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• Andres Avellaneda

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1 TABLA DE CONTENIDO TRATAMIENTOS (TÍTULO DEL TRABAJO) ......................................... Error! Bookmark not defined. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................ 2 OBJETIVO .................................................................................................................................................... 3 CAPITULO I ................................................................................................................................................. 4 PERFIL DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO ................................................................................. 4 OPERACIONES ....................................................................................................................................... 4 PROCESOS ............................................................................................................................................... 4 CAPITULO II ............................................................................................................................................... 7 CAUDAL DE DISEÑO ............................................................................................................................ 7 CAPITULO III ............................................................................................................................................ 10 CARACTERÍSTICAS DEL AGUA ....................................................................................................... 10 OBJETIVOS Y ASUNTOS TRATADOS EN LA VISITA ................................................................... 14 CAPITULO IV ............................................................................................................................................ 16 AFOROS ................................................................................................................................................. 16 CAPITULO V ............................................................................................................................................. 21 AIREACIÓN ........................................................................................................................................... 21 Recomendaciones .................................................................................................................................... 27 CAPITULO VI ............................................................................................................................................ 30 AQUIETAMIENTO................................................................................................................................ 30 CAPITULO VII........................................................................................................................................... 31 DOSIFICACION ..................................................................................................................................... 31 CAPITULO VIII ......................................................................................................................................... 34 MEZCLA RAPIDA................................................................................................................................. 34 MEZCLADORES RÁPIDOS MECÁNICOS E HIDRÁULICOS ........................................................ 34 CAPITULO IX ............................................................................................................................................ 39 FLOCULACION ..................................................................................................................................... 39 CAPITULO X ............................................................................................................................................. 43 SEDIMENTACION ................................................................................................................................ 43 FILTRACIÓN ......................................................................................................................................... 45 CLORACIÓN.......................................................................................................................................... 46 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................... 53

2

INTRODUCCIÓN

El agua proveniente de una fuente natural, puede no ser apta para el consumo humano, por contener sustancias nocivas como: sedimentos, color, olor y otras sustancias que puedan afectar la salud del consumidor. Para corregir la condición inicial del agua, agua cruda, a la condición de agua potable, agua segura, para el consumidor, se cuenta con una serie de procesos y operaciones que conforman el tratamiento del agua cruda a potable. El tratamiento del agua es esencial para que el abastecimiento de agua sea de las mejores condiciones para el consumo humano. En el presente documento se presentan una serie de ejercicios que servirán de práctica y guía durante el desarrollo de la asignatura. El objetivo de estos ejercicios es reforzar cada uno de los temas vistos en clase.

3

OBJETIVO

Reforzar cada uno de los temas vistos en clase así como servir de guía práctica de estudio durante el desarrollo del curso

4

CAPITULO I

PERFIL DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO

El realizar el tratamiento de agua, es toda una actividad industrial en la que se recibe una materia prima que es el agua cruda y se efectúan unas operaciones y procesos para entregar un producto final que es el agua potable.

Dado que las características del agua varían según la fuente en particular; las operaciones y procesos que deben diseñarse no son iguales para cada tipo de agua.

Para un conocimiento global de las unidades que conforman la Planta de Tratamiento y el orden lógico y técnico de las operaciones y procesos es recomendable contar con un perfil que identifique claramente las diferentes etapas a realizar.

OPERACIONES  Aireación (bandejas, surtidores y escalones). 

Mezcla rápida



Sedimentación(simple y compuesto)



Filtros

PROCESOS  Floculación 

Cloración

Con las explicaciones anteriores se da un ejemplo de una planta convencional con sus respectivos procesos y operaciones de manera ordena.

5

EJEMPLO: 

Esquema de la operación y el proceso de tratamiento para agua potable

GRAFICA 1: PLANTA DE TRATAMIENTO CONVENCIONAL, ELABORADA EN AUTO CAD.

Ejercicios 1. 1. Elabore los perfiles de las siguientes plantas de tratamiento teniendo en cuenta los procesos y operaciones de manera ordenada y coherente.

1. 1.1

a. Afluente b. Aforador ( vertedero, canaleta Parshall) c. Desinfección d. Efluente e. Floculador f. Mezcla rápida

6

g. Sedimentador h. Tanque de aguas claras

1. 1.2

a. Afluente b. Aforador c. Aireador d. Corrección de PH de agua cruda e. Desinfección f. Efluente g. Filtros h. Tanques de aguas claras

1. 1.3

a. Afluente b. Aforador c. Corrección de PH de agua cruda d. Desinfección e. Dosificación (coagulación) f. Filtros g. Mezcla rápida h. Sedimentador i. Efluente j. Tanque de aguas claras

7

1. 2. Explique: a. ¿qué son operaciones unitarias? b. ¿qué procesos unitarios se llevan a cabo en el tratamiento de agua potable?

