optimizaciÓn de la planta de tratamiento...

OPTIMIZACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL MUNICIPIO DE BOJACÁ-CUNDINAMARCA

JEAN PIERRE GONZALEZ SILVA

KATHERINE ALEXANDRA GÓMEZ ORTEGA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ

2016

OPTIMIZACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL MUNICIPIO DE BOJACÁ-CUNDINAMARCA

JEAN PIERRE GONZALEZ SILVA

KATHERINE ALEXANDRA GÓMEZ ORTEGA

Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ

2016

4

Nota de aceptación:

________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________

_____________________________________

Ing.

Director de Proyecto

_______________________________ Firma del presidente del Jurado

________________________________ Firma del Jurado

________________________________ Firma del Jurado

Bogotá, 28 de Octubre 2016

5

Agradezco inicialmente a Dios por permitirme

realizar este proyecto, a mi padre y mis dos

hermanas que siempre han sido un apoyo

incondicional dándome fuerzas para seguir

adelante con mis propósitos, a mi novio le

agradezco por su amor, por su paciencia, ya que

a veces nos estresábamos por este proyecto,

pues él hace el papel de mi compañero de trabajo

en la tesis, me ha brindado tanto amor y fuerzas

para cumplir este proyecto juntos cogidos de la

mano.

Katherine Alexandra Gómez Ortega.

Agradezco a Dios por permitirme llegar hasta este

punto de mi carrera, es aquí donde se empiezan

a ver los frutos de tantos esfuerzos durante el

ciclo de mi carrera, le agradezco a mis padres

que sin el apoyo de ellos no hubiera podido

culminar con mis estudios, por ser mi apoyo

incondicional y estar siempre ahí dándome

fuerzas para seguir, le agradezco a mi

compañera de trabajo la cual es mi novia y la

mujer que me acompañara a terminar este ciclo

de mi vida de una manera satisfactoria, sin

importar las pequeñas discusiones y la tensión de

los trabajos de la universidad, juntos cogidos de

la mano pudimos terminar con este proyecto.

Jean Pierre González Silva.

6

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN. ......................................................................................... 20

2. ANTECEDENTES ......................................................................................... 22

3. OBJETIVOS .................................................................................................. 23

3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................... 23

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 23

4. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................. 24

5. METODOLOGÍA ........................................................................................... 25

6. MARCO CONECPTUAL ............................................................................... 27

7. ESTADO DEL ARTE ..................................................................................... 32

7.1 TRATAMIENTO BIOLOGICO DE LAS AGUAS RESIDUALES ...................... 32

7.1.1 PROCESO AEROBIO ................................................................ 33

7.1.2 METABOLISMO MICROBIAL ..................................................... 33

7.2 LODOS ACTIVADOS..................................................................................... 36

7.2.1 FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS..... 36

7.2.2 LODOS GENERADOS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES ..................................................................................... 38

7.2.3 CARACTERISTICAS DE LOS LODOS ...................................... 38

7.2.4 ORIGEN DE LOS LODOS .......................................................... 39

7.2.5 TIPO DE LODOS ....................................................................... 39

7.2.6 TRATAMIENTO DE LODOS ...................................................... 41

7.3 ZANJON DE OXIDACIÓN.............................................................................. 45

7.3.1 ORIGEN DE LOS ZANJONES DE OXIDACIÓN ......................... 45

7.3.2 TIPOS DE ZANJÓN DE OXIDACIÓN ......................................... 45

6.3.3 ESTRUCTURA DEL ZANJON DE OXIDACION CONVENCIONAL51

8. DISEÑO ZANJON DE OXIDACION MUNICIPIO DE BOJACÁ ...................... 60

8.1 DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA ............. 60

8.2 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN DE DISEÑO ....................................... 62

8.3 PERIODO DE DISEÑO .................................................................................. 62

7

8.3.1 MÉTODO DE CÁLCULO ............................................................ 63

8.4 CÁLCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO .......................................................... 66

8.4.1 DOMÉSTICAS (Qd).................................................................... 67

8.4.2 Caudal Máximo Horario (QMH) .................................................. 72

8.4.3 CAUDAL DE DISEÑO ................................................................ 74

8.5 CRIBADO ...................................................................................................... 76

8.5.1 PÉRDIDAS EN REJILLAS .......................................................... 76

8.6 DESARENADOR ........................................................................................... 79

8.8 ZANJÓN DE OXIDACIÓN.............................................................................. 85

8.9 SEDIMENTADOR SECUNDARIO ................................................................. 89

8.10 EDAD DE LODOS. ...................................................................................... 91

8.11 LECHO DE SECADO ................................................................................ 100

8.12 CONDICIONES DE LAS CARACTERISTICAS FÍSICO-QUIMICAS DE LA

OPTIMIZACION DE LA PTAR ........................................................................... 108

8.12.1 PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DBO .............................. 109

8.12.2 PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SOLIDOS SUSPENDIDOS

TOTALES .......................................................................................... 109

8.13 ESPECIFICACIONES Y GRAFICA DE LA BOMBA ................................... 110

9. CONCLUSIONES ....................................................................................... 112

10. RECOMENDACIONES ............................................................................... 114

11. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 116

ANEXOS ........................................................................................................... 119

PLANO ZANJONES DE OXIDACIÓN. ............................................................... 119

PLANOS CORTES, ESTRUCTURAS QUE COMPONEN LA OPTIMIZACIÓN DE LA

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL MUNICIPIO DE BOJACÁ.

119

8

LISTA DE ILUSTRACIONES

ILUSTRACIÓN 1 METABOLISMO MICROBIAL .................................................. 33

ILUSTRACIÓN 2 ESPESADOR POR GRAVEDAD. ............................................ 42

ILUSTRACIÓN 3 LECHO DE SECADO. .............................................................. 43

ILUSTRACIÓN 4 CICLO DE OPERACIÓN DEL CANAL TIPO A ......................... 46

ILUSTRACIÓN 5 CANAL DE OXIDACIÓN TIPO D ............................................. 47

ILUSTRACIÓN 6 CANAL DE OXIDACIÓN TIPO T .............................................. 48

ILUSTRACIÓN 7 CICLO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA BIODENITRO .......... 50

ILUSTRACIÓN 8 ESQUEMA DE UNA PLANTA BIODENIPHO. .......................... 51

ILUSTRACIÓN 9 PLANTA DE TRATAMIENTO CON ZANJÓN DE OXIDACIÓN. 52

ILUSTRACIÓN 10 ROTOR DE AIREACIÓN........................................................ 53

ILUSTRACIÓN 11 CEPILLOS DE AIREACIÓN. .................................................. 53

ILUSTRACIÓN 12 AIREADOR DE CEPILLO DE EJE HORIZONTAL. ................ 55

ILUSTRACIÓN 13 AIREADOR DE EJE VERTICAL............................................. 55

ILUSTRACIÓN 14 AIREACIÓN DIFUSA. ............................................................ 57

ILUSTRACIÓN 15 AIREADORES DE TURBINA. ................................................ 58

9

LISTA DE TABLAS

TABLA 1. PROPIEDADES FÍSICO QUÍMICAS DE PTAR MUNICIPIO BOJACÁ 22

TABLA 2 POTENCIA DEL EQUIPO Y DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE. .... 58

TABLA 3 EQUIPOS DE AIREACIÓN. .................................................................. 59

TABLA 4 ASIGNACIÓN NIVEL DE COMPLEJIDAD. ........................................... 60

TABLA 5 CENSOS DE POBLACIÓN-BOJACÁ. .................................................. 61

TABLA 6 PERÍODO DE PLANEAMIENTO DE REDES DE RECOLECCIÓN DE AGUAS

RESIDUALES Y LLUVIAS. .................................................................................. 63

TABLA 7 AÑOS DE PROYECCIONES. ............................................................... 64

TABLA 8 PROYECCIONES AÑO 2016. .............................................................. 64

TABLA 9 PROYECCIONES AÑO 2021. .............................................................. 65

TABLA 10 PROYECCIONES AÑO 2026. ............................................................ 65



TABLA 13 RESUMEN DE PROYECCIONES. ..................................................... 66

TABLA 14 DOTACIÓN NETA SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA. 67

TABLA 15 DOTACIÓN NETA BOJACÁ. .............................................................. 68

TABLA 16 INCREMENTO CONSUMO. ............................................................... 69

TABLA 17 CONSUMO NETO. ............................................................................. 70

TABLA 18 COEFICIENTE DE RETORNO DE AGUAS SERVIDAS DOMÉSTICAS.70

TABLA 19 CAUDAL DOMÉSTICO. ..................................................................... 71

TABLA 20 CAUDAL MEDIO DIARIO. .................................................................. 71

TABLA 21 COEFICIENTE DE MAYORACIÓN PROMEDIO. ............................... 74

TABLA 22 CAUDAL MÁXIMO HORARIO ............................................................ 74

TABLA 23 RESUMEN DE CAUDALES. ............................................................... 76

TABLA 24 RESUMEN DEL DISEÑO DE CRIBADO. ........................................... 79

TABLA 25 RESUMEN DE DISEÑO DE AIREACIÓN ........................................... 84

Tabla 26 RESUMEN DE DATOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO DE LA AIREACIÓN

............................................................................................................................ 85

TABLA 27 PARÁMETROS PARA DISEÑO DEL ZANJÓN DE OXIDACIÓN. ....... 86

TABLA 28 PARÁMETROS DBO SALIENTE CORREGIDA ................................. 92

Tabla 29 RESUMEN DATOS DE BIOMASA ........................................................ 93

TABLA 30 RESUMEN DEL VOLUMEN DE LA BIOMASA ................................... 94

TABLA 31 RESUMEN DEL TIEMPO DE RETENCIÓN ....................................... 94

Tabla 32 RESUMEN DE PRODUCCIÓN DE LODOS .......................................... 95

Tabla 33 RESUMEN LODO SECO ...................................................................... 96

Tabla 34 RESUMEN DE CAUDAL DESECHO .................................................... 97

10

Tabla 35 RESUMEN CAUDAL DE RECIRCULACIÓN ........................................ 98

Tabla 36 RESUMEN RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN ..................................... 98

Tabla 37 RESUMEN DÉFICIT DE OXÍGENO ...................................................... 99

Tabla 38 DATOS DE LODO PRIMARIO ............................................................ 100

Tabla 39 DATOS REQUERIDOS PARA EL LECHO DE SECADO-1 ................. 107




Tabla 43 DATOS LODO DIGESTOR ................................................................. 108

Tabla 44 DATOS POTENCIA DE LA BOMBA 110

11

LISTA DE GRAFICAS

GRÁFICA 1 ETAPAS DEL DESARROLLO BACTERIANO ................................. 35

GRÁFICA 2 CENSOS DE POBLACIÓN- BOJACÁ. ............................................ 61

GRÁFICA 3 TASA DE TRANSFERENCIA NOMINAL DE OXÍGENO. ................ 82

GRÁFICA 4 POTENCIA DE LA BOMBA ........................................................... 111

12

LISTA DE ECUACIONES

ECUACIÓN 1 MÉTODO GEOMÉTRICO. .............................................................63

ECUACIÓN 2 CAUDAL DOMÉSTICO. .................................................................67

ECUACIÓN 3 INCREMENTO DE POBLACIÓN. ...................................................68

ECUACIÓN 4 CONSUMO NETO. .........................................................................69

ECUACIÓN 5 CONSUMO NETO. .........................................................................69

ECUACIÓN 6 CAUDAL DOMÉSTICO IGUAL A CAUDAL MEDIO DIARIO. .........71

ECUACIÓN 7 CAUDAL MÁXIMO HORARIO. .......................................................72

ECUACIÓN 8 FACTOR DE MAYORACIÓN-HARMON .........................................72

ECUACIÓN 9 FACTOR DE MAYORACIÓN-BABBIT. ...........................................73

ECUACIÓN 10 FACTOR DE MAYORACIÓN-FLORES. .......................................73

ECUACIÓN 11 FACTOR DE MAYORACIÓN-LOS ÁNGELES. .............................73

ECUACIÓN 12 FACTOR DE MAYORACIÓN-TCHOBANOGLOUS. .....................73

ECUACIÓN 13 CAUDAL DE DISEÑO. .................................................................74

ECUACIÓN 14 CAUDAL DE INFILTRACIÓN. ......................................................75

ECUACIÓN 15 CAUDAL CONEXIONES ERRADA...............................................75

ECUACIÓN 16 PERDIDAS EN REJILLAS. ...........................................................76

ECUACIÓN 17 ÁREA DEL CANAL. ......................................................................77

ECUACIÓN 18 ALTURA DE LA LÁMINA DE AGUA. ............................................77

ECUACIÓN 19 LONGITUD DE LA REJILLA. ........................................................78

ECUACIÓN 20 NUMERO DE BARRAS. ...............................................................78

ECUACIÓN 21 ALTURA DEL CANAL...................................................................78

ECUACIÓN 22 LONGITUD DE LA CÁMARA DESARENADORA .........................79

ECUACIÓN 23 TIEMPO DE RETENCIÓN EN LA CÁMARA DESARENADORA ..80

ECUACIÓN 24 TASA REAL DE TRANSFERENCIA. ............................................81

ECUACIÓN 25 CONCENTRACIÓN DE SATURACIÓN DE OXÍGENO

DISUELTO. ...........................................................................................................83

ECUACIÓN 26 PRESIÓN BAROMÉTRICA. .........................................................83

ECUACIÓN 27 CONCENTRACIÓN DE SATURACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO

EN AGUA POTABLE ............................................................................................83

ECUACIÓN 28 VOLUMEN DEL REACTOR. ........................................................87

ECUACIÓN 29 TIEMPO DE RETENCIÓN. ...........................................................87

ECUACIÓN 30 CARGA ORGÁNICA APLICADA. .................................................87

ECUACIÓN 31 OXÍGENO REQUERIDO. .............................................................88

ECUACIÓN 32 LONGITUD DE CEPILLOS. ..........................................................88

ECUACIÓN 33 CARGA ORGÁNICA VOLUMÉTRICA. .........................................89

ECUACIÓN 34 CAUDAL PICO. ............................................................................89

ECUACIÓN 35 ÁREA SUPERFICIAL. ..................................................................90

ECUACIÓN 36 DIÁMETRO DEL SEDIMENTADOR SECUNDARIO. ....................90

ECUACIÓN 37 VOLUMEN SEDIMENTADOR SECUNDARIO. .............................90

13

ECUACIÓN 38 ALTURA DE SEDIMENTADOR SECUNDARIO. ..........................91

ECUACIÓN 39 DBO SALIENTE CORREGIDA. ....................................................91

ECUACIÓN 40 BIOMASA. ....................................................................................92

ECUACIÓN 41 VOLUMEN BIOMASA...................................................................93

ECUACIÓN 42 TIEMPO DE RETENCIÓN. ...........................................................94

ECUACIÓN 43 PRODUCCIÓN DE LODO. ...........................................................95

ECUACIÓN 44 LODO SECO. ...............................................................................95

ECUACIÓN 45 CAUDAL DESECHO. ...................................................................96

ECUACIÓN 46 CAUDAL DE RECIRCULACIÓN. ..................................................97

ECUACIÓN 47 RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN. ..............................................98

ECUACIÓN 48 DÉFICIT DE OXÍGENO. ...............................................................99

ECUACIÓN 49 LODO. ........................................................................................ 101

ECUACIÓN 50 VOLUMEN DE LODO. ................................................................ 101

ECUACIÓN 51 KILOGRAMOS MASA DE LOS SÓLIDOS VOLÁTILES EN EL

LODO.................................................................................................................. 102

