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• Carlitos Oblitas

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INTRODUCCION .................................................................................................... 2

II.

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ............................. 3 2.1.

UBICACIÓN Y GENERALIDADES ..................................................................... 3

2.2.

NORMAS DE DISEÑO ........................................................................................ 5

2.3.

POBLACIÓN ....................................................................................................... 5

2.4.

CANTIDAD DE AGUAS RESIDUALES CRUDAS .............................................. 6

2.5.

CALIDAD DE AGUAS RESIDUALES CRUDAS ................................................. 7

2.6.

DISEÑO DE LA PTAR ........................................................................................ 9

2.6.1.

Área de drenaje ........................................................................................... 9

2.6.2.

Caudal de tratamiento ................................................................................ 9

2.6.3.

Criterios de calidad de aguas residuales aplicados ................................ 9

2.6.4.

Procesos de tratamiento .......................................................................... 10

a.

Rejas ............................................................................................................. 11

b.

Medidor de caudal ........................................................................................ 12

c.

Conducción y distribución del agua residual cruda .................................. 12

d.

Estructuras de ingreso a lagunas anaeróbicas ......................................... 13

e.

Lagunas anaeróbicas................................................................................... 13

f.

Estructura de interconexión a lagunas facultativas .................................. 14

g.

Lagunas facultativas .................................................................................... 14

h.

Estructuras de salida de lagunas facultativas ........................................... 14

i.

Recolección y disposición final .................................................................. 15

j.

Borde Libre ................................................................................................... 15

k.

Residuos y disposición final de lodos........................................................ 15

l.

Facilidades administrativas......................................................................... 16

m. 2.7.

Perfil hidráulico ........................................................................................ 16

CONDICIONES PARA EL ADECUADO FUNCIONAMIENTO DE LA PTAR JAÉN 17

I. INTRODUCCION Las primeras lagunas de estabilización fueron en realidad embalses construidos como sistemas reguladores de agua para riego. Se almacenaban los excedentes de agua residual utilizada en riegos directos, sin tratamiento previo. En el curso de este almacenamiento se observó que la calidad del agua mejoraba sustancialmente, por lo que empezó a estudiarse la posibilidad de utilizar las lagunas como método de tratamiento de aguas residuales. Las lagunas de estabilización son el método más simple de tratamiento de aguas residuales que existe. Están constituidos por excavaciones poco profundas cercadas por taludes de tierra. Generalmente tiene forma rectangular o cuadrada. La eficiencia de la depuración del agua residual en lagunas de estabilización depende ampliamente de las condiciones climáticas de la zona, temperatura, radiación solar, frecuencia y fuerza de los vientos locales, y factores que afectan directamente a la biología del sistema. Las lagunas de estabilización operan con concentraciones reducidas de biomasa que ejerce su acción a lo largo de periodos prolongados. La eliminación de la materia orgánica en las lagunas de estabilización es el resultado de una serie compleja de procesos físicos, químicos y biológicos, entre los cuales se pueden destacar dos grandes grupos.

II. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 2.1. UBICACIÓN Y GENERALIDADES Esta Planta de Tratamiento de Aguas Residuales está ubicada al nor-este de la ciudad de Jaén a aproximadamente a 5.0 km de la ciudad en el paraje denominado Linderos a 622 msnm. El actual sistema de tratamiento está compuesto por dos baterías de lagunas de estabilización y han sido diseñadas hasta el año 2005. Cada batería consta de una laguna anaeróbica seguida de una laguna facultativa. En la batería situada en el lado este, la laguna anaeróbica es de forma irregular, mientras que la segunda batería es de forma rectangular. Las aguas tratadas de ambas baterías son descargadas al río Jaén. En el cuadro se indica las dimensiones de cada una de las lagunas y en la fotografía 1 sus características generales. Laguna anaeróbica 1 Largo