1. 3.Explique: a. ¿qué es un ensayo de laboratorio? b. ¿qué es una prueba de tratabilidad de agua?

CAPITULO II

CAUDAL DE DISEÑO

CURVA DE DEMANDA

Años Habitantes

Dotación

Dotación

Máximo

Q máximo Q

neta

bruta

diario

diario

diario

0

170000

245

282

338

665

678

5

227500

254

292

310

921

939

10

304400

263

302

362

1275

1200

15

407000

272

313

375

1766

1801

20

545200

281

323

388

2448

2496

8

CURVA DE DEMANDA 3000

2496

Q diario (lts/seg)

2500

2000

1801

2Q/3 1500 Q/2

1200 939

1000 678

500

0 0

5

10

15 10.39

Años

20

25

13.85

Esta grafica permite definir año a año el caudal que se estima debe tratar la planta de tratamiento, en función del crecimiento de población y el consumo esperado. El valor final obtenido al número de años proyectados corresponde al caudal de diseño total. Como la planta de tratamiento puede contar con varias unidades en cada punto del sistema, con la curva de demanda se puede proponer las etapas de construcción.

2.1

En una ciudad con temperatura promedio de 20°c, se encontraron los siguientes

datos para el censo realizado en el 2005:  # de habitantes = 350 000  Tasa de crecimiento geométrico= 4% anual  Crecimiento aritmético= 25570 hab/año

9

Para esta ciudad, se desea diseñar una planta de tratamiento que proporcione agua potable a un periodo de 30 años. Elabore una curva de demanda para cada tipo de crecimiento teniendo en cuenta los parámetros establecidos en el RAS para dotación. 

Nota: Hacer una comparación de cómo se comporta la proyección de población

con cada uno de los métodos de proyección. Recomendar las etapas con cada proyección y dar sus conclusiones.

2.2 Una población tiene 4.200.000 habitantes. Se estima que crece durante los primeros 15 años a una tasa geométrica de 4.2% y los siguientes 15 años crece en forma aritmética con un valor anual de 70 % de la población del último incremento (año 14 a 15). La dotación se tomara de acuerdo a la ecuación de Planeación Nacional.

𝑿=

𝒍𝒐𝒈 𝒀 − 𝟏. 𝟖 𝟎, 𝟎𝟏𝟒

𝑿 = 𝒍𝒕 /𝒉𝒂𝒃/𝒅𝒊𝒂 (𝑹𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒏𝒆𝒕𝒂) 𝒀 = 𝑵𝒖𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒏𝒂𝒕𝒆𝒔 

Se cuenta con una planta de tratamiento en buen estado, que es apenas suficiente

para el primer año, y tiene dos unidades en cada una de las operaciones de tratamiento. Si se diseñaran unidades de igual caudal a las actuales, ¿cuántas unidades se requieren y en qué año entrarían en funcionamiento cada una de ellas? ¿Considera adecuado trabajar con este caudal por unidad? ¿Por qué? .Explique claramente. Elabore un diagrama de la curva de demanda, a una escala adecuada.

10

CAPITULO III GRAFICA CARACTERÍSTICAS DEL AGUA

Para determinar si las características del agua cruda cumple con las condiciones de potabilidad y determinar la fuente de abastecimiento y el tratamiento que permita garantizar la entrega de agua segura al consumidor, se recomienda utilizar los parámetros establecidos en el decreto 475 de 1998 y adoptados en el RAS.

ANEXO. TABLA C.2.2 (Normas de calidad del agua potable, según el Decreto 475/98).

Valor Características

máximo Admisible

Procedimientos

parámetros de comparación de la calidad

analíticos

de la fuente recomendados según el nivel,

recomendados

calidad de la fuente

Norma

standard

técnica

Method

1.

NTC

ASTM

aceptable

2. regular

3.