ECUACIÓN 52 KILOGRAMOS DE MASA DE LOS SÓLIDOS FIJOS EN EL

LODO.................................................................................................................. 102

ECUACIÓN 53 .................................................................................................... 103

ECUACIÓN 54 PORCENTAJE DEL PESO DE LOS SÓLIDOS VOLÁTILES EN EL

LODO.................................................................................................................. 103

ECUACIÓN 55 PORCENTAJE DEL PESO DEL SOLIDO FIJO EN EL LODO. ... 103

ECUACIÓN 56. DENSIDAD RELATIVA DE LOS SÓLIDOS DE LOS LODOS .... 103

ECUACIÓN 57 MASA DE LOS SÓLIDOS EN EL LODO. ................................... 104

ECUACIÓN 58 VOLUMEN QUE SALE LODO DIGESTOR. ................................ 104

ECUACIÓN 59 ÁREA DEL LECHO DE SECADO. .............................................. 104

ECUACIÓN 60 REMOCIÓN DE DBO ................................................................. 109

ECUACIÓN 61 REMOCIÓN DE SST .................................................................. 109

ECUACIÓN 62 POTENCIA DE LA BOMBA ........................................................ 110

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GLOSARIO

BACTERIAS: organismos eubacteriales procarioticos unicelulares. Morfológicamente se clasifican como cocos, bacilos, curvados o vibriones, espirales o espirillas o espiroquetas y filamentosas. Son los organismos más importantes en la descomposición y estabilización de la materia orgánica. (Romero, 2000) BIOMASA: Entendemos por biomasa toda la materia orgánica que tiene su origen en un proceso biológico. También se refiere a los procesos de reciente transformación de la materia orgánica, tanto si se producen de forma natural como artificial. (Aguamarket, 2009) COLIFORMES TOTALES: Bacterias gran negativas, con capacidad de crecimiento aeróbico y facultativamente anaeróbico en presencia de sales biliares, de forma alargada capaces de fermentar lactosa con producción de gas a la temperatura de 35° o 37° C. (Aguamarket, 2009) DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO): Es la cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos para oxidar (estabilizar) la materia orgánica biodegradable en condiciones aerobias. Es el parámetro más usado para medir la calidad de aguas residuales y superficiales, para diseñar unidades de tratamiento biológico, para evaluar la eficiencia de los procesos de tratamiento y para fijar las cargas orgánicas permisibles en fuentes receptoras. (Romero, 2000) DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO CARBONACEA (DBOUC): DBO necesaria para oxidar todo el material orgánico carbonaceo biodegradable. En condiciones normales de laboratorio, esta demanda se cuantifica a 20 °C, el ensayo estándar se realiza a cinco días de incubación y se conoce convencionalmente como DBO. (Romero, 2000) DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO): Se usa para medir el oxígeno equivalente a la materia orgánica oxidable químicamente mediante un agente químico oxidante fuerte, por lo general dicromato de potasio, en un medio ácido y a alta temperatura. La DQO es útil como parámetro de concentración orgánica en aguas residuales industrial o municipal toxicas a la vida biológica y se puede realizar en solo unas tres horas. (Romero, 2000) DIOXIDO DE CARBONO (CO2): Generalmente proviene de la atmosfera y de la descomposición microbial de las sustancias orgánicas; disuelto en el agua reacciona para formar ácido carbónico. (Romero, 2000)

15

HONGOS: Son protistas aerobios, multicelulares, no fotosintéticos y heterotróficos. La mayoría se alimenta de materia orgánica muerta y constituyen junto con las bacterias, los organismos principalmente responsables de la descomposición del carbono. En el tratamiento de aguas residuales son importantes porque soportan medios ácidos de bajo PH, el PH óptimo para la mayoría de especies es de 5,6 y, además, requieren aproximadamente la mitad de nitrógeno q exigen las bacterias. (Romero, 2000) LECHO DE SECADO: Los lechos, eras o canchas de secados son el método de deshidratación de lodo más empleado. Los lechos de secado se suelen utilizar, normalmente, para la deshidratación de los digeridos. Una vez seco, el lodo se retira y se evacua a vertederos controlados o se utiliza como acondicionar de suelos. Se suelen utilizar en comunidades de pequeñas dimensiones y población de tamaño medio, aunque se han dado casos en los que se ha empleado en instalaciones más grandes. (Aguamarket, 2009) MATERIA ORGANICA: Los sólidos suspendidos de un agua residual pueden contener un 75% de materia orgánica; los sólidos disueltos un 40%. La materia orgánica de las aguas residuales es una combinación de carbono, hidrogeno, oxígeno y nitrógeno (CHON), principalmente; con las proteínas (40-60%), los carbohidratos (25-50%) y las grasas y aceites (10%) como grupos más importantes. Concentraciones grandes de materia orgánica en aguas residuales, se miden mediante la DBO, la DQO y el COT. Concentraciones pequeñas de materia

orgánica, del orden de trazas,10−12 a 10−3 mg/L, se cuantifican por cromatografía de gases y espectroscopia de masa. (Romero, 2000) METANO (CH4): Hidrocarburo combustible, incoloro e inodoro. Se produce en la descomposición anaerobia de la materia orgánica y generalmente constituye el

65% del gas de digestores, el cual tiene un bajo poder colorifico 22,400 kJm3⁄ .

(Romero, 2000) NITROGENO: Nutriente esencial para el crecimiento de protistas y plantas. Las formas de interés de aguas residuales son las de nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal, nitrógeno de nitritos y nitratos. Todas son formas interconvertibles bioquímicamente y componentes del ciclo del nitrógeno. Los datos del nitrógeno son necesarios para evaluar la tratabilidad de las aguas residuales por tratamientos biológicos; un agua residual con contenido insuficiente de nitrógeno puede requerir la adición de nitrógeno para su adecuada biodescomposicion. (Romero, 2000)

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OXIDACION BIOLOGICA: Es la conversión bacterial de los elementos de su forma orgánica a su forma inorgánica altamente oxidada en un proceso también conocido como mineralización. La mineralización, o descomposición microbiológica del material orgánico de las aguas residuales en productos finales inorgánicos como dióxido de carbono, agua, nitrógeno amoniacal o nitratos, orto fosfatos y sulfatos, es característica de la oxidación aerobia de carbohidratos y lípidos. (Romero, 2000) OXIGENO DISUELTO (OD): Gas de baja solubilidad en el agua, requerido para la vida acuática aerobia. La baja disponibilidad de oxígeno disuelto limita la capacidad auto-purificadora de los cuerpos de agua y hace necesario el tratamiento de las aguas residuales para disposición en ríos y embalses. La concentración de saturación de OD es la función de la temperatura, de la presión atmosférica y de la salinidad del agua. (Romero, 2000) PH: Medida de la concentración ion hidrogeno en el agua, expresada como el logaritmo negativo de la concentración molar de ion hidrogeno. Aguas residuales en concentración adversa del ion hidrogeno son difíciles de tratar biológicamente, alteran la biota de las fuentes receptoras y eventualmente son fatales para los microorganismos. Aguas con PH menor de 6, en tratamiento biológico, favorecen el crecimiento de hongos sobre las bacterias. A PH bajo el poder bactericida del cloro es mayor, porque predomina el HOCl a PH alto la forma predominante del nitrógeno amoniacal es la forma gaseosa no iónica (NH3), la cual es toxica, pero también removible mediante arrastre con aire, especialmente a PH de 10,5 a 11,5. (Romero, 2000) PROTOZOOS: Protistas unicelulares, aerobios o anaerobios. Los más importantes en aguas residuales son las amibas, los ciliados y los flagelados. Entre los patógenos humanos son de interés la entamoeba histolytica, que ocasiona disentería amibiana; la Giardia lamblia, que causa giardiasis, y Cryptosporidium, que produce crisptosporidiosis. Los protozoos se alimentan de bacterias y de otros microorganismos por lo que son muy importantes en tratamiento biológico de aguas residuales, pues mejoran la calidad del efluente. (Romero, 2000) RELACIÓN ALIMENTO/MICROORGANISMOS (A/M): La relación A/M constituye un parámetro importante que mide la razón entre el alimento presente en las aguas residuales curdas y los organismos en el estanque de aireación. Alimentación es la ingestión de alimento por parte de los organismos para proveerse de sus necesidades alimenticias, fundamentalmente para conseguir energía y desarrollarse. (Aguamarket, 2009)

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SEDIMENTADOR CIRCULAR: Son normalmente alimentados por el centro, y a través de un tubo central, ascendente que en su parte superior presenta un deflector, (barrera o separador), cuyo propósito es disipar la energía del afluente y garantizar una distribución homogénea en el estanque. (Aguamarket, 2009) SOLIDOS: El contenido de sólidos de un agua afecta directamente la cantidad de lodo que se produce en el sistema de tratamiento o disposición. (Romero, 2000) SOLIDOS TOTALES: Se considera como sólidos totales de un agua el residuo de evaporación y secado a 103-105 °C. (Romero, 2000) SOLIDOS SEDIMENTABLES: Son una medida del volumen de sólidos asentados al fondo de un cono imhoff, en un periodo de una hora, y representan la cantidad de lodo removible por sedimentación simple; se expresa comúnmente en ml/L. (Romero, 2000) SOLIDOS DISUELTOS: Representan el material soluble y coloidal, el cual requiere usualmente para su remoción, oxidación biológica o coagulación y sedimentación. En la práctica los sólidos disueltos son aquellos con tamaño menor de 1,2 µm. (Romero, 2000) SOLIDOS SUSPENDIDOS: Constituyen la diferencia entre los sólidos totales de la muestra no filtrada y los sólidos de la muestra filtrada. En la práctica los sólidos suspendidos tienen tamaño mayor de 1,2 µm. (Romero, 2000) SOLIDOS VOLATILES: Son básicamente la fracción orgánica de los sólidos o porción de los sólidos que se volatilizan a temperaturas de 550 ± 50 °C. Su determinación es muy importante en lodos activados, lodos crudos y lodos digeridos. (Romero, 2000) TURBIEDAD: Constituye una medida óptica del material suspendido en el agua. Las aguas residuales crudas son, en general, turbias; en aguas residuales tratadas puede ser un factor importante de control de calidad. (Romero, 2000) ZANJON DE OXIDACIÓN: El proceso biológico es una variante del paso de barros activados. Al igual que el proceso de aireación extendida opera en la zona endógena de la curva de crecimiento. La configuración de zanja de oxidación más

18

utilizada es la de una cámara de aireación de forma ovalada, con poca profundidad, donde el líquido circula continuamente en un circuito cerrado. La circulación en un circuito cerrado provee una excelente acción de mezclado. Generalmente no tiene sedimentación primaria. El líquido residual crudo pasa directamente a través de rejas directamente a la zanja, parte del líquido residual tratado pasa a un sedimentador secundario para la separación de la biomasa. (Aguamarket, 2009)

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RESUMEN

El municipio de Bojacá Cundimarca presenta un problema de gran magnitud, en

cuanto a la planta de tratamiento de aguas residuales, ya que no se encuentra en

capacidad de tratar caudales picos (semana santa y festivos) del casco urbano, por

tal motivo solo realiza su proceso con el caudal de diseño, el restante es vertido a

la laguna el juncal generando una contaminación en ella, no cumple con

características físico-químicas como lo son la remoción de Demanda Bioquímica

de Oxígeno (DBO) , la remoción de Solidos Suspendidos Totales (SST), grasas y

aceites.

Al realizar una evaluación teórico-práctica de la PTAR se decide optimizarla por los

problemas expuestos anteriormente. De acuerdo a los parámetros del libro

Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de diseño, de Jairo Alberto

Romero Rojas, y el Reglamento Técnico del sector de Agua Potable y Saneamiento

Básico (RAS-2000), se diseña la planta de tratamiento de aguas residuales, con el

fin de cumplir con las características físico-químicas y solucionar el problema de la

contaminación de la laguna anteriormente nombrada.

La PTAR es diseñada para un periodo de 20 años, con un desarenador que también

cumple con la función de retener grasas y aceites por medio de una pantalla, dos

zanjones de oxidación, un sedimentador secundario, un cuarto para una bomba

sumergible, una estructura de lodo digestor, y lechos de secado, cumple con sus

principales condiciones tales como: remoción de DBO, remoción de SST, y grasas

y aceites, se realiza el plano de la planta de tratamiento de aguas residuales y los

detalles de cada estructura.

PALABRAS CLAVE: agua residual, optimización, saneamiento, sedimentación, tratamiento de aguas residuales.

20

1. INTRODUCCIÓN.

El agua como característica principal es un elemento indispensable para la vida y esto hace que se convierta en una herramienta necesaria en todas las labores cotidianas, es por eso que resulta de numerosa importancia el cuidado permanente de las fuentes de abastecimiento hídricas como también de métodos para su tratamiento con el fin de poder ser reutilizada. Las aguas residuales son los elementos a tratar los cuales son originados por uso doméstico o industrial. Por lo tanto, el tratamiento de aguas residuales es muy importante realizarlo debido a que luego del uso del agua, en actividades domésticas, agrícolas e industriales, su composición Biológica se altera. Las aguas residuales se definen, como el agua que ha sido previamente utilizada y se encuentra contaminada.

Para seleccionar el proceso para el tratamiento de aguas residuales, o de la combinación adecuada de ellos, depende principalmente de las características del agua cruda, la calidad requerida del efluente, la disponibilidad de terreno, los costos de construcción y operación del sistema de tratamiento y la facilidad de optimización a futuro para satisfacer los requerimientos por el crecimiento poblacional.

En la planta de tratamiento de aguas residuales de Bojacá, el sistema utilizado es el zanjón de oxidación, el cual está constituido por una cámara de entrada, una compuerta que deriva el agua y de allí se alimentan dos desarenadores, o también se da paso directo del agua hacia la laguna el Juncal. De los desarenadores el agua fluye por un canal que tiene una rejilla inclinada de 60°, luego el agua sigue hacia el zanjón el cual tiene tres unidades de aireación. Luego de pasar el agua por allí, continúa hacia el sedimentador el cual deriva el agua a dos lechos de secado y finalmente sale de la planta de tratamiento de aguas residuales a la laguna el juncal, la cual contiene un sistema de rebose, el cual cumple la función de al alcanzar su volumen máximo, transfiera el agua y la desemboque al rio Bojacá.

21

Dando una breve descripción del sistema que se utiliza en dicha planta, se procede a hacer la optimización, se debe tener en cuenta las especificaciones y antecedentes existentes, como también los parámetros de diseño y el cumplimiento de ellos. Para ello se tomará como Fuente principal el manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Bojacá, correspondiente al estudio hecho en el año 2002 por la CAR (Corporación Autónoma Regional) el cual aporta el material necesario para la optimización y evaluación que se hará a la planta de tratamiento. También se utilizarán estudios técnicos de carácter académico concedidos por los estudiantes de ingeniería civil de la Universidad Católica de Colombia.

22

2. ANTECEDENTES

TABLA 1. PROPIEDADES FÍSICO QUÍMICAS DE PTAR MUNICIPIO BOJACÁ

FUENTE: Secretaría de planeación de la alcaldía del municipio de Bojacá

La intención del presente trabajo es evaluar y optimizar la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Bojacá ya que, con los antecedentes previos se puede concluir que la planta no cumple con la capacidad del caudal del afluente del municipio; es de vital importancia el manejo adecuado de las aguas vertidas a la laguna el juncal la cual, desemboca al rio Bojacá y por ultimo llega al rio Bogotá.