m

117.5

Ancho

m

93.5

Profundidad

m

2.5

Área

m2

10,900

Laguna anaeróbica 2 (forma irregular) Largo

m

max: 117.5 min: 51.6 m

Ancho

m

max: 93.5 min: 19.2 m

Profundidad

m

2.5

Área

m2

8,500

Lagunas facultativas

Unidades

2

Largo

m

160

Ancho

m

120

Profundidad

m

1.5 a 2.0

Área

m2

19,200

De acuerdo con el cálculo de verificación se encuentra que el sistema de tratamiento existente tiene una capacidad total de tratamiento no mayor a 100 L/s, con una carga orgánica entre 70 a 80 g de DBO/m3-día, siendo el período de retención de cinco días. La eficiencia emocional de la carga orgánica se estima en 65%, por lo que la DBO al año horizonte del proyecto sería de 130 mg/l. A su vez, cada laguna facultativa tiene 160 m de largo, 120 de ancho y 2.0 m de profundidad, con una extensión de 19.200 metros cuadrados, la carga orgánica determinada para las condiciones de trabajo es de 290 kg DBO/ha-d y el período de retención de 6.4 días. Estas lagunas son capaces de tratar sin ningún problema el caudal promedio indicado para la laguna anaeróbica, es decir 100 l/s. La eficiencia remocional de la carga orgánica será del orden del 75% con una DBO soluble promedio 40 mg/l y la concentración probable de coliformes termotolerantes se calcula en 500.000 como NMP/100 ml. Imagen satelital de las lagunas existentes

2.2. NORMAS DE DISEÑO Para el diseño y cálculo de cada uno de los procesos de tratamiento de aguas residuales para la ciudad de Jaén, se ha respetado las Normas Técnicas del Reglamento Nacional de Edificaciones – RNE, en especial la Norma OS.090 – Plantas de tratamiento de aguas residuales, publicado en junio del año 2006. De otra parte, el Reglamento Nacional de Edificaciones de junio de 2006, en el Título I – Generalidades - capítulo G.010 - Consideraciones Básicas – especifica en su Artículo 1 “El Reglamento Nacional de Edificaciones tienen por objeto normar los criterios y requisitos mínimos para el Diseño y Ejecución de las Habilitaciones Urbanas y las Edificaciones, permitiendo de esta manera una mejor ejecución de los Planes Urbanos”. Por tanto, en el diseño se ha aplicado el concepto que las Normas Técnicas establecen los requisitos mínimos para el diseño de las diferentes obras civiles que conformarán la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Jaén.

2.3. POBLACIÓN La población estimada de Jaén al año 2007 es de 71,565 habitantes, de los cuales solamente cuentan con conexiones domiciliarias unas 45,396 personas y se calcula que al año 2027 correspondiente al horizonte etapa del proyecto la población total ascenderá a 132,588 habitantes y la atendida a 121,981 personas con una cobertura del orden del 92%.La población para diferentes períodos del proyecto para la localidad de Jaén se presenta en el cuadro. Población Total, Cobertura y Población Servida Población total

Año

Cobertura

Población servida

Hab

(%)

hab

0

2007

71,565

63,4%

45,396

1

2008

73,806

89,0%

65,687

5

2012

83,493

89,6%

74,836

10

2017

97,410

90,4%

88,078

15

2022

113,645

91,2%

103,657

19

2026

128,562

91,8%

118,074

20

2027

132,588

92,0%

121,981

Fuente: Estudio de Factibilidad – Gobierno Regional de Cajamarca

2.4. CANTIDAD DE AGUAS RESIDUALES CRUDAS

La cantidad de aguas residuales municipales a ser drenado por el sistema de alcantarillado y tratado por la planta de tratamiento de aguas residuales y especificados en el perfil del estudio se indica en el cuadro. Caudales a ser Drenados a la PTAR Población Caudal Promedio

Caudal Máximo

Hab

m3/d

L/s

m3/d

L/s

Servida

Año

0

2007

45,396

7,599

88.0

15,249

176,5

1

2008

65,687

9,806

113,5

19,315

223,6

5

2012

74,836

11,137

128,9

21,722

251,4

10

2017

88,078

13,023

150,7

25,132

290,9

15

2022

103,657

15,261

176,6

29,174

337,7

19

2026

118,074

17,321

200,5

32,893

380,7

20

2027

121,981

17,877

206,9

33,898

392,3

Fuente: Estudio de Factibilidad – Gobierno Regional de Cajamarca

2.5. CALIDAD DE AGUAS RESIDUALES CRUDAS La calidad de las aguas residuales municipales a ser drenado por el sistema de alcantarillado y a ser tratado por la planta de tratamiento de aguas residuales y especificados en el estudio de factibilidad se indica en el cuadro 2.5.1. En el cuadro 2.5.2 se presenta el resumen general de las bases de diseño para el diseño de las estructuras hidráulicas y de los procesos para el tratamiento de aguas residuales municipales de la ciudad de Jaén. Cuadro 2.5.1- Contribución Orgánica de las Aguas Residuales Población

