memoria de calculo ptar tulum

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Tulum, Quintana Roo

Dotacion 75%

172.5

Año

Poblacion

Minimos

Cuadrados (Lineal)

Tasa C. de

Harmon(M)

Qmin Qmed Qmax

Qmax

Pred

(lt/s/dia) adimensional

1980 540 14.61 0.539063 1.078125 4.096875 6.145313 3.8

1990 2111 11.28 2.107335 4.21467 15.03553 22.5533 3.567427958

1995 3603 13.32 3.596745 7.19349 24.26812 36.40218 3.373622811

2000 6733 17.04 6.721311 13.44262 41.97975 62.96962 3.122883893

2005 14790 4.27 14.76432 29.52865 82.21955 123.3293 2.784399451

2010 18233 64.55 18.20135 36.40269 98.02747 147.0412 2.692863383

2011 30003 3.86 29.95091 59.90182 148.3878 222.5817 2.47718289

2012 31162 3.65 31.1079 62.2158 153.1148 229.6722 2.461028103

2013 32300 3.47 32.24392 64.48785 157.7235 236.5853 2.445786781

2014 33422 3.32 33.36398 66.72795 162.237 243.3556 2.431320681

2015 34531 3.18 34.47105 68.9421 166.6699 250.0048 2.417533706

2016 35630 3.06 35.56814 71.13628 171.0359 256.5539 2.404341236

2017 36721 2.95 36.65725 73.3145 175.3448 263.0172 2.391679776

2018 37804 2.84 37.73837 75.47674 179.598 269.397 2.379514792

2019 38879 2.75 38.8115 77.623 183.7969 275.6954 2.367814942

2020 39947 2.65 39.87765 79.7553 187.9466 281.92 2.356541312

2021 41007 2.58 40.93581 81.87161 192.0445 288.0668 2.34567887

2022 42064 2.5 41.99097 83.98194 196.1108 294.1662 2.335154672

2023 43117 2.43 43.04214 86.08429 200.1426 300.2138 2.324960387

2024 44166 2.37 44.08932 88.17865 204.1405 306.2108 2.315078723

2025 45213 2.3 45.13451 90.26901 208.113 312.1695 2.30547557

2026 46255 2.24 46.1747 92.34939 212.0493 318.074 2.296163937

2027 47291 2.18 47.2089 94.4178 215.9465 323.9198 2.287137928

2028 48322 2.12 48.23811 96.47622 219.809 329.7135 2.278375048

2029 49348 2.03 49.26233 98.52465 223.6374 335.4562 2.26986279

2030 50348 2.06 50.26059 100.5212 227.3546 341.0318 2.261757728

2031 51385 1.99 51.29579 102.5916 231.1947 346.792 2.253544269

2032 52410 1.95 52.31901 104.638 234.9762 352.4642 2.245609768

2033 53434 1.92 53.34123 106.6825 238.7402 358.1104 2.237858338

2034 54458

Gastos Lt / s

25/10/2013


M= 2.237858

Qmax instan(2013)= 144.31 L/s

Qmax instan(2033)= 238.74 L/s

Qdiseño= 119.37 L/s

Qmax instantaneo= 238.74 L/s

diseño con el gasto maximo instantaneo

Qmax inst= 238.74 L/s

0.23874 m3/s

velocidad minima (Vm) NORMA CONAGUA

Vm= 0.6 m/s

Q=A*V A=Q/V

A= 0.398 m2

se propone el ancho (W) y la altura (H) equivalente al area

W= 0.6 m

A=W*H H=A/W 0.5 m Altura

H= 0.663 m 1.20

se redondea H a 0.70 m mas 0.50 m de bordo libre minimo para evitar desbordes m

Ancho(W)= 0.6 m

Tirante (H)= 0.70 m

Altura final de canal 1.20 m

Se propone un largo( L) de canal=4 m

Altura

1.20 Tirante(H)

m 0.70

m

Ancho (W)

0.6

m

canal de llegada al desarenador

Memoria de cálculo

(Qmed * M )= Qmax instántaneo

C. de Harmon

Bordo libre

25/10/2013


Diseño de rejillas

se recomienda las siguintes velocidades de pase:

Vr=0.6 m/s

Vr=1.0 m/s (con limpieza a favor de la corriente)