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3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Evaluar de manera técnico-operativa el funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales con zanjón de oxidación del municipio de Bojacá-Cundinamarca

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Proponer el mejoramiento de la planta de tratamiento de aguas residuales, para una eficiencia de remoción hasta de 20 mg/l de materia orgánica.

Definir los cálculos del tratamiento biológico de las aguas residuales por sistema de lodos activados.

Determinar la eficiencia de remoción de la demanda bioquímica de oxigeno (DBO) de la planta de tratamiento de aguas residuales con el fin de cumplir la normatividad ambiental vigente.

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4. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Con base en los antecedentes existentes en el tema, el problema surge al haber diseñado la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Bojacá con proyecciones por debajo de las reales, lo que conlleva a tener un caudal inferior al afluente real. El caudal de diseño es de 7 L/s y el afluente máximo real ha llegado a los 11 L/s en las horas pico (Semana Santa). Las inadecuadas proyecciones se ven reflejadas en el año 2016, puesto que la proyección fue de 1500 habitantes para este año y en la actualidad se encuentran 1900 habitantes tan solo en el casco urbano. Por lo dicho anteriormente la PTAR solo trata 7 L/s y el caudal restante queda en el sistema de reboce, el cual da una entrega directa al vertimiento, en este caso la laguna el juncal, sin haberse tratado el agua residual. Con los antecedentes previos se observó que tres ítems de las características físico-químicas de la planta no cumplen con los valores permitidos de vertimiento de acuerdo a cada decreto por los que se rige la CAR (Corporación Autónoma Regional). Al no tratar todo el afluente producido por el municipio, aumenta la problemática de la contaminación y por consiguiente al deterioro del rio Bogotá ya que en este sitio llegan las aguas del rio Bojacá y de municipios aledaños. El otro problema paralelo al anterior surge por el sobredimensionamiento de los equipos eléctricos que conforman la planta de tratamiento de aguas residuales, ya que están diseñados para tratar un caudal de 30 L/s y el máximo caudal que ha llegado a la planta es de 11 L/s (horas pico). Esto produce un sobrecosto de energía en el municipio de Bojacá que oscila entre los treinta millones de pesos mensuales. Se requiere con urgencia una optimización de la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Bojacá, con el fin de disminuir los costos de operación y ampliar la cobertura del tratamiento del afluente producido por este municipio.

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5. METODOLOGÍA

El presente trabajo se divide de la siguiente manera:

Fase 1

Recopilar información acerca de la operación, mantenimiento y características del zanjón de oxidación de Bojacá - Cundinamarca en la biblioteca de la CAR Bogotá D.C.

Recopilar información de la biblioteca de la universidad Católica De Colombia, acerca de las características y pasos a seguir para evaluar el sistema de la planta de tratamiento de agua residual. Fase 2

Realizar la visita técnica que tenga como objetivo reunir información sobre el funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales.

En la visita al zanjón de oxidación de Bojacá - Cundinamarca obtener información necesaria para desarrollar la evaluación técnico-operativa de este y determinar los principales defectos que tenga el sistema que conforma la planta de tratamiento de aguas residuales.

Posteriormente se realiza la optimización con los cálculos adecuados basándose en el libro de Jairo Alberto Romero Rojas Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y principios de diseño, para obtener un buen funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Bojacá.

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Fase 3

Dado los resultados de los cálculos del diseño, se inicia con los planos de la planta de tratamiento de aguas residuales y los respectivos detalles de cada estructura que componen la PTAR.

En un documento, artículo y poster, se dará a conocer los cálculos del diseño, el cual realizarán los estudiantes del programa de ingeniería civil de la universidad católica de Colombia, del zanjón de oxidación del municipio de Bojacá-Cundinamarca.

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6. MARCO CONECPTUAL

De acuerdo a la información brindada por la biblioteca de la Corporación Autónoma Regional (CAR), la cual realizo un breve resumen de la descripción del sistema del zanjón de oxidación convencional que compone la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del Municipio de Bojacá, dando a conocer el diseño existente de cada una de las estructuras de la PTAR lo cual es una contribución para el proyecto. A continuación, se detalla las estructuras de la PTAR:

VIADUCTO METALICO

Se hizo necesario construir una estructura metálica de 81,26 metros de longitud, para lograr que el agua llegara por gravedad a la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Bojacá.

ESTRUCTURA DE LLEGADA

La aducción a la planta de tratamiento se realiza mediante una estructura de llegada, las aguas provenientes del 100% de la población llegan por medio de una tubería de 12 pulgadas en novafort, (tramo de caja de distribución a estructura de llegada con longitud de 50,92 metros y una pendiente del 0,45%). La tubería de 12 pulgadas en novafort indicada anteriormente llega a la estructura con una cota de 2566,23 m.s.n.m.

SISTEMA DE CRIBADO Y MEDICIÓN

Las aguas residuales y/o combinadas son conducidas hacia el zanjón de oxidación mediante un canal en concreto reforzado de 3000 psi, de sección transversal de 0,60 m, por 4,40 m de largo, y allí se ubican las rejas metálicas para retención de sólidos y las plataformas de secado.

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Luego se ubica el aforador ballofet el cual tiene una longitud de 1,50 m, ancho de 0,21 m, longitud de la garganta de 0,21 m. y ancho de la garganta de 0,14 m. En esta estructura se efectúa la medida del caudal afluente. El tramo final con longitud de 5,0 m, actúa como canal desarenador y entrega a un canal de 3,0 m y mediante un pasamuro de 10 pulgadas, el agua ingresa al zanjón de oxidación.

ZANJÓN DE OXIDACIÓN

Uno de los componentes más importantes para llevar a cabo el proceso físico-biológico de tratamiento, es el zanjón de oxidación constituido en una estructura en concreto reforzado de 3000 psi, cuya base tiene una zona recta de 43,03 m de largo, por 7,30 m de ancho y dos áreas semicirculares de 3,15 m de radio, la profundidad total es de 2,50 m y la altura útil es de 2,0 m. En el sentido longitudinal se ubica un muro central de 43 m de largo que actúa como difusor de flujo. En el zanjón se instalaron en sitios estratégicos cuatro unidades de aireación accionados eléctricamente cuya función es introducir aire al agua residual en tratamiento e impulsar o encausar el flujo de la misma, la cota de fondo del zanjón es de 64,10

CÁMARA DE INTERCONEXIÓN

Las aguas del zanjón pasan a una caja construida en concreto reforzado de 3000 psi, que sirve de conexión entre el zanjón y el sedimentador secundario, las dimensiones interiores de esta cámara son de 1,0 m de ancho por 1,20 m de altura por 1,65 m de longitud. La cota de fondo de la cámara de interconexión es de 65,05 m

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SEDIMENTADOR SECUNDARIO

Esta estructura desempeña un papel muy importante en el proceso de depuración de las aguas residuales, pues mediante flujo ascendente y con ayuda de un medio laminar se consigue una decantación acelerada de partículas en suspensión y por lo tanto las aguas efluentes salen clarificadas para luego ser entregadas a la tubería existente que a su vez desagua en la laguna el juncal, fuente final receptora de las aguas tratadas. El resultado de la sedimentación antes dicha, partículas sólidas y lodos biológicos, son depositados en el fondo de esta unidad que está construida en forma piramidal invertida. El tanque sedimentador, construido en concreto reforzado de 3000 psi. Es de forma circular de diámetro interior de 9,80 metros y en la parte inferior en forma piramidal invertida, se ubica la tolva de lodos, la base de iguales dimensiones a la sección transversal de la parte superior y con una altura de 1 metro, medida desde la base al vértice de la pirámide. En el centro del sedimentador se ubica el cilindro difusor en lámina galvanizada de 1/8 de pulgada que arranca del fondo de la cámara de interconexión (cota 63,80) y termina en la 66,28 (parte superior), para luego obligar al agua a descender. En las condiciones anteriores, el agua sube a través del medio laminar de forma tubular, se efectúa la sedimentación y el agua así obtenida es recolectada en las canaletas perimetrales ubicadas en la parte superior del tanque sedimentador. El caudal producido es controlado por medio de vertederos dentados, fabricados en acrílico y que serán instalados en los muretes de las canaletas de recolección. El agua clarificada recolectada en las canaletas es finalmente evacuada por una tubería de 12 pulgadas cuya cota batea es de 66,05 para luego ser entregada a un canal escalonado de 20,07 metros de longitud, el cual a su vez entrega el efluente final al alcantarillado existente.

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LECHOS DE SECADO DE LODOS

Los lodos producidos en el sedimentador secundario y depositados en la parte inferior son conducidos por una tubería de 8 pulgadas, hacia un pozo de bombeo en el cual se ubica la bomba de lodos. La estructura de los lechos de secado está construida en 16 compartimientos en concreto reforzado de 3000 psi de sección rectangular de 4,0 m de ancho por 3,0 m cada uno, con muros perimetrales de 0,15 cm de espesor y 1,0 m de altura. Los compartimientos están separados en sentido transversal por un canal de 0,80 m de ancho, sirve como medio recolector de los liquidos lixiviados. En el fondo de los compartimientos se instalaron tuberías de PVC, perforadas dispuestas en espina de pescado en diámetros de 6 pulgadas para los ramales principales y 4 pulgadas para los laterales, con pendientes de 0,5% que actúan como recolectores de los liquidos lixiviados. En cada uno de los compartimientos, se colocaron en forma ascendente capas de 0,20 m de espesor de arenas y 0,20 m de gravas que trabajan como lechos filtrantes. Sobre la última capa de gravas se colocarán ladrillos a junta perdida para recibir y soportar los lodos provenientes del sedimentador secundario. La estructura de los lechos de secado está cubierta con teja traslucida soportadas sobre vigas, correas metálicas y columnas.

BOMBEO DE LODOS Y LÍQUIDOS LIXIVIADOS

Los lodos producidos en el sedimentador secundario contienen aun carga biológica y bacterial contaminante, por lo cual es necesario y conveniente retornarlos al zanjon de oxidación para complementar el tratamiento mediante una bomba tipo sumergible accionada eléctricamente.

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La impulsión se realiza por tubería PVC RDE-26 de 4 pulgadas que entrega al zanjón en la cota 17,5 (clave) a la salida de la motobomba y en la tubería de impulsión se instaló una válvula de 6 pulgadas, tipo compuerta, vástago no ascendente, con rueda de manejo y que permanecerá cerrada cuando no se efectúe bombeo de lodo. Así mismo, según se indicó anteriormente, los líquidos lixiviados que son recolectados en la caja ubicada a la salida de los lechos de secado, serán retornados al zanjón de oxidación para complementar el tratamiento, por análogas razones a las expuestas en relación con los lodos biológicos, mediante un electro bomba de características iguales a la de los lodos. La impulsión de líquidos lixiviados se realiza por una tubería en pvc de 4

pulgadas y es entregada en el mismo sitio de la descarga de lodos en el zanjón

de oxidación. Se controla mediante una válvula de 4 pulgadas de iguales

características a las mencionadas antes para lodos.

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7. ESTADO DEL ARTE

7.1 TRATAMIENTO BIOLOGICO DE LAS AGUAS RESIDUALES

El tratamiento de aguas residuales domésticas, incorpora procesos físicos químicos y biológicos, los cuales tratan y remueven contaminantes físicos, químicos y biológicos introducidos por el uso humano cotidiano del agua. El objetivo del tratamiento es mejorar la calidad del agua para reincorporarla al ambiente o reutilizarla en algún proceso, y remover los contaminantes en un lodo el cual sea aprovechado, reciclado o reincorporado a procesos industriales. El tratamiento biológico de aguas residuales supone la remoción de contaminantes mediante actividad biológica. La actividad biológica se aprovecha para remover del agua residual, principalmente sustancias orgánicas biodegradables, coloidales o disueltas, mediante el proceso de conversión a gases y en biomasa extraíble mediante el proceso de sedimentación. La actividad biológica también se usa para remover nitrógeno y fósforo del agua residual. El punto fundamental es el tratamiento biológico, el cual comprende la conversión de la materia orgánica carbonacea disuelta y en estado coloidal en diferentes gases y tejidos celulares. La formación de flocs biológicos, los cuales están compuestos de materia celular y de los coloides orgánicos presentes en las aguas residuales, es la base fundamental del tratamiento biológico, luego de haber sido utilizados estos flocs se remueven por medio de sedimentación por gravedad. Existen los siguientes grupos principales de procesos biológicos: aerobios, anóxicos, y combinados que comprenden anóxicos con aerobios y anóxicos con anaerobios. Dentro de cada grupo podemos encontrar crecimiento biológico suspendido, crecimiento biológico adherido o una combinación de ellos. Así mismo, dependiendo del régimen de flujo predominante, los procesos biológicos se consideran de flujo continuo o intermitente y del tipo de mezcla completa, flujo a pistón o flujo arbitrario. En los procesos de tratamiento aerobio el tratamiento se efectúa en presencia de oxígeno. (CRITES Ron, 2000)

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7.1.1 PROCESO AEROBIO

El proceso aerobio es un proceso de respiración de oxígeno en el cual el oxígeno libre es el único aceptador final de electrones; el oxígeno es reducido y la materia orgánica o inorgánica es oxidada. Todos los organismos que usan oxígeno libre como aceptor de electrones son aerobios. (Romero, 2000) .

7.1.2 METABOLISMO MICROBIAL

El metabolismo microbial en el proceso de respiración aerobia se puede representar gráficamente como se muestra en la ilustración N°1:

ILUSTRACIÓN 1 METABOLISMO MICROBIAL

FUENTE: (Romero, 2000)

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El proceso anterior se ejecuta con el fin de obtener la energía necesaria para la síntesis de tejido celular nuevo. Cuando ocurra ausencia de materia orgánica, el tejido anteriormente nombrado será respirado endógenamente y convertido en productos gaseosos. Constantemente, las bacterias son los organismos más importantes en el tratamiento aerobio de las aguas residuales porque son excelentes oxidadores de la materia orgánica y crecen de una manera exponencial en las aguas residuales, si en ellas existe oxígeno, siendo capaces de formar una capa floculenta gelatinosa de muy buenas características para la remoción de la materia orgánica. En los procesos de lodos activados son comunes: Zooglea ramigera, Pseudomonas, Flavobacterium y Alcaligenes. En la oxidación biológica aerobia, el oxígeno libre es esencial para los organismos aerobios como agente para la oxidación de compuestos orgánicos en CO2. La oxidación biológica aerobia reacciona por la presencia del oxígeno molecular y sirve para el crecimiento de los organismos aerobios. El oxígeno molecular libre es agregado al sustrato, materia orgánica, ocurriendo la oxidación o mineralización del residuo. La reacción es muy eficiente porque libera grandes cantidades de energía; esta energía es almacenada preferentemente en la biomasa sintetizada y los residuos de dicho catabolismo son compuestos estables de bajo contenido energético. El proceso aerobio se ejecuta para obtener la energía necesaria para la síntesis de tejido celular nuevo.2 (Romero, 2000) El crecimiento bacteriano consiste en cuatro fases las cuales son:

Fase de latencia: es el tiempo requerido para que los microorganismos se acoplen al nuevo medio.

Fase exponencial: en esta fase se ve reflejado el incremento de microorganismos ya que en el medio donde están, existe una gran cantidad de alimento (materia orgánica) y por ende al consumir el alimento, van aumentando los microorganismos. Las condiciones ambientales pueden afectar el incremento exponencial de ellos.

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Fase estacionaria: en este punto hay un equilibrio de alimento y microorganismos, lo cual hace que dejen de reproducirse.