Caudal promedio

Carga Orgánica (DBO)

hab

m3/d

L/s

g/hab-d

kg/d

mg/l

Servida

Año

0

2007

45,396

7,599

88.0

45,0

2042,8

269

1

2008

65,687

9,806

113,5

45,2

2971,5

303

5

2012

74,836

11,137

128,9

46,2

3457,5

310

10

2017

88,078

13,023

150,7

47,4

4177,9

321

15

2022

103,657

15,261

176,6

48,7

5048,1

331

19

2026

118,074

17,321

200,5

49,7

5872,7

339

20

2027

121,981

17,877

206,9

50,0

6099,1

341

Fuente: Estudio de Factibilidad – Gobierno Regional de Cajamarca

Cuadro 2.5.2- Resumen Bases de Diseño Parámetro

2008

2017

2026

2027

Población total (hab)

73,806

97,410

128,562

132,588

Población servida (hab)

65,687

88,078

118,074

121,981

m3/día

9,806

13,023

17,321

17,877

L/s

113.5

150.7

200.5

206.9

m3/día

19,315

25,132

32,893

33,898

L/s

223.6

290.9

380.7

392.3

Estructuras hidráulicas

392.3

392.3

392.3

392.3

Procesos de tratamiento

113.5

150.7

200.5

206.9

Cargas orgánicas (kg/día)

2972

4178

5873

6099

Aporte per cápita (g/l-hab-d)

45.2

47.4

49.7

50.0

Demanda bioquímica de oxígeno

303

321

339

341

Sólidos suspendidos (mg/l)

1.4E+08

1.4E+08

1.4E+08

1.4E+08

Coliformes fecales (NMP/100 ml)

1.0/1.2

1.0/1.2

1.0/1.2

1.0/1.2

Caudal promedio

Caudal máximo

Caudales de diseño (L/s)

Concentración del desecho (mg/l)

Fuente: Estudio de Factibilidad – Gobierno Regional de Cajamarca

2.6. DISEÑO DE LA PTAR 2.6.1. Área de drenaje Las áreas de drenaje de aguas residuales están compuestas exclusivamente por la localidad de Jaén y Fila Alta. El sector de Bellavista tiene un área de drenaje totalmente independiente de las localidades antedichas, razón por la cual no es considerado en el presente diseño. Las áreas de drenaje serán atendidas por la actual planta de tratamiento de aguas residuales compuestas por lagunas de estabilización del tipo anaeróbico seguida de lagunas facultativas. 2.6.2. Caudal de tratamiento El diseño contempla la necesidad de la limpieza de los actuales dos módulos de lagunas existentes a fin de potenciar su capacidad de tratamiento, así como la construcción de un tercer módulo destinado a atender la demanda. El esquema de tratamiento estará compuesto por tres lagunas anaeróbicas en paralelo y tres lagunas facultativas con capacidad para tratar el caudal de 150.7 L/s. Con respecto al diseño de los procesos de pre-tratamiento, así como los conductos de alimentación y drenaje, el diseño se ha ejecutado para el caudal máximo horario del año 19 y estimado en 381 L/s. 2.6.3. Criterios de calidad de aguas residuales aplicados De acuerdo con las autoridades del lugar, el río Jaén ha donde descargará las aguas residuales tratadas de Jaén, en época de estiaje conduce un mínimo de 1000 l/s que comparado con los 203.2 l/s de aguas residuales tratadas, representa una dilución de cinco veces. A su vez, teniendo en cuenta que la DBO típica de ríos de montaña de 1 mg/l, la descarga debiera tener una DBO no mayor a 50 mg/l, mientras que para el caso de coliformes, se requiere que la concentración no sea mayor a 100.000 coliformes como NMP/100 ml.