Vr=1.2 m/s (con limpieza a contra corriente)

Diseño de la reja de gruesos

se propone la separacion libre entre barras (S) los valores recomendados son 50, 80 y 100 mm

S= 5 cm

Tamaño de la barra

Ancho W= 1/2 pulgada 1.27 cm

prof. P= 1 1/4 pulgada 3.175 cm ancho de la platina

Para obtener el numero de platinas que se necesitaran usaremos la siguiente formula

B= n(S)+ (n*W)*W

Donde:

B=Ancho del canal

n-1=Numero de platinas que se necesitaran

W= Ancho de las platinas

n =B+W/S+W

n= 9.8

n= 10

n-1= 9

Determinacion de la longitud H de las platinas

Determinando que las platinas tendran una inclinacion de 60° para la facilidad de la limpieza

y conociendo el tirante H de agua la longitud de las platinas sera de:

θ= 60 grados

Y= 0.70 cm

incluyendo

el borde

libre Y´= 120 cm

sen θ=Y/H H= 138.6 cm

1.39 m

Para fines de limpieza se requiere que las platinas tengan una inclinacion de 60° con

respecto a la horizontal.

25/10/2013

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, Tulum Quintana Roo

Qmax instantáneo= 238.74 L/s

Relación entre velocidad de sedimentación y diámetro de partículas (Ramalho). Fig. 1.

s= Peso especifico s= 2.65 Corresponde a la arena típica

Vs= 1.05 cm/seg

Vs= 907.2 m/d

Área de sección horizontal para separación del 100%

A=Qmi/Vs A= 22.74 m2

Ecuación 3.26

Vc=[8 ẞ g d (s-1)/ f ]^1/2

Pretratamiento (Desarenador)

Partículas discretas

A partir de la figura (1) para D=0.10 mm y s= 2.65 a 30°C se obtiene Vs= Velocidad de sedimentación:

La velocidad de arrastre para llevarse todas las partículas de velocidad de sedimentación inferior a

aquellas que se separan en su totalidad, se calcula a partir de la ecuación 3.26 ( libro de ramalho pág..

#).

Donde Vc es la velocidad de arrastre (mm/seg), o sea, la velocidad de paso requerida para arrastrar

todas la partículas de diámetro (D) o inferiores; ẞ es una constante (0.04 para arena granular; 0.06

para material no uniforme y que pueda apelmarse); f es el factor de fricción de weisbach-Darcy

(0.03 para el cemento);g es la aceleración de la gravedad (mm/seg^2)(normal =9800mm/seg^2); d es

el diámetro de la partícula (mm)(Las Partículas con diámetro D o inferior a D son arrastradas); y s es

el peso especifico de la partícula.

25/10/2013


Vc= 131.33 mm/seg

Vc= 0.13 m/s

V=Q/A´=Q/WH

Entonces A´

A´= 1.82 m2

A´= 1.82 m2

A´=HW

Proponemos : W= 1.2 m

H=A´/W

H= 1.5 m

A= 22.74 m2

A=WL L=A/W L= 18.95 m

T= H*A/Q T= 8.66 Minutos

La sección vertical se calculara con la siguiente ecuación. Velocidad(V) de paso dada por:

En la cual V es la velocidad de paso (m/seg); Q es el caudal (m3/seg); A´ es el área de la sección vertical

de la zona de sedimentación(m2), W es la anchura de la zona de sedimentación (m) y H la altura de la

zona de sedimentación. Fig. 2

Cualquier conjunto de datos, longitud (L), Anchura (W) y profundidad (H), que satisfaga lo requisitos.

Tiempo de retención

velocidad de arrastre de partículas de D=0.10mm e

inferiores

Fig. 2

25/10/2013


Datos sobre la alimentación inicial

QF= 0.12 M3/S caudal

SF= 400 MG DBO5/L

Xvf= 0 se desprecia los sólidos volátiles en alimentación inicial

CaCO3= 50 MG/L alcalinidad

NKT= 68 MG/L Nitrógeno Total Kjeldahl

TEMPERATURA:

VERANO= 30 oC INVIERNO= 21 0c

Datos sobre la calidad del efluente

Se= 20 MG DBO5/L máxima permisible.

