eliminado Salida

SS: 9.000 kg/día 5.850 3.150 kg/dia

DBO5: 7.500 kg/día 2.250 5.250 kg/dia

Concentración en agua decantada:

SS: 131,25 ppm

DBO5: 218,75 ppm

RENDIMIENTOS DE DECANTACION PRIMARIA

Rendimientos de eliminacion previstos:

SS: 65 %

DBO5: 30 %

DECANTACIÓN PRIMARIA