Sin embargo, es posible que en determinadas épocas del año, la planta no esté en capacidad de alcanzar este valor. Sin embargo, a pocos kilómetros de distancia, este río confluye con río Marañón, por lo que el impacto es mínimo a estas alturas. En resumen, la calidad del agua residual tratada debiera cumplir con los siguientes requisitos: Demanda bioquímica de oxígeno

menor a 80 mg/l

Coliformes termotolerantes Oxígeno disuelto

menor a 1.0E+05 NMP/100 ml mayor a 3.0 mg/l

2.6.4. Procesos de tratamiento Los procesos de pre-tratamiento y tratamiento con que cuenta la planta de tratamiento estará compuesto por: •

Rejas

•

Repartidor de caudal

•

Medidor de caudal

•

Canal de alimentación

•

Distribuidores de aguas crudas

•

Estructura de ingreso a lagunas anaeróbicas

•

Lagunas anaeróbicas

•

Estructuras de interconexión a lagunas facultativas

•

Lagunas facultativas

•

Estructura de salida de laguna de facultativas

•

Canal de recolección y disposición final

a. Rejas La parte final del sistema alcantarillado de la ciudad de Jaén está compuesta por una tubería de 600 mm de diámetro que conducirá las aguas residuales crudas hasta la entrada a la PTAR, descargándolas en un canal de 0.70 m de ancho. La cámara de rejas ha sido diseñada para el caudal pico de 381 L/s y consta de dos unidades paralelas funcionando una de ellas como aliviadero o “by pass”, la misma que trabajará solamente en los casos en que la pérdida de carga en la reja fuese muy alta a causa de su obstrucción por falta de limpieza. De esta manera se evitará el desborde del emisor con la consecuente inundación de los terrenos aledaños a la planta de tratamiento con aguas residuales crudas. El ingreso a la reja tiene un ancho de 0.70 m y la recámara de la reja propiamente dicha tiene un ancho neto de 1.00. La criba está compuesta por platinas de acero inoxidable de sección transversal de 44 x 6 mm, espaciados 25 mm e inclinadas 45° con respecto a la horizontal. El “by pass” se inicia antes de la reja, finalizando aguas abajo del mismo y tiene un ancho de 0.70 m. La altura de desborde es de 0.65 m por encima del fondo del canal. La altura total de la reja es de 1.30 m. El diseño demanda la necesidad que la reja sea limpiada continuamente para evitar el represamiento del emisor y el funcionamiento excesivo del by pass con el correspondiente arrastre de sólidos que pueda afectar el buen funcionamiento de las lagunas de estabilización, así como, las consecuencias que ella pueda tener sobre el comportamiento hidráulico del mismo. Los residuos removidos por la reja serán colocados en una plataforma de escurrimiento situado en la parte superior de las rejas metálicas y de allí trasladados a un contenedor a ubicarse a un costado de la cámara de rejas, para su posterior disposición final, bien sea por enterramiento o en su defecto al relleno sanitario de la ciudad.

b. Medidor de caudal Inmediatamente después de la cámara de rejas se ha considerado la instalación de un medidor de caudal del tipo régimen crítico modelo palmer bowlus de 0.70 m de ancho y 0.30 m de garganta. Adicionalmente, se ha considerado que la medición del caudal también se pueda ejecutar en las estructuras de salida de las lagunas anaeróbicas. El diseño ha previsto la construcción de vertederos rectangulares confeccionados en PVC. Las mediciones se podrán realizar directamente aguas arriba del vertedero o en la poza de medición situada a un lado de la estructura de salida. c. Conducción y distribución del agua residual cruda El agua residual cribada discurrirá hacia el repartidor de caudal R-1 por medio de un canal de 0.70m de ancho y 5.0 por mil de pendiente de donde saldrán dos canales de 600 mm de ancho hacia un segundo repartidor R-2, el cual a su vez lo dividirá en dos partes iguales, saliendo dos canales de 450 mm de ancho. Estos canales de 450 mm de ancho alimentarán a cada una de las cuatro lagunas (dos existentes, una proyectada y una a ampliar el año 2017). Finalmente en la cabecera de cada una de las lagunas se tendrá un tercer distribuidor R-3 que dividirá el flujo en tres partes. En el cálculo de la capacidad de conducción se ha tenido en cuenta el caso en que una las baterías salga de funcionamiento y el flujo de agua sea derivada a las otras lagunas. Las estructuras de reparto se han diseñado sin piezas móviles y material resistente al intemperismo y con una geometría que permita la distribución equitativa del agua residual en función del área superficial de cada una de las lagunas de anaeróbicas y en forma independiente a la variación del caudal de las aguas residuales crudas.