Xve= 10 MG/L sólidos en suspensión

Información para el diseño del reactor

Xva= 3000 MG/L

Xvu= 12000 MG/L

FV= 0.8 el porcentaje de los sólidos volátiles en los MLSS es de 80%

TEMPERATURA AMBIENTE

VERANO= 30 0C INVIERNO= 21 0C

T= 20 0c parámetros biocinéticas

K= 0.00123 h-1 * 1/mg

K= 0.02952 d-1 * 1/mg

θ= 1.03 coeficiente de Arrhenius para k

Y= 0.5 KG MLVSS producidos/kg DBO Indep. Temp.

Kd= 0.0025 h-1

0.06 d-1

θ= 1.05 coeficiente de la ecuación de Arrhenius para Kd y b

a= 0.718 kg O2/kg DBO Indep. Temp

b= 0.00355 h-1

0.0852 d-1

Información para la selección y disposición de aireadores

Características de aireadores, figura 4.19

diseño del

nivel OD

CL= 2 MG/L

α20°C= 0.87

β= 0.97

diséñese a Patm=777 MM HG

Procedimiento de diseño de planta de lodos activados

25/10/2013Ismael Cen Cante

Jorge Armando Ek Flores 23


Paso 1 Ecuación (5.150)

Ecuación( 5.150)

kg DBOr/D= 3919

Paso 2 Estimación preliminar de la potencia

Ecuación( 5.151)

HP= 187 supóngase 21 (20<21<22)

Paso 3 Estimación Tw

Ecuación( 5.148)

(a) condiciones veraniegas

Tw= 30 0c

(b) condiciones invernales

Tw= 21 0c

Paso 4

a) verano Tw= 25 0c

K25= 0.001653 h-1 * 1/mg

K25= 0.0397 d-1 * 1/mg

ecuación (5.152)

Kd,25= 0.004072 h-1 * 1/mg

Kd,25= 0.0977 d-1 * 1/mg

ecuación (5.153)

b25= 0.005783 h-1 * 1/mg

b25= 0.139 d-1 * 1/mg

b) invierno Tw= 13 0c

K13= 0.001267 h-1 * 1/mg ecuación (5.142)

K13= 0.0304 d-1 * 1/mg

Kd,13= 0.002625 h-1 * 1/mg ecuación (5.152)

Kd,13= 0.063 d-1 * 1/mg

b13= 0.003728 h-1 * 1/mg

b13= 0.0895 d-1 * 1/mg ecuación (5.153)

Valores de los parámetros biocinéticas para la temperatura Tu de invierno y verano




suponiendo que Y y a son prácticamente independientes de la temperatura esto es:

Y= 0.5 MLVSS/kg DBOr

a= 0.0718 kg O2/kg DBOr

Paso 5 Tiempo de resistencia t.

1. caso 1.- a partir del consumo de DBO soluble, ecuación (5.135) para caso de invierno

t= 4.998684557 horas

t= 0.208278523 días

caso2: según las condiciones optimas de floculación de los MLVSS, ecuación (5.125):

(A/M)opt= 0.6 d-1 (mínimo de la figura 5.18)

por lo tanto:

t= 0.222 día

t= 5.33 horas

A continuación se verifica si se obtiene para este tiempo de residencia un lodo con caracteristicas

de sedimentación satisfactoria.

2.- Relación actual de A/M, ecuación (5.123)

A/M= 0.64

3.- DBO soluble real en el efluente. Para las condiciones de invierno, tiempo de resis-

tencia t= 3 h, corresponde a Se= 20 MG/l, ya que esta fue la base del calculo 5.1.

para las condiciones de verano, el valor de Se será algo menor, ecuación (5.137).

Se= 15.5 mg/l

El diseño resulta adecuado ya que bajo las condiciones mas adversas (o sea los de invierno) se

cumplen el requisito de obtener DBO5 máxima soluble de 20 mg/l.




Paso 6 Volumen del reactor, ecuación (5.115):

V= 2148 M3

Paso 7. Demanda de oxigeno, ecuación (5.121) para las condiciones de verano

kg O2/d= 3743 kgO2/d

156 kgO2/h

para las condiciones de invierno.

kg O2/d= 3204 kgO2/d

134 kgO2/h

Las condiciones de verano son las que controlan las necesidades de oxigeno

Paso 8. Potencia requerida en la aireación.