Fase de muerte: al disminuir la materia orgánica, no hay suficiente alimento para la gran cantidad de microorganismos en el medio lo que genera que se coman unos con otros.

GRÁFICA 1 ETAPAS DEL DESARROLLO BACTERIANO

FUENTE: (Guerrero., 1996)

Es un ciclo de vital importancia a tener en cuenta para el tratamiento de las aguas residuales, un método clave para tener un crecimiento microbiano estable es la recirculación de lodos, el cual consiste en extraer una parte de los lodos activados, que ya han sido tratados, para luego ser transportados al inicio del sistema con el fin de disminuir el tiempo de cada fase de crecimiento bacteriano. Esto se debe a que, en los lodos activados se encuentran microorganismos en un estado de madurez, lo cual hace que no tengan que acoplarse nuevamente a su medio y agilice el procedimiento de depuración de las aguas residuales.

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7.2 LODOS ACTIVADOS

El proceso de los lodos activados fue desarrollado en Inglaterra, en el año de 1914, por Ardern y Lockett. El 3 de abril de 1914, en una reunión de la sociedad de la Industria Química en el Grand Hotel en Manchester, Inglaterra, Edward Arden,MSc y William T. Lockett, presentaron su trabajo clásico “experimentos sobre la oxidación de aguas residuales sin ayuda de filtros”, el cual luego fue publicado en el diario de la sociedad de la industria química. ( Ardern, E. y Lockett, WT, "Experimentos en la oxidación de aguas residuales sin la ayuda de filtros," Revista de la Sociedad de la Industria Química, Vol. 33, No 10, pp 523 - 539, 1914 (presentado en la Sección Manchester satisfacer el 3 de abril 1914). En este trabajo, Ardern y Lockett describen todos los componentes esenciales del proceso de tratamiento de lodos activados en aguas residuales, y rápidamente se convierte en el proceso de tratamiento biológico de aguas residuales más utilizado. En este trabajo, se otorgó el primer uso informado de la expresión “lodos activados” para referirse a los sólidos biológicos que se establecieron de la extracción de estos lodos de las aguas residuales para así reciclarse de nuevo en el proceso de tratamiento. (Romero, 2000)

7.2.1 FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS

Los elementos esenciales del proceso de lodos activados , que se describieron en el documento Ardern y de Lockett (y todavía están en uso hoy en día), son:

1. aireación de aguas residuales en la presencia de microorganismos aerobios.

2. eliminación de los sólidos biológicos de las aguas residuales por sedimentación.

3. el reciclado de los sólidos biológicos se acomodó en el agua residual aireada. Este conjunto de procesos favorece a los microorganismos aerobios que floculan para formar sólidos sedimentables los cuales pueden ser apartados en el sedimentador y enviados de nuevo en el proceso de aireación, un cultivo concentrado de microorganismos aerobios se puede mantener en el tanque de

http://www.brighthub.com/environment/science-environmental/articles/66157.aspx

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aireación, de modo que la materia orgánica en el agua residual entrante se oxide y se transforme en dióxido de carbono.

El proceso de lodos activos ha sido utilizado para el tratamiento de las aguas residuales tanto industriales como urbanas desde hace aproximadamente un siglo. El diseño de las plantas de lodos activos se llevó a cabo fundamentalmente de una forma empírica. Sólo al comienzo de los años sesenta se desarrolla una solución más racional para el diseño del sistema de lodos activos. Este proceso nació de la observación realizada de que cualquier agua residual, urbana o industrial, se somete a aireación durante un período de tiempo se reduce su contenido de materia orgánica, formándose a la vez un lodo floculento. (Ramalho, 1996)

El proceso de los lodos activados tiene en común el contacto de las aguas residuales con el floc biológico el cual es previamente formado en un tanque de aireación. El lodo activado consta de una masa floculenta de microorganismos, materiales inorgánicos y materia orgánica, tiene como propiedad una superficie altamente activa para la adsorción de materiales suspendidos y coloidales, de allí surge su nombre de activado. El resultado es una porción de materia orgánica, la cual es susceptible de descomposición biológica y el restante se transforma en lodo activo adicional. El ambiente del sistema de lodos activados se puede considerar como medio acuático, el cual es colonizado por microorganismos muy variados como hongos, bacterias, protozoos, y metazoos pequeños. El movimiento constante y la recirculación de los lodos hacen, un medio perfecto para la macro fauna acuática. Las bacterias son el grupo más importante de los microorganismos ya que en el proceso de lodos activados, cumplen la función de estabilizar la materia orgánica y también forman el floc de lodo activo. El proceso comienza al fluir las aguas residuales crudas con su respectivo contenido de materia organica (DBO5) como suministro alimenticio al tanque de aireación. Para ello previamente el afluente debe pasar por un proceso de sedimentación primario. Al llegar al cultivo microbial Las bacterias metabolizan los residuos produciendo nuevas bacterias, utilizando oxígeno disuelto y liberando dióxido de carbono. Los protozoos consumen algunas bacterias para obtener energía y así reproducirse. Una porción del crecimiento bacterial muere, liberando

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su contenido celular, esto ayuda a una nueva síntesis en células microbiales. La mezcla liquida, floc biológico en suspensión con las aguas residuales, es separada en el sedimentador, se recircula el floc sedimentado continuamente al tanque de aireación y el efluente clarificado se descarga. Los lodos del sedimentador tienen dos opciones. La primera se puede destinar para alimentar el afluente mediante la recirculación y la segunda se puede destinar a tratamiento de lodos (lodos como residuo). El sistema de lodos activados es un proceso aerobio, ya que el floc microbial se mantiene en suspensión en la mezcla aireada del tanque, donde se encuentra el oxígeno disuelto. Las burbujas de aire se crean por medio de aireadores mecánicos, el oxígeno se introduce en el líquido mediante mezcla turbulenta. La tasa de utilización del oxígeno disuelto (OD) es esencialmente una función de la relación alimento/microorganismo (DBO5 /SSLM), como también del tiempo de aireación y de la temperatura. El consumo de oxígeno disuelto es generalmente menor de 10 mg/L-h para procesos de aireación extendida, cerca de 30 mg/L-h para procesos convencionales y tan grande como 100 mg/L-h para procesos de tasa alta. La concentración predeterminada de oxígeno disuelto es de 0,2 a 2,0 mg/L y la crítica es generalmente de 0,5 mg/L; concentraciones menores al valor anterior inhabilitan el metabolismo microbial aerobio. En síntesis, el contacto del agua residual con una cantidad óptima de floc biológico activo y en presencia adecuada de oxígeno, durante un periodo de tiempo prudente, seguido de una separación eficiente de los organismos y del líquido purificado, son los prerrequisitos del proceso. (HERNANDEZ, 1996)

7.2.2 LODOS GENERADOS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Los lodos residuales son el subproducto el cual es inevitable del tratamiento de las aguas residuales, los contaminantes que no se destruyen durante el proceso de tratamiento tienden a concentrarse en los lodos. (Romero, 2000)

7.2.3 CARACTERISTICAS DE LOS LODOS

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Las características de los lodos varían dependiendo de su origen, de la edad, del

tipo de proceso del cual provienen y de la fuente original de los mismos. (Romero,

2000)

7.2.4 ORIGEN DE LOS LODOS

Los lodos son generados del agua residual ya sea doméstica o industrial durante el tratamiento. Se combinan procesos físicos, biológicos y químicos. Se clasifican en primarios, como la sedimentación de sólidos, los secundarios o biológicos y los tratamientos terciarios, generalmente químicos, los cuales se usan para obtener un efluente con una alta calidad. (Romero, 2000)

7.2.5 TIPO DE LODOS

Los constituyen los lodos los cuales son de material heterogéneo y su contenido depende no solo del origen y características del agua, sino también de la tecnología usada para el tratamiento. Los diferentes procesos de tratamiento de los lodos producen distintas cantidades y clases de lodos:

LODO PRIMARIO

El lodo primario es producido durante los procesos de tratamiento primario de las aguas residuales. Esto ocurre después de las pantallas y desarenador y consiste en productos no disueltos de las aguas residuales. El lodo en el fondo de tanque primario de sedimentación se llama también lodo primario. La composición del lodo depende de las características del área de recogida de las aguas. El lodo primario contiene generalmente una gran cantidad de material orgánico, vegetales, frutas, papel, etc. La consistencia se caracteriza por ser un fluido denso con un porcentaje en agua que varía entre 93 % y 97 %.

LODO SECUNDARIO

En las plantas durante el tratamiento secundario, la demanda bioquímica o la demanda química de oxígeno son disminuidas por medios biológicos. La biomasa degrada al material demandante de oxígeno que se encuentra suspendido o

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disuelto en el líquido. El aire se burbujea en el licor mezclado por diferentes medios, en el tratamiento aerobio. Los microorganismos o biomasa que se desarrollan en el tanque de aireación, se sedimentan en un clarificador final y un porcentaje definido que se regresa al inicio del sistema de aireación, como inóculo (recirculación de lodos). En este proceso, los microorganismos consumen la materia orgánica disuelta, la cual utilizan como alimento para obtener energía para llevar a cabo todas sus funciones y subsistir en el medio ambiente. Desafortunadamente, la cantidad de microorganismos producidos, excede a la cantidad requerida por el sistema, y parte de esta materia sólida debe ser desechada. Estos materiales biológicos de desecho son llamados lodos secundarios.

LODO ACTIVO

La eliminación de materia orgánica disuelta y los nutrientes de las aguas

residuales tiene lugar durante el tratamiento biológico del agua. Normalmente se

caracteriza por la interacción de distintos tipos de bacterias y microorganismos,

que requieren oxígeno para vivir, crecer y multiplicarse y consumen materia

orgánica. El lodo resultante se llama lodo activo. Normalmente este lodo está en

forma de floculos que contienen biomasa viva y muerta además de partes

minerales y orgánicas adsorbidas y almacenadas.

El comportamiento de sedimentación de los floculos de los lodos activos es de

gran importancia para el funcionamiento de la planta de tratamiento biológico. Los

floculos deben ser removidos, para separar la biomasa del agua limpia, y el

volumen requerido de lodo activo puede ser bombeado de nuevo en el tanque de

aireación.

LODO TERCIARIO

Lodo terciario se produce a través de procesos de tratamiento posterior, ejemplo:

Adición de agentes floculantes.

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LODO ACTIVO DE RETORNO

El lodo activo de retorno es el que proviene del tanque de aireación biológica al clarificador final. Los floculos de lodo activo se sedimentan al fondo y pueden separarse del agua residual tratada. La mayoría del lodo que se lleva de nuevo al tanque de aireación se llama lodo activo de retorno.

FANGO/LODO DIGERIDO

Fango digerido tienen lugar en los procesos de digestión aeróbica. Tiene color negro y olor a tierra. Tiene una proporción de materia orgánica del orden de 45 to 60 %.

LODO CRUDO

Lodo crudo, es aquel que no ha sido tratado ni estabilizado, que puede extraerse

de plantas de tratamiento de aguas residuales. Tiende a producir la acidificación

de la digestión y produce olor. (Romero, 2000)

7.2.6 TRATAMIENTO DE LODOS

El tratamiento y disposición eficiente de los lodos de una PTAR requiere conocer las características de los sólidos y del lodo por procesar, así como la aptitud de los diferentes sistemas de procesamiento y la facilidad de acceso a las diferentes opciones de disposición final. A continuación, se resumen algunas opciones para el tratamiento y disposición de lodos:

DISMINUCIÓN DEL VOLUMEN

La disminución del volumen que ocupan los lodos en una PTAR, es beneficiosa para los siguientes procesos que tienen que ser sometidos los lodos, ya que permitirá aumentar la capacidad de los tanques y equipos necesarios, disminuirá la cantidad de productos químicos, y el calor necesario para los digestores. Existen diferentes sistemas para conseguir esta disminución de volumen:

ESPESADORES POR GRAVEDAD

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Este mecanismo se utiliza para la mezcla y homogeneización de lodos de distintos orígenes, de accionamiento central mediante cabeza de mando o de accionamiento central con motorreductor. Los componentes de un espesador se presentan en la Figura 2.

ILUSTRACIÓN 2 ESPESADOR POR GRAVEDAD


ESPESADORES POR FLOTACIÓN

En este espesador también se separa la fase sólida de la líquida, pero a diferencia del método anterior, en los espesadores por flotación los sólidos se concentran en la parte superior. Los lodos en este caso ascienden a una velocidad superior a la de sedimentación. Esto se consigue mediante la introducción de aire. Estas pequeñas burbujas de aire arrastran a las partículas sólidas hacia arriba. Los sólidos acumulados en la superficie del espesador son retirados mediante procesos mecánicos.

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ESPESAMIENTO POR CENTRIFUGACIÓN

La centrifugación se usa principalmente para la deshidratación de los lodos, aunque también se utilizan para concentrarlos. El principio en el que se fundamenta es en la sedimentación de las partículas sólidas del lodo gracias a la fuerza centrífuga que se aplica. El lodo se introduce de forma continua, concentrándose los sólidos en la zona periférica. El lodo es empujado por un tornillo helicoidal hasta el extremo de la centrífuga.

DESHIDRATACIÓN

La deshidratación disminuye el contenido de agua de los lodos disminuyendo así el volumen para el transporte y la manejabilidad de los mismos. El destino de los lodos determinará el grado de deshidratación y el método utilizado para este fin.

LECHOS DE SECADO

Los lechos de secado constituyen uno de los métodos más antiguos para reducir el contenido de humedad de los lodos en forma natural. El lecho típico de arena para secado de lodos es un lecho rectangular poco profundo, con fondos porosos colocados sobre un sistema de drenaje (Ver Figura 3).

ILUSTRACIÓN 3 LECHO DE SECADO.

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El lodo se aplica sobre el lecho en capas de 20 a 30 cm y se deja secar. El desaguado se efectúa mediante drenaje de las capas inferiores y evaporación de la superficie por acción del sol y del viento. Inicialmente el agua percola a través del lodo y de la arena para ser removida por la tubería de drenaje en un periodo mínimo de un día. Una vez formada una capa de lodo sobrenadante, el agua es removida por decantación y por evaporación. La pasta se agrieta a medida que se seca, permitiendo evaporación adicional y el escape de agua lluvia desde la superficie.

FILTRO BANDA

Es un sistema de alimentación continua de lodo, donde se realiza también un acondicionamiento químico, generalmente con polielectrolitos. En los filtros banda primero se produce un drenaje por gravedad y después se hace pasar el lodo por una aplicación mecánica de presión para que se produzca la deshidratación, gracias a la acción de una tela porosa.

FILTRO PRENSA

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El filtro prensa constan de una serie de placas rectangulares verticales dispuestas una detrás de otra sobre un bastidor. Sobre las caras de estas placas se colocan telas filtrantes, generalmente de tejidos sintéticos. El espacio que queda entre dos placas, en su parte central hueca, es el espesor que adquirirá la torta resultante.