d. Estructuras de ingreso a lagunas anaeróbicas En el extremo final de los canales de 450 mm de ancho que conduce el agua residual cribada a cada una de las lagunas anaeróbicas, se ubicará un tercer repartidor R-3 que dividirá el caudal correspondiente a cada laguna en tres partes iguales, con el propósito de aplicar el agua residual en un mayor frente de las lagunas anaeróbicas y favorecer la presencia de un mejor flujo hidráulico al interior de las lagunas anaeróbicas. Las tuberías de ingreso a la laguna anaeróbica son de 300 mm de diámetro y de aproximadamente diez metros de longitud. El extremo está compuesto por dos codos de 45° para inyectar y mezclar el agua residual cruda con el agua almacenada en la laguna anaeróbica y atenuar la liberación de olores. Estas tuberías descansan sobre una canaleta abierta de concreto, el cual a su vez es sostenido por columnas de concreto. De esta manera, el material sedimentable se deposita distante de la orilla y en un amplio radio de acción. A la altura del punto de descarga, se hay una poza de 3.00 x 6.00 para minimizar la erosión del fondo de la laguna. e. Lagunas anaeróbicas Las lagunas anaeróbicas están dirigidas a disminuir gran parte de la carga orgánica y muy poca de la carga microbiana. Se ha considerado, el secado, limpieza, mejoramiento de las estructuras de entrada y salida; y protección del talud de los diques. Cada una de las dos lagunas proyectadas tienen 100 m de largo, 70 m de ancho y 3.50 m de profundidad, equivalente a una área unitaria de 7000 metros cuadrados. La tasa de aplicación promedio es de 104 g DBO/m3-d y el periodo de retención de cinco días. Se estima que la remoción de carga orgánica será del orden del 64% y de sólidos sedimentables del 70% siendo la DBO remanente de 122 mg/l. La cantidad de lodos a producirse ha sido estimado en 6.2 kg por persona año, lo cual representa una producción anual de aproximadamente 760 toneladas de material seco o 7600 metros cúbicos de lodos por año con una humedad de 90% (10.0% de sólidos)

f. Estructura de interconexión a lagunas facultativas El agua residual tratada por la laguna anaeróbica sale por tres estructuras situada en el borde la laguna y tendrá una escotadura de 2.50 m. Esta escotadura tiene una pantalla para la retención de sólidos flotantes y el nivel de agua de la laguna será controlado por un vertedero del mismo ancho de la escotadura. Cada estructura de salida tiene una tubería de 300 mm de diámetro que se prolongarán unos 10 m en el interior de la laguna facultativa la que descargará de manera sumergida en ella. g. Lagunas facultativas Las lagunas facultativas estan dirigidas a disminuir gran parte del contenido microbiológico y parte de la carga orgánica de las aguas residuales efluentes de la laguna anaeróbica. Cada una de las dos lagunas proyectadas tienen 225 m de largo, 100 m de ancho y 2.0 m de profundidad, cubriendo cada laguna una superficie de 22500 metros cuadrados. La tasa de aplicación promedio es de 250 kg DBO/ha-d y el periodo de retención de 9.2 días. Se estima que la remoción de carga orgánica será del orden del 64%, siendo la DBO total remanente de 34 mg/l y la soluble de 20 mg/l. A su vez, la concentración de coliformes termotolerantes será menor a 120,000 como NMP/100ml. La cantidad de lodos a producirse ha sido estimado en 3.0 kg por persona año, lo cual representa una producción anual de aproximadamente 360 toneladas de material seco o 3600 metros cúbicos de lodos por año con una humedad de 90% (10.0% de sólidos) h. Estructuras de salida de lagunas facultativas Considerando que el objetivo de las lagunas facultativas, además de la remoción de la carga orgánica, es el control y eliminación de microorganismos dañinos al hombre, se ha diseñado por cada laguna facultativa tres estructuras de salida que estarán ubicadas en el borde del talud y dotadas de pantallas para retener el material flotante. En el diseño de estas estructuras se ha aplicado el concepto de tasa de desborde para el caudal máximo. Por el caudal a ser drenado por parte de