HP= 187

Tw verano= 30

TW invierno= 21

parámetros β= 0.97 Cl= 2 mg/l

α20°C= 0.87

conc. De oxi.

E eq.

Cs.s= 8.34 mg/l

Donde:

(Cs.s)760 = 8.4 mg/l Cuadro 4.1, para T= 25 °C

P^v= 23.76 mm Hg Cuadro 4.1, para T= 25 °C

P= 755.00 mm Hg

Cs.w= 8.09 mg/l

verano

T= 25 °C

1.024^T-20= 1.126 kverano= 0.649

Invierno

T= 13 °C (Cs.s)760 = 8.4 mg/l

1.024^T-20= 0.847 P^v= 11.231 mm Hg

(Cs.s) = 10.53 P= 755 mm Hg

Cs.w= 10.21 mg/l

kinvierno= 0.658

Potencia(Pv)= 0.0685 CV/m3

Fig. 4.19 Rt ref = 1.31 kg O2/CV*h

Ec. 4.61 Rt real = 0.850 kg O2/CV*h

Potencia

requerida Potencia= 184 CV

recalcular Pv= 0.0855 CV/m3

como información adicional también puede estimarse las necesidades de oxigeno

Paso 9. Elección de los aireadores y disposición de los mismos del tanque de aireación.




seleccionar aireadores de 50 CV

# de aireadores= 4

Disposición de los aireadores en el tanque

potencia de la unidad: 50 CV

Diámetro de influencia: 20 m

solapadura con coeficiente de seguridad de 20%

d= 16.7 m

superficie= 6d^2 1673.3 m2

profundidad= 1.28 m

Paso 10. Producción neta de biomasa ΔXv, ecuación (5.118):

a) Condiciones de verano:

ΔXv= 1353 kg/d

a) Condiciones de invierno:

ΔXv= 1554 kg/d

Paso 11. Calculo de la relación de reciclado r, ec. (5.131).

a) condiciones de verano:

r= 0.319 31.9 %

b) condiciones de invierno:

r= 0.317 31.7 %

Paso 12. Cálculo de los caudales restantes

1.- QR= 0.04 M3/S

2.- Q0= 0.16 M3/S

3.- Condiciones de verano:

QW= 104.24 m3/d

QW= 0.0012 m3/s

condiciones invierno:

Qw= 121.01 m3/d

QW= 0.0014 m3/s

4.- Qe= 0.118170122 m3/s

5.- Qu= 0.042 m3/s

6.- th= 3.79 h




Paso 13. Balance de materia de los sólidos no volátiles

1 Cálculo de XNV.a, ecuación (5.156):

XNV.a = 750 mg/l

2 Calculo de XNV.u ya que XNV.e ≈ 0, ecuación (5.159):

XNV.u = 2812 mg/l

3 Cálculo de XNV.F, ecuación (5.161):

XNV.F= 92.2 mg/l

Paso 14. Producción total de lodos

1 Cálculo de (VSS)w, ecuación (5.126)

(a) Condiciones de verano:

(VSS)w= 1251 kg/d

o:

(VSS)w= 1244 kg/d

(b) Condiciones de invierno:

(VSS)w= 1452 kg/d

(VSS)w = 1452 kg/d

2 Cálculo de (NVSS)w, ecuación (5.127):

(NVSS)w= 951 kg/d

si se utiliza el valor de Qw de 0.002 m3/ obtenemos:

(NVSS)w= 243 kg/d

con finalidad de utilizar un promedio en el calculo de (TSS)w

3 Cálculo de (TSS)w, ecuación (5.130):

(a) Condiciones de verano

(TSS)w= 1841 kg/d

(a) Condiciones de invierno

(TSS)w= 2049




Paso 15.

1 So:

(a) Condiciones de verano:

So= 307 mg/l

(b) Condiciones de invierno:

So= 308 mg/l

2 Xv.o:

Xv.o= 2902 mg/l

Paso 16. Neutralización requerida

kg DBO consumida/d= 3919 (paso 1)

Alcalinidad consumida= 1960 kg/d

Alcalinidad en la alimentación inicial:

86.4Qf(NTK)= 515.678928 kg/d

Ya que 515.6789281 < 1960 no se requiere neutralización

previa al proceso biológico.