CENTRIFUGADORA

La centrifugadora es un tambor cilindro-cónico de eje horizontal que se fundamenta en la fuerza de centrifugación para la separación de la fase sólida del agua. Hay dos tipos de centrifugación en la deshidratación de los lodos. Una de ellas es la centrifugación contracorriente, donde los sólidos y el líquido circulan en sentido contrario dentro del cilindro. (Rios, 1980)

7.3 ZANJON DE OXIDACIÓN

7.3.1 ORIGEN DE LOS ZANJONES DE OXIDACIÓN

El sistema de zanjón de oxidación fue desarrollo por Pasveer en 1553, en Holanda y dos años después se puso en operación el primer prototipo, en Voorschoten con el objetico de proporcionar un proceso de tratamiento, fácil de operar y de bajo costo para cumplir con los requerimientos de manejo de vertidos municipales e industriales de la comunidad, fue ejecutado en el Institute for Public Health Engineering (TNO). En 1956, en Nittenan, se construyó el primer zanjón alemán. Los primeros zanjones de oxidación, de los Estados Unidos, se construyeron a comienzos de la década de los sesenta, principalmente para el tratamiento de caudales entre 1 L/s y 1800 L/s. Estudios hechos por la Environmental Protection Agency (EPA), en 1978, indicaron que el zanjón de oxidación tiene costos anuales de operación inferiores a los de procesos biológicos similares, en el rango de 4 a 440 L/s. En general, el zanjón de oxidación puede ser una alternativa económica en poblaciones medianas, de 1.000 a 60.000 habitantes, que dispongan de suministro eléctrico confiable y donde la disponibilidad de terreno es escasa y su costo es elevado. (Romero, 2000)

7.3.2 TIPOS DE ZANJÓN DE OXIDACIÓN

Los canales de oxidación trabajan bajo la modalidad de fangos activados, en

46

donde el reactor biológico es de mezcla total con aireación por rotores superficiales cubiertos y la salida del agua es regulada por un vertedero móvil. El programa de canales de oxidación incluye los siguientes sistemas de operación:

CANAL DE OXIDACIÓN TIPO A

Para poblaciones de hasta 1000 habitantes equivalente sirve este sistema, el cual consiste en un único reactor con entrada continua que lleva a cabo la función de aireación, decantación y descarga, en forma secuencial. “El agua entra en continuo y la descarga se produce por un vertedero móvil controlado automáticamente. En la fase de aireación se produce la degradación de los contaminantes del agua residual por medio de los microorganismos del fango activado. En la decantación, los fangos se sedimentan en el propio canal permitiendo, después de unos minutos, el inicio de la descarga del agua depurada por el vertedero móvil regulable. El fango activado en exceso se elimina del reactor por medio de un bombeo que lo envía a concentración y deshidratación. Las fases están controladas por un autómata y sólo requiere supervisión y control para la operación de la instalación. Los parámetros de salidas que normalmente se alcanzan en este tipo de instalación son”:

BOD< 20 mg/l

SS< 35 mg/l

Nitr.< 2 mg/l Los fangos en excesos son estabilizados en el proceso aerobio de depuración y no producen olores al extraerlos. (Kjaer, 2011)

ILUSTRACIÓN 4 CICLO DE OPERACIÓN DEL CANAL TIPO A

47

FUENTE: (Kjaer, 2011)

En donde N es la eliminación de DBO y Nitrificación y S es la sedimentación.

CANAL DE OXIDACIÓN TIPO D

Para poblaciones de hasta 5000 habitantes equivalente sirve este sistema de canales de oxidación tipo D, igual que el tipo A, “realiza la función de decantación en el propio canal, pero al tener dos canales la operación es continua, alternándose los canales para trabajar en la fase de aireación y decantación secuencialmente. Las secuencias están controladas por autómatas y los parámetros de vertidos son similares a los del Canal tipo A”. (Kjaer, 2011)

ILUSTRACIÓN 5 CANAL DE OXIDACIÓN TIPO D

48


CANAL DE OXIDACIÓN TIPO T

“En el canal de oxidación tipo T, la sección de fangos activados está integrada por tres tanques de aireación con decantación y aireación alternante en los dos tanques de extremo y aireación continua en el tanque del centro. Los tres tanques están intercomunicados hidráulicamente a través de un orificio en los muros divisorios y el flujo del agua es dirigido por medio de la arqueta de reparto de entrada y los vertederos de salida de cada tanque. Este sistema es especialmente ventajoso en depuradoras de una capacidad de 30.000 a 300.000 habitantes equivalentes”. (Kjaer, 2011)

ILUSTRACIÓN 6 CANAL DE OXIDACIÓN TIPO T

49


En donde S es la sedimentación, DN es la denitrificación y eliminación de DBO y N es nitrificación y eliminación de de DBO. “Las dos principales ventajas de este sistema son: - Sencillez operativa, al no tener decantación secundaria exterior ni recirculación de fangos - Obtención de altos niveles de calidad del efluente con costes de inversión competitivos, al poder realizar prácticamente toda la obra civil en una estructura tipo canal sin armaduras significantes” (Kjaer, 2011).

SISTEMA BIODENITRO Y BIODENIPHO

“El proceso Biodenitro, es un proceso de depuración biológico para eliminar nitrógeno en el agua residual que viene en forma de amoníaco, basado en la nitrificación y desnitrificación secuencial en dos canales de oxidación con

50

decantación externa”. (Kjaer, 2011)

ILUSTRACIÓN 7 CICLO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA BIODENITRO


“En la primera fase los rotores de ambos canales están en operación, oxidando la materia carbonada y nitrificando el amoníaco a nitrato. En la segunda fase, se deja de airear en un canal y por lo tanto se producen condiciones anoxias sin oxígeno libre. En esta fase trabajan las bacterias desnitrificadoras que utilizan el oxígeno de los nitratos para su respiración, produciendo nitrógeno libre y por lo tanto la desnitrificación del agua residual. En la tercera y la cuarta fase se repite los procesos, pero invertido en los canales. El período de cada fase se ajusta de acuerdo a las características del vertido a tratar y todo el período dura normalmente de 4-8 horas. Los parámetros de vertidos que se obtienen son los siguientes:

DBO<10 mg/l

SS<10 mg/l

Nitratos< 2 mg/l

Nitrógeno total< 6 mg/l

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El proceso Biodenipho tiene similar modo de operación al Biodenitro, solo que se agrega un tanque anaerobio en la entrada de los canales para seleccionar los microorganismos capaces de retener alto contenido de fósforo y pudiendo de este modo obtener valores en la salida inferiores a 1 mg/l de fósforo total”. (Kjaer, 2011)

ILUSTRACIÓN 8 ESQUEMA DE UNA PLANTA BIODENIPHO.


6.3.3 ESTRUCTURA DEL ZANJON DE OXIDACION CONVENCIONAL

Una planta de tratamiento a base de zanjones de oxidación es un proceso de lodos activados con mezcla completa, del tipo de aireación extendida, el cual utiliza un canal o varios canales concéntricos y de recirculación como tanque de aireación y mezcla. Como equipo de aireación para proveer oxígeno, mezclado y su apropiada recirculación del licor mezclado se usan aireadores mecánicos de tipo hélice, soplador, cepillos u otros dispositivos. La cantidad de oxígeno disuelto alrededor del canal puede variar significativamente, lo cual es importante para ciertos modos de operación, especialmente para la remoción de nitrógeno. El licor mezclado se hace airear y recircular a través del canal por medio de rotores de cepillo, aireadores de disco, tubos de aireación o difusores de burbujas. El proceso de mezclado provee al sistema de dos requerimientos esenciales. Primero, el oxígeno necesario para promover el crecimiento microbiano y segundo, las velocidades de flujo.

52

La planta típica de un zanjón de oxidación no incluye sedimentación primaria, utilizan un solo canal concéntrico, un sedimentador secundario y lechos de secado de lodos. Los canales de aireación tienen profundidades entre 1,2 y 1,8 m con paredes laterales a 45°; sin embargo, se construyen también canales más profundos de 3,0 a 3,6 m. En general el zanjón se reviste de concreto o de otro material apropiado para prevenir la erosión y la infiltración. Los aireadores pueden instalarse fijos o flotantes, sobre uno o más sitios a lo largo del canal para suministrar suficiente velocidad dentro del zanjón, generalmente mayor de 0,30 m/s, así como para mantener el nivel de oxígeno disuelto requerido y los sólidos del licor mezclado en suspensión. “La mayoría de los cepillos opera a velocidades de 60 a 110 RPM, sumergidos 5 a 30 cm, y producen tasas de transferencia de oxigeno entre 1,5 y 10 kg O2/h. Generalmente se instalan dos aireadores como mínimo para asegurar la aireación permanente del licor mezclado. La unidad de salida del sedimentador puede ser una caja con una compuerta de madera que permita variar el nivel del agua en el zanjón y ajustar la inmersión de las paletas del cepillo de aireación. Para el sedimentador secundario se utilizan cargas superiores de diseño de 15 a 20 m3/d para caudales promedio y de 40 a 80 m3/d para caudales pico; se recomiendan profundidades de 3,0 a 4,2 m. El zanjón de oxidación, adecuadamente diseñado y operado, prevee remociones promedio de DBO y SS mayores del 85%; tiene capacidad de afectar un nivel alto de nitrificación por el tiempo de retención prolongado (24 horas) y contar con edades de lodos mayores de diez días. El zanjón de oxidación también se ha usado para remover nitrógeno mediante la producción de zonas aerobias y anóxicas dentro del canal, controlando la tasa de transferencia de oxígeno para que el OD de licor mezclado se agote en una porción del canal de aireación. La fuente de carbono para la desnitrificación, en la zona anóxica, se provee, en estos casos, alimentando el residuo crudo al canal, aguas arriba del inicio de la zona anóxica; con una operación cuidadosa se pueden lograr remociones de nitrógeno del 80%. Para una construcción económica, el zanjón debe localizarse con su longitud en paralelo con las curvas de nivel y el terreno debe permitir flujo por gravedad” (Romero, 2000) ILUSTRACIÓN 9 PLANTA DE TRATAMIENTO CON ZANJÓN DE OXIDACIÓN.

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EQUIPOS DE AIREACIÓN

ILUSTRACIÓN 10 ROTOR DE AIREACIÓN.


ILUSTRACIÓN 11 CEPILLOS DE AIREACIÓN.

54


Los requerimientos que se deben cumplir para los equipos aireadores para el zanjón de oxidación son los siguientes:

Satisfacer la DBO del residuo.

Satisfacer la respiración endógena de la biomasa.

Atender la demanda por nitrificación.

Proporcionar una mezcla adecuada en el reactor.

Mantener una concentración mínima de oxígeno disuelto “Los tanques de aireación pueden ser cuadrados o rectangulares y pueden estar provistos de uno o más aireadores, la profundidad y el ancho de los tanques de aireación depende del tamaño del aireador. Por ejemplo, la profundidad y el ancho apropiado para un aireador de 7.5 kW sería de 2.5m y 10m, respectivamente. En general, los requerimientos de potencia para mantener un régimen de flujo completamente mezclado, con aireadores mecánicos, por ejemplo, varía entre 20 y 40 w/m3, dependiendo del diseño del aireador y de la geometría del tanque”. (Funeque, 2004)

55

CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS DE AIREACIÓN

Loa equipos de aireación normalmente utilizados en el tratamiento de las aguas residuales se clasifican en dos grandes grupos:

a. AIREADORES SUPERFICIALES

Por aspersión y turbulencia en la superficie del agua. Pueden ser de eje vertical o de eje horizontal.

ILUSTRACIÓN 12 AIREADOR DE CEPILLO DE EJE HORIZONTAL.

FUENTE: (Funeque, 2004)

ILUSTRACION 13 AIREADOR DE EJE VERTICAL.


56

“Los aireadores mecánicos superficiales consisten en propulsores parcialmente sumergidos cuyos motores están conectados a estructuras flotantes o fijas. Se utilizan para producir una fuerte agitación en el agua residual, permitiendo la entrada de aire y facilitando la disolución del oxígeno en el agua a través de la interface agua–aire. Los propulsores se fabrican en acero, hierro, aleaciones no corrosivas o plásticos reforzados con fibra de vidrio”. (Kjaer, 2011)

Los aireadores superficiales se clasifican de acuerdo con el tipo de propulsor o con la velocidad de rotación del mismo: centrífugos, radial-axial o axial; baja o alta velocidad.

Los propulsores centrífugos pertenecen a la categoría de baja velocidad y van conectados a un moto-reductores.

Los aireadores de flujo axial operan a alta velocidad. Estos propulsores están conectados directamente al motor eléctrico.

Los aireadores de alta velocidad, por lo regular, se instalan sobre plataformas flotantes. Por esa razón se utilizan muy frecuentemente en lagunas aireadas

b. AIREADORES SUMERGIBLES

Se subdividen a su vez en los siguientes sistemas:

Sistemas de aireación difusa: Están constituidos por difusores sumergidos en el agua residual, conectados a una red de tuberías que se alimenta de aire y oxígeno puro mediante sopladores (compresores). Los factores de importancia son el área de contacto de la burbuja con el agua y la cantidad de agua que mueven las burbujas. (Funeque, 2004)

57

ILUSTRACIÓN 14 AIREACIÓN DIFUSA.


Los sistemas de aireación difusa se clasifican de acuerdo con el tamaño de la burbuja (gruesa o fina). Entre mayor sea el área superficial de la burbuja mayor será la transferencia de aire en el agua. Por eso una reducción en el tamaño de la burbuja magnifica considerablemente el área superficial de contacto. (Funeque, 2004)

Aireadores de turbina: Consisten en inyectores que combinan agua y aire bajo determinadas condiciones de presión, producen un chorro de agua que contiene burbujas de aire, los cuales generan un movimiento horizontal del agua ya que en sentido vertical presentan deficiencias en la mezcla, es por esa razón que los sedimentos tienen a volverse anaerobios. En comparación con los aireadores superficiales las finas burbujas de aire pueden ser, en términos de energía hasta 5 veces más eficientes que los aireadores mecánicos. (Funeque, 2004)

58

ILUSTRACIÓN 15 AIREADORES DE TURBINA.


TABLA 2 POTENCIA DEL EQUIPO Y DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE.


59

TABLA 3 EQUIPOS DE AIREACIÓN.


60

8. DISEÑO ZANJON DE OXIDACION MUNICIPIO DE BOJACÁ

8.1 DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

De acuerdo al Título A del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - RAS 2000, Capítulo A3 DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA, para todo el territorio nacional se establecen los siguientes niveles de complejidad:

Bajo Medio Medio Alto Alto La clasificación del proyecto en uno de estos niveles depende del número de habitantes de la zona urbana del municipio, su capacidad económica y el grado de exigencia técnica que se requiera para adelantar el proyecto de acuerdo con lo establecido en la siguiente tabla:

TABLA 4 ASIGNACIÓN NIVEL DE COMPLEJIDAD.

FUENTE: (RAS, 2000)

61

Por medio de información vía internet, a través de la página del Departamento Administrativo de Estadística (DANE) para conocer datos exactos de los Censos correspondientes a los años 1951, 1964, 1973, 1985, 1993 y 2005 del municipio de Bojacá se obtuvieron los siguientes datos:

GRÁFICA 2 CENSOS DE POBLACIÓN- BOJACÁ.

FUENTE: (DANE, 2016)

TABLA 5 CENSOS DE POBLACIÓN-BOJACÁ.

FUENTE: (DANE, 2016)

62

Concorde a los censos de la población de la zona urbana del municipio de Bojacá, se realizó una proyección al año 2016 de 13839 habitantes. De acuerdo a esta población se encuentra en un rango de 12501-60000 habitantes, el nivel de complejidad es Medio Alto.