cada una de las estructuras de salida, se han considerado tuberías de PVC de 300 mm de diámetro, los mismos que descargarán en el colector principal. i. Recolección y disposición final Los efluentes de las lagunas facultativas son recolectados por medio de una tubería con diámetros variables que van desde los 300 hasta los 650 mm de diámetro. Este colector descarga al río Jaén adyacente a la planta de tratamiento de aguas residuales y que luego de un pequeño recorrido confluirá con el río Marañón. j. Borde Libre El borde libre de las lagunas de estabilización viene a ser la medida de seguridad de las mismas contra cualquier efecto de rebalse de las aguas depositadas en ellas por efecto del oleaje producido por acción del viento y/o sismo. En el caso de la acción del viento se ha aplicado la ecuación modificada de Stevenson que considera que la altura de las olas es una función de la velocidad del viento y de la longitud máxima de la flecha de agua y en el caso de sismo, se ha tenido en cuenta lo establecido por el Reglamento Nacional de Edificaciones NTE E0.30 que considera al Departamento de Cajamarca como Zona 3, con un coeficiente sísmico de 0.4 g. De este modo, el borde libre por la acción combinada de la acción del viento y el sismo ha sido definido como una vez y medio el valor calculado como una medida de seguridad. El cálculo por acción del viento ha dado como resultado una altura de rizo de 0.12 m y por sismos de 0.34 m, haciendo un total de 0.36 cm, habiéndose optado un borde libre total de 0.65 m con un factor de seguridad del 50%. Estos valores fueron determinados para una velocidad de viento de 10 m/s. k. Residuos y disposición final de lodos La planta de tratamiento produce tres tipos de desechos sólidos: a) material de cribas, b) material flotante de las lagunas y c) lodos digeridos. Todos estos desechos sólidos son recolectados convenientemente en la planta de tratamiento y son dispuestos al relleno sanitario o enterrado en los alrededores de la instalación. En el caso de los lodos digeridos, en caso de existir demanda, ellos podrán ser empleados como mejoradores de los suelos agrícolas previo proceso de

inactivación de microorganismos. En el cuadro se presenta la cantidad de sólidos a ser descargados de cada uno de los procesos de pre-tratamiento y manejo de lodos. REJAS

m3/d

ton/d

0.44

0.75

0.35

0.60

11200

m3/año

1120

Ton/año

LODO Húmedo/seco (lagunas anaeróbicas

y

facultativas)

l. Facilidades administrativas Las facilidades administrativas están compuestas por un ambiente destinado a la guardianía con su respectivo servicio higiénico y un almacén para guardar las herramientas empleadas en el mantenimiento de las lagunas. m. Perfil hidráulico La ubicación altimétrica de cada uno de los procesos de tratamiento depende de la perdida de carga que se produce en los conductos abiertos y cerrados conjuntamente con los producidos por los equipos mecánicos y accesorios con que cuenta la referida planta.

2.7. CONDICIONES PARA EL ADECUADO FUNCIONAMIENTO DE LA PTAR JAÉN El sistema de tratamiento de aguas residuales propuesto estará en condiciones de cumplir con las bases de diseño siempre que se cumpla con las siguientes premisas:  Implementar el programa de micromedición para regular el consumo de agua y la cantidad de aguas residuales a ser tratadas  Controlar el control de ingreso de aguas de lluvia o de cualquier tipo de agua diferente a las aguas residuales como son las aguas de manantial o quebradas  Cambiar los tramos de colectores que facilitan la infiltración de aguas subterráneas  Controlar las descargas comerciales o industriales con alto contenido de carga orgánica, sedimentos, grasas, o altas o bajas concentraciones de iones hidronio (pH), de acuerdo a lo establecido en el Reglamento de Desagües Industriales  Capacitar al personal encargado de la operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales, debe modo que pueda manejar convenientemente los diferentes procesos de tratamiento.