Paso 17. Nutrientes requeridos

Nitrógeno

1.- Nitrógeno perdido en el sistema por la purga de lodos

Condiciones de verano:

0.12ΔXv= 162 kg/d

Condiciones de invierno:

0.12ΔXv= 186 kg/d

2.- Nitrógeno perdido en el afluente

86.4Qf(1.0)= 10 kg/d

N total perdido

Verano= 172 kg/d

Invierno= 196 kg/d

Nitrógeno disponible:

86.4Qf(NTK)= 701 kg/d

Fosforo

1.- Fosforo perdido en el sistema a través de la purga de lodos:

Condiciones de verano

0.02ΔXv= 27 kg/d

Cálculo de las concentraciones de la alimentación combinada So, ecuación (5.110), y Xv.o,

ecuación (5.112):




Condiciones de invierno

0.02ΔXv= 31 kg/d

2.- Fosforo perdido en el afluente

86.4Qf(0.5)= 5 kg/d

Fosforo total perdido

Verano= 32 kg/d

Invierno= 36 kg/d

Fosforo disponible:

86.4Qf(P)= 10 kg/d

en consecuencia debe añadirse el fósforo siguiente:

Verano= 22 kg/d como P

Invierno= 26 kg/d como P

Esto puede conseguirse añadiendo la cantidad calculada de una disolución de acido fosfórico

o de un fosfato al reactor biológico.

Paso 18. Evaluación de la DBO total del afluente, ecuación (5.162):

ψ= 0.52

a)condiciones de verano=

DBO5 total= 20.7 mg/l

a)condiciones de invierno=

DBO5 total= 25.2 mg/l

En la figura 1.- se representa en un diagrama de flujo con toda la información.




GASES(CO2,ETC)

OXIGENO:

VERANO= 156 kgO2/h

INVIERNO= 134 kgO2/h

CLARIFICADOR

SECUNDARIO EFLUENTE FINAL

QF= 0.12 m3/s Qo= 0.16 m3/s VER.= 15.5 mg/l Qo= 0.16 m3/s Qo= 0.1182 m3/s

SF= 400 MG DBO5/L VER.= 307 mg/l INVI.= 20 mg/l Se VER.= 15.5 mg/l Se VER.= 15.5 mg/l

VER.= 30 oC INVI.= 308 mg/l Xv,a= 3000 mg/l INVI.= 20 mg/l INVI.= 20 mg/l

INVI.= 21 oC Xv,o= 2902 mg/l Xnv,a= Xnv,o= 750 mg/l Xva= 3000 mg/l Xve= 10 mg/l

Xv,f= 0 Xnv,o= 750 mg/l FV= 0.8 Xnv,o= 750 mg/l Xnv,e= 0 mg/l

Xn,v,f= 92.2 mg/l Qu= 0.042 m3/s

VERANO.= 30 oC Se VER.= 15.5 mg/l

INVIERN.= 21 oC INVI.= 20 mg/l

4.998685 horas Xv,u= 12000 mg/l

0.208279 días Xnv,u= 2812 mg/l

v= 2148 m3 DESCARGA DEL

cv= 187 CLARIFICADOR

VERANO.= 1353 kg/d

INVIERN.= 1554 kg/d

LODO RECICLADO PURGA

r= 0.319 VER.= 1244 kg/d

NOTA= la cifras subrayadas Qu= 0.042 m3/s INVI.= 1452 kg/d

son calculas. Se VER.= 15.5 mg/l 951 kg/d

INVI.= 20 mg/l VER.= 1841 kg/d

Xv,u= 12000 mg/l INVI.= 2049 kg/d

FIG.1.- DIAGRAMA DE FLUJO PARA Xnv,u= 2812 mg/l Qw= 0.001 m3/s

DISEÑO DE LOS LODOS ACTIVADOS

TULUM, QUINTANA ROO.

So

ALIMENTACIÓN CONVINADA REACTOR DEL EFLUENTE

Se

REACTOR

TF

ALIMENTACIÓN INICIAL

(VSS)w=

(NVSS)w=

(TSS)w=

Tw

t=

ΔXv=

1 2 3

7

5

6

4

25/10/2013Cen Cante Ismael

Ek Flores Jorge Armando 23

memoria de calculo ptar tulum

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