8.2 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN DE DISEÑO

Con base en los censos de población del DANE se obtienen los parámetros que determinan el crecimiento de la población. La estimación de la población en el casco urbano es el aspecto principal en la definición del nivel de complejidad del sistema. El título B del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS 2000, capítulo B.2 POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA, establece que esa población debe corresponder a la proyectada al final del periodo de diseño, llamado también horizonte de planeamiento del proyecto. (RAS, 2000)

8.3 PERIODO DE DISEÑO

El periodo de planeamiento o de diseño, fija las condiciones básicas del proyecto como la capacidad del sistema para atender la demanda futura, la densidad actual y de saturación, la durabilidad de los materiales y equipos empleados, y la calidad de la construcción, operación y mantenimiento. El periodo de planeamiento también depende de la demanda del servicio, la programación de inversiones, la factibilidad de ampliaciones y las tasas de crecimiento de la población, del comercio y de la industria. Como mínimo, los sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales o lluvias deben proyectarse para los periodos de planeamiento que se presenten en la Tabla 6 (Título D del Reglamento Técnico del sector de agua potable y Saneamiento Básico - RAS 2000, Capítulo D2 REDES DE COLECTORES) (RAS, 2000)

63

TABLA 6 PERÍODO DE PLANEAMIENTO DE REDES DE RECOLECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES Y LLUVIAS.

FUENTE: (RAS, 2000)

Teniendo en cuenta las recomendaciones mínimas dadas por la RAS-2000 y el Nivel de Complejidad Medio del Sistema, determinado básicamente por el número de habitantes en la zona urbana del municipio. Se determinó un período de planeamiento o diseño para la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del municipio de Bojacá de 20 años

PERÍODO DE DISEÑO = 20 años Este periodo de diseño es el empleado para la estimación de la población de diseño.

8.3.1 MÉTODO DE CÁLCULO

El método de cálculo para la proyección de la población será el método geométrico.

MÉTODO GEOMÉTRICO Es útil en poblaciones que muestren una importante actividad económica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen importantes áreas de expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios públicos sin mayores dificultades. La ecuación que se utiliza es la siguiente:

Ecuación 1 Método geométrico.

Pf = Puc(1 + r)Tf−Tuc

64

Donde: r: Tasa de crecimiento anual en forma decimal

Pf: Población Futuro

Puc: Población último censo

Tf: Año futuro

Tuc: Año último censo (RAS, 2000)

De acuerdo a la Tabla N°5 censos de población-Bojacá se realizaron las

proyecciones de población.

TABLA 7 AÑOS DE PROYECCIONES.

FUENTE: LOS AUTORES.

De acuerdo al nivel de complejidad medio, el periodo de diseño es de 20 años. A

continuación, se dan a conocer las proyecciones de diseño desde el año 2016

hasta el año 2036:

TABLA 8 PROYECCIONES AÑO 2016.


65







66



A continuación, se observa el resumen de las proyecciones vistas anteriormente:

TABLA 13 RESUMEN DE PROYECCIONES.

FUENTE: LOS AUTORES

8.4 CÁLCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO

Teniendo en cuenta que dentro del municipio de Bojacá no se encuentran industrias las cuales podrían afectar el caudal de diseño, solo se aplica el aporte del caudal doméstico.

67

8.4.1 DOMÉSTICAS (Qd)

El aporte doméstico (Qd) está dado por la expresión:

ECUACIÓN 2 CAUDAL DOMÉSTICO.

QD =CRP

86400

Donde:

QD: Caudal de aguas residuales domésticas (L/s)

C: Consumo medio diario por habitante (L/hab-día)

R: Coeficiente de retorno

P: Población servida (hab)

DOTACIÓN NETA O CONSUMO MEDIO DIARIO POR HABITANTE (L/hab-día)

La dotación neta corresponde a la cantidad de agua que el consumidor recibe efectivamente para satisfacer sus necesidades. La dotación neta depende del nivel de complejidad del sistema, del clima de la localidad y del tamaño de la población. Su estimación se hace con base en el capítulo B.2.4 Dotación neta del título B del reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS – 2000. (RAS, 2000)

TABLA 14 DOTACIÓN NETA SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA.

FUENTE: (RAS, 2000)

68

Para un Nivel de Complejidad Medio Alto del sistema, el RAS – 2000 establece una

dotación neta de 130 (L/hab-día), y un caudal de 604800 (L/día) de acuerdo con la

Tabla N° 15, información suministrada por la alcaldía del municipio de Bojacá en el

año 2016.

TABLA 15 DOTACIÓN NETA BOJACÁ.


Para el calcular el consumo neto se realizaron los siguientes pasos:

INCREMENTO DE POBLACIÓN

Se realiza mediante la ecuación N°3

Ecuación 3 Incremento de población.

Incremento Pobl (%) = (P2P1− 1) ∗ 100

INCREMENTO CONSUMO

Se realiza un incremento de la población entre el 10% y el 15%, para el diseño es

del 12%

69

TABLA 16 INCREMENTO CONSUMO.


CONSUMO NETO

Para el primer dato de consumo neto se realiza con la ecuación N° 4:

ECUACIÓN 4 CONSUMO NETO.

CN = CAUDAL

POBLACIÓN+ DOTACIÓN NETA

Para los datos del consumo neto proyectados hacia el año 2036, se calculan con

la ecuación N° 5:

ECUACIÓN 5 CONSUMO NETO.

CN2 = CN1 (CN1 ∗ INC. POBL1

100)

70

TABLA 17 CONSUMO NETO.


COEFICIENTE DE RETORNO

El coeficiente de retorno es la fracción del agua de uso doméstico servida (dotación neta), entregada como agua negra al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. Su estimación debe provenir del análisis de información existente de la localidad y/o de mediciones de campo. Cuando esta información resulte inexistente o muy pobre, pueden utilizarse como guía los rangos de valores de R descritos en Tabla N° 18. (RAS, 2000)

TABLA 18 COEFICIENTE DE RETORNO DE AGUAS SERVIDAS DOMÉSTICAS.

FUENTE: (RAS, 2000)

71

Para un nivel de complejidad Medio Alto del sistema, el RAS – 2000 recomienda un coeficiente de retorno entre 0,8 y 0,85. El valor escogido para la estimación del caudal de aguas residuales domesticas es 0,8.

POBLACIÓN SERVIDA (hab)

La población servida o población de diseño es la calculada por el método geométrico, valor que corresponde a un período de diseño de 20 años.

Población Servida = 31380

TABLA 19 CAUDAL DOMÉSTICO.


TABLA 20 CAUDAL MEDIO DIARIO.


Por medio de los datos anteriores y realizando la ecuación N°2 del caudal

domestico se obtiene un valor de 56,20 L/s.

ECUACIÓN 6 CAUDAL DOMÉSTICO IGUAL A CAUDAL MEDIO DIARIO.

QD = QMD

72

En donde:

QD: Caudal doméstico (L/s)

QMD: Caudal medio diario (L/s)

8.4.2 Caudal Máximo Horario (QMH)

El caudal máximo horario es la base para establecer el caudal de diseño de una red de colectores de un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. El caudal máximo horario del día se estima a partir del caudal final medio diario

QMDf, mediante el uso del factor de mayoración. (RAS, 2000)

ECUACIÓN 7 CAUDAL MÁXIMO HORARIO.

QMH = F ∗ QMDF

FACTOR DE MAYORACIÓN (F)

El factor de mayoración para estimar el caudal máximo horario QMH, con base en

el caudal medio diario QMD, tiene en cuenta las variaciones en el consumo de agua

por parte de la población. El valor del factor disminuye en la medida en que el

número de habitantes considerado aumenta, pues el uso del agua se hace cada

vez más heterogéneo y la red de colectores puede contribuir cada vez más a

amortiguar los flujos. La variación del factor de mayoración debe ser estimada a

partir de las mediciones de campo. Sin embargo, esto no es factible en muchos

casos, por lo cual es necesario estimarlo con base en relaciones aproximadas

como las de Harmon y Babbit, válidas para poblaciones de 1000 a 1,000.000

habitantes y la de Flores, en las cuales se estima F en función del número de

habitantes.

ECUACIÓN 8 FACTOR DE MAYORACIÓN-HARMON

73

ECUACIÓN 9 FACTOR DE MAYORACIÓN-BABBIT.

Ecuación 10 Factor de mayoración-Flores.

El factor de mayoración también puede ser dado en términos del caudal medio

diario como en las fórmulas de Los Ángeles o la de Tchobanoglous.

ECUACIÓN 11 FACTOR DE MAYORACIÓN-LOS ÁNGELES.

ECUACIÓN 12 FACTOR DE MAYORACIÓN-TCHOBANOGLOUS.

Se realiza el cálculo con las cinco ecuaciones y se determinó un promedio del

coeficiente de mayoración el cual fue de 1,63.

74

TABLA 21 COEFICIENTE DE MAYORACIÓN PROMEDIO.


El caudal máximo horario es de 89,02 L/s, con base en la ecuación N° 7 Caudal

máximo horario.

TABLA 22 CAUDAL MÁXIMO HORARIO


8.4.3 CAUDAL DE DISEÑO

Este caudal es el correspondiente a las contribuciones acumuladas que llegan al

punto de vertimiento municipal.

ECUACIÓN 13 CAUDAL DE DISEÑO.

QDISEÑO QMH + QINF + QCE

75

Las infiltraciones de aguas superficiales QINF se calculan mediante la ecuación N°

14:

ECUACIÓN 14 CAUDAL DE INFILTRACIÓN.

QINF = INFILTRACION BAJA ∗ HA

QINF = 0,2LS⁄ ∗ 17,77 HA

QINF = 3,554 L/S

Donde:

Ha: hectáreas del casco urbano del municipio de Bojacá (17,77 ha).

Infiltración baja: 0,05 – 0,2 L/s, para el diseño se escogió 0,2 L/s.

Para los aportes de aguas lluvias al sistema de alcantarillado sanitario,

provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios QCE, se calculan

mediante la ecuación N°15, la cual supone un valor de 0,2 L/s* ha en poblaciones

con sistema pluvial.

ECUACIÓN 15 CAUDAL CONEXIONES ERRADA.

QCE = 0,2Ls⁄ ∗ ha

QCE = 0,2Ls⁄ ∗ 17,77 ha

QCE = 3,554Ls⁄

76

TABLA 23 RESUMEN DE CAUDALES.


8.5 CRIBADO

El cribado es la operación utilizada para separar material grueso del agua,

mediante el paso de ella por una criba o rejilla.

8.5.1 PÉRDIDAS EN REJILLAS

La pérdida de energía a través de la rejilla en función de la forma de las barras y

de la altura o energía de velocidad del flujo entre las barras. Según Kirschmer, la

pérdida de energía en una rejilla limpia puede calcularse por la ecuación N° 16.

(Romero, 2000)

ECUACIÓN 16 PERDIDAS EN REJILLAS.

H = β (W

b)

43⁄

hv sen θ

Donde:

H: Pérdida de energía (m).

β :1,79 para barras circulares.

W: Ancho máximo de la sección transversal de las barras, en dirección del flujo

(m).

b: Espaciamiento o separación mínima entre las barras (m).

hv : Altura o energía de velocidad del flujo de aproximación (m).

θ: Ángulo de la rejilla con la horizontal.

77

Para el cálculo del cribado de la planta de tratamiento de agua residual del

municipio de Bojacá se tomaron los siguientes datos:

Área del canal

ECUACIÓN 17 ÁREA DEL CANAL.

A = Q

V

A = 0,099 m

3

s⁄

0,3 m s⁄

A = 0,329 m2

Altura de la lámina de agua (h)

ECUACIÓN 18 ALTURA DE LA LÁMINA DE AGUA.

h = A

Ancho del canal

h = 0,329 m2

0,40 m

h = 0,82 m

78

Longitud de la rejilla

ECUACIÓN 19 LONGITUD DE LA REJILLA.

L = h

senθ

L = 0,82m

sen 45°

L = 1,16 m

Numero de barras

ECUACIÓN 20 NUMERO DE BARRAS.

N° de barras = Ancho del canal

W ∗ b

N° de barras = 0,40m

0,015m + 0,03m

N° de barras = 9

Altura del canal:

ECUACIÓN 21 ALTURA DEL CANAL.

Altura del canal: altura lamina de agua + 0,15m

Altura del canal: 0,82 m + 0,15 m

Altura del canal: 0,97 m

79

En la Tabla N° 24 se muestra el resumen del diseño del cribado:

TABLA 24 RESUMEN DEL DISEÑO DE CRIBADO.


8.6 DESARENADOR

El desarenador, en tratamiento de aguas residuales, se usa para remover arena,

grava, partículas u otro material solido pesado que tenga velocidad de

asentamiento o peso específico bastante mayor que el de los sólidos orgánicos

degradables de las aguas residuales.

El desarenador protege el equipo mecánico del desgaste anormal y reduce la

formación de depósitos pesados en tuberías, canales y conductos.

Longitud de la cámara desarenadora

ECUACIÓN 22 LONGITUD DE LA CÁMARA DESARENADORA

L = H ∗ V

VS

L =0,82m ∗ 0,30m s⁄

(1,15m min⁄

60s )

L = 12,83m

80

Para el diseño la longitud de la cámara desarenadora se aumenta en un 50%

L = 12,83m ∗ 1,5

L = 19,31 m

Tiempo de retención en la cámara desarenadora θ

ECUACIÓN 23 TIEMPO DE RETENCIÓN EN LA CÁMARA DESARENADORA

θ = L

V ∗ 60

θ = 19,31 m

0,30m s⁄ ∗ 60smin⁄

θ = 1,07 min

En donde:

H : Altura de la lámina de agua (m)

V: Velocidad del flujo es de (m/s).

VS: Velocidad de asentamiento (m/min).

6.7 AIREACIÓN

La aireación es el proceso mediante el cual el agua se pone en contacto íntimo con

el aire para modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en

ella. Su función principal consiste en proporcionar oxígeno y mezcla en los

procesos de tratamiento biológico aerobio. Las funciones más importantes son:

81

Transferencia de oxígeno disuelto.

Remoción de sustancias volátiles productoras de olores.

Remoción de dióxido de carbono.

Remoción de compuestos orgánicos volátiles.

Los procesos de lodos activados requieren concentraciones de oxigeno disuelto

generalmente de 0,2 a 2 mg/L con el fin de asegurar un suministro apropiado de

oxigeno para el consumo de los microorganismos responsables del tratamiento.

Para el cálculo del sistema de aireación se requiere hallar la tasa de transferencia

real de un cepillo de aireación, se diseña mediante la ecuacion N° 21. (Romero,

2000)

ECUACIÓN 24 TASA REAL DE TRANSFERENCIA.

N = Noα(1,024)T−20 (

βCS(T,A) − C

CS(20,0))

En donde:

N= Tasa real de transferencia de oxigeno, (kgO2/mh).

No= Tasa nominal de tranferencia de oxigeno en condiciones normales, (kgO2/mh).

α= Relación promedio de la tasa de tranferencia de oxigeno en aguas residual, KLa,

a la tasa de tranferencia de oxigeno en agua potable. Generalmente igual a o,7-

0,95.

T = Temperatura de diseño °C.

β = Relación entre la concentración de saturación de oxígeno en el agua residual y

la concentración de saturación en agua potable, generalmente igual a 0,9 para

aguas residuales domésticas.

CS(T,A) = Concentración de saturación de oxígeno disuelto en agua potable, a la

temperatura T y altitud A del lugar, (mg/L).

82

CS(20,0) = Concentración de saturación de oxígeno disuelto en agua destilada a

20°C y al nivel del mar, 9,1 (mg/L).

CS(T,0) = Concentración de saturación de oxígeno disuelto para la tempratura T y 0

msnm.

C = Concentración de saturación de oxígeno disuelto en el zanjón, generalmente

de 1 a 1,5 (mg/L).

Tasa nominal de tranferencia de oxigeno en condiciones normales (No).

Para el diseño se escogió aireadores tipo Mamut, mediante la grafica N° 3 extraida

del catálogo de la pagina water technologies. Se escogió la maxima tasa nominal

de transferencia de oxígeno en condiciones normales de 9 (kgO2/mh), con una

inmersión de 0,30m, un diámetro de 1m.y una velocidad de 72 RPM.

GRÁFICA 3 TASA DE TRANSFERENCIA NOMINAL DE OXÍGENO.

FUENTE: (MAMMUTROTOR)

83

Concentración de saturación de oxígeno disuelto para la tempratura T y 0 msnm.

( CS(T,0))

ECUACIÓN 25 CONCENTRACIÓN DE SATURACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO.

CS(18°C,0) = 14,655 − 0,41022 T° + 0,007991 T°2 − 0,00007777 T°3

CS(18°C,0) = 14,655 − 0,41022 (18°C) + 0,007991 (18°C)2 − 0,00007777 (18°C)3

CS(18°C,0) = 9,41 mg/L

Concentración de saturación de oxígeno disuelto en agua potable, a la temperatura

T y altitud A del lugar, (mg/L).( CS(T,A) ).

Por medio de la ecuación N° 26 se halla la presión barométrica del municipio de

Bojacá con una altitud de 2598 msnm, la cual es utilizada en la ecuación N° 27.

ECUACIÓN 26 PRESIÓN BAROMÉTRICA.

PA = 760 (1 −A

9450)

PA = 760 (1 −2598msnm

9450)

PA = 551 mm Hg

ECUACIÓN 27 CONCENTRACIÓN DE SATURACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO EN AGUA POTABLE

CS(T,A) = CS(T,0) ∗ PA760

CS(T,A) = 9,41 mg/L ∗ 551 mm Hg

760

84

CS(T,A) = 6,82 mg/L

Tasa real de transferencia de oxígeno, (kgO2/mh). (N)

De acuerdo a la ecuación N° 24 la tasa real de transferencia de oxígeno se halla

de la siguiente manera:

N = 9Kg O2

mh⁄ ∗ 0,85 (1,024)18−20 ((0,9 ∗ 6,82

mgl⁄ ) − 1,5

mgL⁄

9,1 mg/L)

N = 3,72 Kg O2

mh⁄

En la tabla N° 25 y tabla N°26 se muestra el resumen del diseño del equipo de

aireación.

TABLA 25 RESUMEN DE DISEÑO DE AIREACIÓN


85

Tabla 26 RESUMEN DE DATOS REQUERIDOS PARA EL DISEÑO DE LA AIREACIÓN


8.8 ZANJÓN DE OXIDACIÓN

El zanjón de oxidación es un proceso de lodos activados, del tipo de aireación

prolongada que usa un canal cerrado, con dos curvas, para la aireación y mezcla.

Como equipo de aireación y circulación del licor mezclado usa aireador mecánicos

del tipo cepillos horizontales. El canal de aireación tiene profundidades entre 1,2 y

1,8 en paredes laterales a 45°; sin embargo, se construyen también canales más

profundos de 3- 3,6 m. en general el zanjón se reviste de concreto o de otro material

apropiado para prevenir la erosión y la infiltración.

El zanjón de oxidación, adecuadamente diseñado y operado, provee remociones

promedio de DBO y solidos suspendidos mayores del 85% con aguas residuales

municipales; tiene capacidad de efectuar un nivel alto de nitrificación por el tiempo

de retención prolongado (24 horas) y contar con edades de lodos mayores de 10

días. (Romero, 2000)

Para el diseño de la PTAR, se calcularon dos zanjones de oxidación, de iguales

dimensiones y parámetros. Los dos zanjones de oxidación tienen una longitud

menor comparada con el diseño de un zanjón de oxidación. Para el cálculo del

zanjón de oxidación se debe tener en cuenta que el caudal de diseño se divide en

dos. A continuación, se detallan los parámetros de diseño:

86

TABLA 27 PARÁMETROS PARA DISEÑO DEL ZANJÓN DE OXIDACIÓN.


En donde:

Qdiseño (

m3

d) = Caudal de diseño

DBO(mg

L⁄ )= Demanda bioquimica de oxígeno

A

m (d−1) = Relación alimento- microorganismo

OD (mg

L⁄ ) = Oxígeno disuelto

T(C°) = Temperatura de diseño

PA (mmHg) = Presión barometrica del lugar

Concentracíon S. S (mg

L⁄ ) = Concentración de solidos suspendidos en el reactor

La concentración de DBO del afluente So (208,708 mg/L) es igual a la DBO

extraída de Tabla N°1 Propiedades físico – químicas de PTAR municipio Bojacá,

suministrada por la secretaria de planeación municipal.

87

Con las siguientes ecuaciones se diseñó un zanjón de oxidación, el cual tiene los

mismos parámetros del segundo zanjón:

Volumen del reactor (m3)

ECUACIÓN 28 VOLUMEN DEL REACTOR.

V = Qdiseño ∗ So

(AM) X

V = 4263,08

m3

d∗ 208,708 (

mgL⁄ )

(0,1 d−1) ∗ 2000 (mg

L⁄ )

V = 4448,70 m3

Tiempo de retención θ (hr) del agua residual dentro del zanjón de oxidación.

ECUACIÓN 29 TIEMPO DE RETENCIÓN.

θ =V

Qdiseño

θ = (4448,70 m3

4263,08 m3

d

) ∗24 hr

1 dia

θ = 25,04 hr

Carga orgánica aplicada

ECUACIÓN 30 CARGA ORGÁNICA APLICADA.

DBOA =Qdiseño ∗ So1000

88

DBOA =4263,08

m3

d∗ 208,708 (

mgL⁄ )

1000

DBOA = 889,74 Kgd⁄

Oxigeno requerido, suponiendo 1,8 veces la DBOA

ECUACIÓN 31 OXÍGENO REQUERIDO.

OR = 1,8 ∗ DBOA

OR = 1,8 ∗ 889,74 Kgd⁄

OR = 1601,53 Kgd⁄

Longitud de cepillos requerida para la aireación del zanjón de oxidación.

ECUACIÓN 32 LONGITUD DE CEPILLOS.

Lc = (OR

24 ∗ N)

Lc = (1601,53

Kgd⁄

24 ∗ 3,72 Kg O2

mh⁄)

Lc = 14,95m

La longitud total de los cepillos se dividió entre dos, para disminuir su dimensión se

colocarán 2 cepillos distribuidos dentro del zanjón de oxidación, los cuales tendrán

una longitud de 9 metros cada uno.

89

Carga orgánica volumétrica

ECUACIÓN 33 CARGA ORGÁNICA VOLUMÉTRICA.

COV = Qdiseño ∗ So

V

COV = 4263,08

m3

d∗ 208,708 (

gm3⁄ )

4448,70 m3

COV = 200 g m3 ∗ d⁄

8.9 SEDIMENTADOR SECUNDARIO

Para el diseño del sedimentador secundario, se tiene en cuenta que el caudal de

cada zanjón, se conectan por una tubería de 4 pulgadas de diámetro y llegan al

sedimentador con el caudal de diseño total, con base en lo anterior se muestran

los siguientes valores:

ECUACIÓN 34 CAUDAL PICO.

QD = 3QMD

QD = 3 ∗ 4855,81m3

d

QD = 14567,4m3

d

Cs: carga superficial, para el diseño es de 50m d⁄

Θh: tiempo de retención, para el diseño es de 2 horas.

90

Área superficial (As)

ECUACIÓN 35 ÁREA SUPERFICIAL.

As =QDCs

As =14567,4

m3

d50m d⁄

As = 291,35m2

Diámetro del sedimentador secundario (ᴓ)

ECUACIÓN 36 DIÁMETRO DEL SEDIMENTADOR SECUNDARIO.

ᴓ = √AS ∗ 4

π

2

ᴓ = √291,35m2 ∗ 4

π

2

ᴓ = 19,26m

Volumen del sedimentador secundario (V)

ECUACIÓN 37 VOLUMEN SEDIMENTADOR SECUNDARIO.

V = QD ∗ Θh

V = 14567,4m3

d∗ (2h ∗

1 d

24 h)

V = 1214m3

91

Altura del sedimentador secundario (H)

ECUACIÓN 38 ALTURA DE SEDIMENTADOR SECUNDARIO.

H = V

As

H = 1214m3

291,35m2

H = 4,17 m

8.10 EDAD DE LODOS.

Para el calculo de la edad de lodos se tomo en cuenta el caudal total de diseño

dividido entre dos,el cual contempla un solo zanjon de oxidacion, el otro zanjon

tiene el mismo diseño calculado a continuacion.

Para la edad de lodos se requiere de los siguientes cálculos:

DBO SALIENTE CORREGIDA (Sec)

Ecuación 39 DBO saliente corregida.

Sec = Se − 0,63 SSTe

Sec = 20 mg

L⁄ − 0,63 ∗ (20 mg

L⁄ )

Sec = 7,4 mg

L⁄

92

TABLA 28 PARÁMETROS DBO SALIENTE CORREGIDA


BIOMASA (VX)

ECUACIÓN 40 BIOMASA.

XV =Y θc Q (SO − Sec)

1 + Kdθc

En donde:

Y = Coeficiente de crecimiento (mg ssv/ mg DBO).

θc = Edad de lodos (d).

Q = Caudal (m3/d).

SO = DBO del afluente (mg/L).

Sec= DBO saliente corregida (mg/L).

Kd= Coeficiente decaimiento endogeno (d−1).

XV = Biomasa (ssv g

L m3 ⁄ )

XV =0,4 (

mg ssvmg DBO⁄ ) ∗ 20 d ∗ 4263,08 m

3

d⁄ (208,708 mg/L − 7,4 mg/L)

1 + (0,06 d−1 ∗ 20 d)

XV = 3121(ssv g

L ⁄ ) ∗ m3

93

En la tabla N° 29 se detallan los datos necesarios para la biomasa.

Tabla 29 RESUMEN DATOS DE BIOMASA


VOLUMEN BIOMASA (V)

ECUACIÓN 41 VOLUMEN BIOMASA.

V =XV

X1

En donde:

XV = Biomasa (ssv g

L m3 ⁄ )

X1= Concentración de solidos suspendidos volátiles en el reactor ( ssv g

L ⁄ )

V = Volumen (m3).

V =3121

ssv gL m3 ⁄

4 ssv g

L ⁄

V = 780 m3

En la tabla N° 30 se encuentran los datos del volumen de la biomasa.

94

TABLA 30 RESUMEN DEL VOLUMEN DE LA BIOMASA


TIEMPO DE RETENCIÓN (θH)

ECUACIÓN 42 TIEMPO DE RETENCIÓN.

θH =V

Q

En donde:

V= Volumen de la biomasa (m3).

Q= Caudal de diseño (m3/d).

θH = Tiempo de retención (hr).

θH =780 m3

(4263,08 m3

d⁄ ) ∗1 d

24 hr⁄

θH = 4 hr

TABLA 31 RESUMEN DEL TIEMPO DE RETENCIÓN


95

PRODUCCIÓN DE LODO (PX)

ECUACIÓN 43 PRODUCCIÓN DE LODO.

PX = XV

θC

En donde:

XV = Biomasa (ssv g

L ⁄ ) ∗ m3.

θc = Edad de lodos (d).

PX = Producción de lodo (kg/d).

PX = 3121(

ssv gL ⁄ ) ∗ m3

20 d

PX = 312 kg/d

Tabla 32 RESUMEN DE PRODUCCIÓN DE LODOS


LODO SECO

ECUACIÓN 44 LODO SECO.

Ls = PX

0,8

En donde:

PX = Producción de lodo (kg/d).

Ls = Lodo seco (kg/d).

96

Ls = 156

kgd⁄

0,8

Ls = 195,04 kgd⁄

Tabla 33 RESUMEN LODO SECO


CAUDAL DESECHO (Qw)

ECUACIÓN 45 CAUDAL DESECHO.

Qw = LSX2

En donde:

Ls = Lodo seco (kg/d).

X2 = 80 % de los sólidos suspendidos volátiles en el reactor (X1)

Qw = Caudal desecho (L/d)

Qw = 195,04

kgd⁄ ∗ 1000000

mgkg⁄

25000 mg/L

Qw = 7802 L d⁄

97

Tabla 34 RESUMEN DE CAUDAL DESECHO


CAUDAL DE RECIRCULACIÓN

ECUACIÓN 46 CAUDAL DE RECIRCULACIÓN.

QR = Q X1XR − X1

En donde:

X1= Solidos suspendidos volátiles ( ssv g

L ⁄ )

Q = Caudal de diseño (m3/d).

XR = 80% del X2

QR = Caudal de recirculación (m3/d).

QR = 4263,08 m

3

d⁄ ∗ 4000 mg/L

20000mg

L⁄ − 4000 mg

L⁄

QR = 1066 m3

d⁄

98

Tabla 35 RESUMEN CAUDAL DE RECIRCULACIÓN


RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN.

ECUACIÓN 47 RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN.

R =QRQ∗ 100

En donde:


QR = Caudal de recirculación (m3/d).

R = (1066 m

3

d⁄

4263,08 m3

d⁄) ∗ 100

R = 25%

Tabla 36 RESUMEN RELACIÓN DE RECIRCULACIÓN


99

DÉFICIT DE OXÍGENO.

ECUACIÓN 48 DÉFICIT DE OXÍGENO.

DO = 1,5 Q(S0 − Sec) − 1,42 (Qw XR)

En donde:


XR = 80% del X2

Qw = Caudal desecho (L/d).

SO = DBO del afluente (mg/L).

Sec= DBO saliente corregida (mg/L).

DO = 1,5 ∗ 4263084,57 L d⁄ ∗ (208,708mg

L⁄ − 7,4mg

L⁄ )

− 1,42 (7802 L d⁄ ∗ 20000mg

L⁄ )

DO = 1066 Kg O2

d⁄

Tabla 37 RESUMEN DÉFICIT DE OXÍGENO


100

8.11 LECHO DE SECADO

Consiste en el retiro del agua del lodo reduciendo así su contenido de humedad

hasta alcanzar aproximadamente el 85% de humedad. Son comunes las técnicas

de secado sobre lechos, filtración al vacío, centrifugación, filtración a presión,

vibración sónica o mecánica. Tiene como objetivo el proceso de secado de lodos,

reducir los costos de transporte hasta el sitio de disposición final, manejar

fácilmente el lodo y aumentar el valor calórico para su incineración.

Se utilizan para deshidratar lodo extendiéndolo sobre una capa de arena de

espesor 20 a 25 cm, dejándolo secar. Una vez perdida la humedad, se puede

utilizar como material de relleno o fertilizante.

Se identifican como ventajas de los lechos de secado de lodos los siguientes: En

la medida que haya terreno disponible, el costo es bajo; no requiere operación

especial, bajo consumo de energía, bajo consumo de químicos. Como desventajas

de este tipo de reducción de contenido de humedad es el utilizar grandes áreas,

requiere lodos estables y sensibles a los cambios de clima. (Romero, 2000)

Para el diseño del lecho de secado de la planta de tratamiento de aguas residuales

del municipio de Bojacá, se utilizaron los siguientes datos, de los cuales algunos

previamente se calcularon:

Lodo primario

Tabla 38 DATOS DE LODO PRIMARIO


101

En donde:

Px (kg/d) = Producción de lodo.

θlodo (d) = Tiempo de retención del lodo en el lecho de secado.

Lodo (kg) = Es el lodo producido en el tiempo de retención del lecho de secado.

ECUACIÓN 49 LODO.

Lodo (kg) = Px (

kg

d)∗ θlodo (d)

𝐩H2O (18°C)(kg/m3)

= Densidad del agua.

Ps (%) = Porcentaje en peso del sólido.

SL =Peso específico del sólido.

ECUACIÓN 50 VOLUMEN DE LODO.

VL (M3) =

(

LODO(KG)

𝐩H2O (18°C)(KG/M3)

∗ PS (%)100 ∗ SL

)

El cálculo del lodo producido, con el tiempo de retención que el lodo estará en el

lecho de secado, se utilizó la ecuación N° 46.

Lodo = 312 kg

d∗ 15 (d)

Lodo = 4681 (kg)

Para el cálculo del volumen de lodos primario se utilizó la ecuación N° 47.

VL (m3) =

(

4681 (kg)

998,68 (18°C)(kg/m3)

∗ 5 (%)100

∗ 1,01)

102

VL = 93 m3

Luego de encontrar el valor del volumen de lodos primario, se calculó el lodo

digestor, La digestión de lodos se aplica con el propósito de producir un compuesto

final más estable y eliminar cualquier microorganismo patógeno presente en el lodo

crudo.

Calculo lodo digestor

Para el calculo del lodo digestor se deben tener en cuenta los siguientes

significados y ecuaciones:

Msv (%) = Porcentaje de masa de los sólidos volátiles en el lodo.

Msv (kg) = kilogramos de masa de los sólidos volátiles en el lodo.

ECUACIÓN 51 KILOGRAMOS MASA DE LOS SÓLIDOS VOLÁTILES EN EL LODO

Msv (kg) = lodo (kg) ∗Msv(%)

100

Msf (%) = Porcentaje de masa de los sólidos fijos en el lodo.

Msf (kg) = Kilogramos de masa de los sólidos fijos en el lodo.

ECUACIÓN 52 KILOGRAMOS DE MASA DE LOS SÓLIDOS FIJOS EN EL LODO.

Msf (kg) = lodo (kg) ∗Msf(%)

100

SSV =Solidos suspendidos volátiles.

SSF = Solidos suspendidos fijos.

SS = Solidos suspendidos.

103

ECUACIÓN 53

1

SS=PSF(%)

SSF+Psv(%)

SSV

Psv (%) = Porcentaje del peso de los sólidos volátiles en el lodo.

ECUACIÓN 54 PORCENTAJE DEL PESO DE LOS SÓLIDOS VOLÁTILES EN EL LODO.

Psv(%) = (

Msf(%)100

∗ Msv(%)100

∗ lodo(kg)

(Msv(kg)) + (Msv(%)100 ∗ lodo(kg))

)

Psf (%) =Porcentaje del peso del solido fijo en el lodo.

ECUACIÓN 55 PORCENTAJE DEL PESO DEL SOLIDO FIJO EN EL LODO.

Psf(%) = 100 − Psv(%)

SL = Densidad relativa de los sólidos de los lodos

ECUACIÓN 56. DENSIDAD RELATIVA DE LOS SÓLIDOS DE LOS LODOS

1

SL=

Ps(%)100SS

+

Pa(%)100Sa

Ps (%) = Porcentaje del peso de los sólidos en el lodo

Pa (%) = Porcentaje del peso del agua en el lodo.

104

Sa = densidad relativa del agua en el lodo.

Ms (kg) = masa de los sólidos en el lodo.

ECUACIÓN 57 MASA DE LOS SÓLIDOS EN EL LODO.

Ms (kg) = Msv(kg) − ((Msv(kg) ∗ Msv(%))

100) + Msf(kg)

Ps (%) = porcentaje del peso de los sólidos en el lodo.

Pa (%) = porcentaje del peso del agua en el lodo.

Volumen del lodo digestor, con este valor se diseña el lecho de secado.

ECUACIÓN 58 VOLUMEN QUE SALE LODO DIGESTOR.

Vm3 =Msv(kg)

p (kgm3) ∗Ps(%)100 ∗ SL

p (kg

m3) = densidad del agua a 18 °C

A (m2) = Área del lecho de secado.

ECUACIÓN 59 ÁREA DEL LECHO DE SECADO.

A(m2) = V(m3)

h(m)

B (m) = Ancho del lecho de secado.

L (m) = Longitud del lecho de secado.

105

h (m) = altura de la lámina del lodo en el lecho de secado.

Por medio de la ecuación N° 51 se calcula la masa de los sólidos volátiles en el

lodo.

Msv = 4681 (kg) ∗60(%)

100

Msv = 2808,6 kg

Por medio de la ecuación N° 52 se calcula la masa de los sólidos fijos en el lodo.

Msf = 681 (kg) ∗40(%)

100

Msf = 1872,4 kg

Por medio de la ecuación N° 54 se calcula el Porcentaje de los sólidos volátiles en

el lodo.

Psv(%) = (

40(%)100 ∗

60(%)100 ∗ 4681(kg)

(2808,6(kg)) + (60(%)100 ∗ 4681(kg)

))

Psv = 24 %

De la ecuación N° 53 se calcula los sólidos suspendidos que se encuentran en el

lodo.

1

SS=0,8(%)

2,5+0,2(%)

1

SS = 1,79

De la ecuación N° 52 se calcula el Porcentaje del peso del solido fijo en el lodo.

Psf = 100 − 24(%)

Psf = 76%

106

Por medio de la ecuación N° 53 se calcula la densidad relativa de los sólidos de

lodos, Ps = 5% , Pa = 95 % , Sa =1 (asumidos)

1

SL=

5(%)1001,79

+

95(%)1001

SL = 1,05

De la ecuación N° 54 se calcula la masa de los sólidos en el lodo.

Ms = 2808,6(kg) − ((2808,6 kg ∗ 60(%))

100) + 1872,4(kg)

Ms = 2995,8 Kg

De la ecuación N° 58 se calcula el Volumen que sale del lodo digestor, con este

valor se diseña el lecho de secado.

VL =2808,6 kg

998.68 (kgm3) ∗5(%)100 ∗ 1,05

VL = 57,1 m3

De la ecuación N° 59 se calcula el área del lecho de secado, asumiendo una altura

de la lámina del lodo de 0,3m

A = 57,1(m3)

0,3(m)

A = 190,4(m2)

Con base al área calculada, se asumió un b=13,6 m, L = 14m, de tal manera que

el área de 190,4 m2 sea igual a la multiplicación de b*h.

107

Resumen de los datos calculados y asumidos expuestos anteriormente:

Tabla 39 DATOS REQUERIDOS PARA EL LECHO DE SECADO-1






108



Tabla 43 DATOS LODO DIGESTOR

FUENTE: LOS AUTORES

8.12 CONDICIONES DE LAS CARACTERISTICAS FÍSICO-QUIMICAS DE LA

OPTIMIZACION DE LA PTAR

109

8.12.1 PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE DBO

Para hallar el porcentaje de remoción de DBO se utilizó la ecuación N° 60.

ECUACIÓN 60 REMOCIÓN DE DBO

𝑅 % = (𝑆0 − 𝑆𝑒𝑐𝑆0

) ∗ 100

𝑅 % = (208,708

(𝑚𝑔𝐿)− 7,4

(𝑚𝑔𝐿)

7,4(𝑚𝑔𝐿)

) ∗ 100

𝑅 = 96,45%

8.12.2 PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES

Para hallar el porcentaje de remoción de solidos suspendidos totales se utilizó la

ecuación N° 61

ECUACIÓN 61 REMOCIÓN DE SST

𝑅 % = (𝑆𝑆𝑇 − 𝑆𝑆𝑇𝑒

𝑆𝑆𝑇) ∗ 100

𝑅 % = (142

(𝑚𝑔𝐿)− 20

(𝑚𝑔𝐿)

142(𝑚𝑔𝐿)

) ∗ 100

𝑅 = 85,92%

110

8.13 ESPECIFICACIONES Y GRAFICA DE LA BOMBA

En la ecuación N° 62 se halla la potencia de la bomba

ECUACIÓN 62 POTENCIA DE LA BOMBA

𝑃 = ∗ ℎ𝑡 ∗ 𝑄𝑅𝑛

En donde:

𝑃 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 (𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠)

= Peso específico del agua a temperatura 18 °C (N/m3).

ℎ𝑡 = Altura dinámica (m).

𝑄𝑅 = Caudal de recirculación (m3/s).

𝑃 = (9797𝑁 𝑚3⁄ ∗ 4,45 𝑚 ∗ 0,10 𝑚

3

𝑠⁄

0,75) ∗

1 𝐻𝑃

745 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠

𝑃 = 8 𝐻𝑃

Tabla 44 DATOS POTENCIA DE LA BOMBA

FUENTE: LOS AUTORES

111

GRÁFICA 4 POTENCIA DE LA BOMBA

FUENTE: (Barnes, 2012)

La planta de tratamiento de aguas residuales, requiere de una bomba de 8HP, pero

por el caudal de recirculación de 8526,17 m3/d con el que trabaja la bomba, se

debe utilizar una bomba Barnes de 18 HP con referencia NE 6 180-4-220.

112

9. CONCLUSIONES

La planta de tratamiento de aguas residuales actual del municipio de Bojacá

Cundinamarca, no cumple con la capacidad de caudal que entra a la planta ya que,

en sus horas pico (festivos y semana santa) entra un caudal de 11L/s y el caudal

de diseño es de 7 L/s lo que implica que el caudal restante quede en el sistema de

reboce y entregue directamente al vertimiento, en este caso la laguna el juncal, sin

haberse tratado el agua residual. De acuerdo a la Tabla N° 1 Propiedades físico

químicas de PTAR municipio Bojacá se puede observar que los siguientes

parámetros no cumplen:

DBO – Demanda Bioquímica de Oxígeno, debe tener una remoción por carga (%),

mayor al 80%. En la actualidad la PTAR trabaja con un porcentaje de remoción del

71,05% el cual no cumple.

% 𝑅 ≥ 80

Grasas y Aceites, en la PTAR actual asumieron un caudal de diseño el cual

contenía solo el caudal doméstico mas no industrial, En las viviendas del casco

urbano expulsan por los sifones grasas y aceites, lo que con lleva a que la PTAR

no cumpla con la remoción en el rango ≥ 80 -≤ 100 (mg/L), la remoción dentro de

la planta es del 77,56%.

Solidos Suspendidos Totales, la planta en la actualidad trabaja con una remoción

por carga (%) del 50,18 % lo que no cumple con este parámetro ya que su remoción

debe ser mayor al 80%.

% 𝑅 ≥ 80

La planta de tratamiento de aguas residuales de tipo zanjón de oxidación, al no

cumplir con los parámetros anteriores y tener una problemática con la capacidad

de la PTAR, la cual surge por el déficit de diseño en las proyecciones de la

población, debe tener una optimización en la cual se asumieron dos estructuras de

zanjones de oxidación. la optimización contemplo los parámetros que no estaban

cumpliendo con las remociones mínimas establecidas en el decreto 1584 de 1984.

113

La optimización de la PTAR dio como resultado un porcentaje de remoción de DBO

del 96,45%, la cual cumple con la remoción mínima del 80 % y de vertimiento con

20 mg/L según el decreto 1584 de 1984.

La planta de tratamiento de aguas residuales diseñada en el proyecto, debe tener

un sistema de pantallas, las cuales cumplen la función de retener el 100% de las

grasas y aceites para evitar malos procesos al tratar el agua. La estructura que

retiene estos materiales se encuentra en el desarenador.

La optimización de la PTAR dio como resultado un porcentaje de remoción de

solidos suspendidos del 85,92%, la cual cumple con la remoción mínima del 80 %

y de vertimiento de 20 mg/L según el decreto 1584 de 1984.

114

10. RECOMENDACIONES

Para que funcione eficientemente el sistema de los dos zanjones de oxidación se

debe manejar las siguientes características:

Para el cribado, se recomiendan barras circulares de 1,5 cm de diámetro,

espaciadas cada 3 cm, nueve barras en total con un ancho de canal de 0,4m y una

altura de canal de 0,97 m, incluyendo 0,15 m de borde libre, en caso de aumentar

la lámina de agua, no rebose.

Para el desarenador, se recomienda una longitud de 19,31 m, con un ancho de

canal de 0,4m y una altura de 0,97 m. para el sistema de rebose se recomienda

colocar una canaleta en cada extremo de 5 cm de ancho por 10 cm de altura.

También se recomienda colocar una pantalla colocada en la parte superior del

canal, 50 cm antes de llegar a los zanjones de oxidación, con dimensiones de 40cm

de ancho por 45cm de altura y 3 cm de espesor.

Cepillo de aireación tipo mamut con diámetro de 1,00 m, la longitud total de los

cepillos es de 18 m, esta longitud se divide en dos dando una longitud por cepillo

de 9 m y colocando en cada reactor dos cepillos mamut a 1/3 de la longitud de la

base recta del zanjón. Tiene una sumergencia de 0,30 m de acuerdo a la gráfica

N°3, la Tasa de transferencia nominal de oxígeno se asumió de 9 Kg O2/mh, con

una tasa real de transferencia de oxígeno de 3,72 Kg O2/mh.

El tiempo de retención en cada reactor debe ser de 25,04 horas, una carga

orgánica aplicada (DBOA) de 889,74 (Kg/d), oxígeno requerido (OR) de 1601,53

(Kg O2/d), una carga orgánica volumétrica (COV) de 200 g (DBO/ 𝑚3d), una

concentración de solidos suspendidos en el reactor de 2000 (mg/L) y una relación A

M= 0,1 d−1.

Se recomienda un sedimentador secundario circular, en el cual llega el caudal de

los dos zanjones de oxidación, con un tiempo de retención de dos horas, una carga

superficial de 50 (m/d), el volumen debe ser de 1214 metros cúbicos, una altura de

4,17 m y el diámetro de 19,26 m.

115

El tanque del lodo digestor tiene trabaja con el caudal de lodos saliente del

sedimentador secundario.

Recomendación para el manejo de lodos, se debe tener para cada zanjon una DBO

final (Se) de 20 (mg/L), Solidos suspendidos totales en el efluente (SSTe) de 20

(mg/L), una DBO saliente corregida (Sec) de 7,4 (mg/L), una edad de lodos (𝜃𝑐) de

20 días, una Biomasa (XV) de 3121(SSV g/L 𝑚3), un tiempo de retención (𝜃) de 4

horas, una producción de lodos (PX) de 156 (Kg/d), lodo desecho (𝐿𝑠) de 195,04,

volumen de la biomasa de 780 m3.

Lechos de secado, se recomienda un ancho de 14 m y una longitud de 14 m, una

altura de 1,15 m , un borde libre de 15 cm y espacio para retener los lodos de 30

cm, con un espesor de arena de 30 cm y espesor de grava de 40 cm, en la parte

central inferior se recomienda colocar una tubería perforada de 4 pulgadas la cual

transporta el agua residual que expulsa los lodos cuando se deshidratan.

Para la recirculación de los lodos, se requieren dos bombas sumergibles las cuales

deben tener una potencia de 18 HP.

Se recomienda para cada tramo de transición entre estructuras una pendiente del

5%.

116

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ANEXOS

PLANO ZANJONES DE OXIDACIÓN.

PLANOS CORTES, ESTRUCTURAS QUE COMPONEN LA OPTIMIZACIÓN DE

LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL MUNICIPIO DE

BOJACÁ.

optimizaciÓn de la planta de tratamiento...

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