4. muy

deficiente deficiente

MICROBIOLOGIAS Coliformes totales UFC/100cc

0

x

X

x

x

x

x

Escherichia coli UFC/100cc

0

D 5392

ORGANOLEPTICAS Y FISICAS pH

6.5-9.0

Turbiedad UNT

5

Color verdadero-UC

15

Conductividad US/cm 50-1.000 Sustancias flotantes

Asuentes

4707

D 1293

x

X

x

x

D 1889

x

X

x

x

x

X

x

x

x

X

x

x

x

X

x

x

D 1125

11

Olor y Sabor

Ninguno

D 1292

x

X

x

x

QUIMICAS CON EFECTOS ADVERSOS EN LA SALUD HUMANA Fenoles totales-mg/L

0.001

grasas y aceites-mg/L Asuentes

4582

D 1783

X

3362

D 4281

X

Aluminio-mg/L

0.20

D 857

X

Nitratos-mg/L

10

D 3867

X

Nitritos-mg/L

0.1

D 3867

Antimonio-mg/L

0.005

D 3697

X

Arsénico-mg/L

0.01

D 2972

X

Bario-mg/L

0.5

D 4382

X

Cadmio-mg/L

0.003

D 3557

X

D 2036

X

1.0

D 1688

X

mg/L

0.01

D 1687

X

Mercurio-mg/L

0.001

D 3223

X

Níquel-mg/L

0.02

D 1886

X

Plomo-mg/L

0.01

D 3559

X

Selenio-mg/L

0.01

D 3859

X

D 2330

x

cianuros totales-mg/L 0.1 Cobre -mg/L

1312

X

X

X

X

Cromo hexavalente-

1460

Sustancias activas al azul de metileno-

0.01

mg/L ABS PLAGUICIDAS Y OTRAS SUSTANCIAS Tóxicos tipo I-mg/L

0.001

X

mg/L

0.01

X

Baja toxicidad -mg/L

0.1

X

0.1

X

Tóxicos tipo II y III-

Trihalometanos totales-mg/L

QUIMICAS EFECTO INDIRECTO SOBRE LA SALUD HUMANA

12

Alcalinidad totalmg/L

100

D 1067

X

X

X

X

Acidez-mg/L

50

D 1067

X

X

X

X

Dureza total -mg/L

160

D 1126

X

X

X

X

Calcio-mg/L

60

D 511

X

X

X

X

Magnesio-mg/L

36

D 858

X

X

X

X

Cloruros-mg/L

250

D 512

X

X

X

X

Sulfatos-mg/L

250

D 516

X

X

X

X

Hierro total-mg/L

0.3

D 1068

X

X

X

X

Manganeso

0.1

D 858

X

X

Fosfatos

0.2

D 515

X

X

Zinc

5

D 1691

X

Fluoruros(mg/L)

1.2

D 1179

X

4706

4708

3.1 Se ha analizado tres fuentes de agua (A, B y C), cuyos resultados se incluyen a continuación. Comparar con la RAS las características físico-químicas de cada fuente y escoger la que más se ajuste con las especificaciones para el abastecimiento. Parámetros

Cantidad (mg/lt) A B C Turbiedad 6 3 0,3 Color Aparente 3 0,6 0,5 Color Real 3 0,5 0 Olor y Sabor NO NO NO pH 7 7,3 7,6 Cloruro (Cl) 0,3 0,5 4,5 Sulfatos -0,75 3 Nitratos 1,77 0,33 0,13 Nitritos 0,03 Trazas 0,02 Fluoruros 0,1 -0,15 Calcio 3,6 28 1,5 Magnesio 2 0,25 40 Sodio+ Potasio 1,3 12 42 Hierro 1,16 0,23 0,6 Manganeso 0 0 0,06 Bióxido de carbono 3,5 8 16 Acidez ---Alcalinidad 22 3 15 Dureza carbonatada 22 84 382 Dureza NO carbonatada 0 12 154

13

3.2 En una planta de potabilización se encuentran los siguientes datos de acuerdo a las pruebas de laboratorio: Agua

Agua

Agua

cruda

aireada

sedimentada

Turbiedad

8

7

1,5

Color verdadero olor PH Acidez Alcalinidad Dureza total Cloruros Nitritos

43 Aceptable 7 6 123 23 30 1,7

33 Aceptable 7,8 4,5 123 18 24 0,03

3 Aceptable 8,6 1,5 113 13 21 0,02

Hierro Manganeso Coliformes

1,5 0,3 223

3 0,15 55,75

0 0,1 37,17

Parámetros

¿El resultado de las pruebas de laboratorio de un agua llevada hasta la sedimentación, muestra que se proporciona un agua potable? 

Buena



Regular



Mala

¿Por qué? ¿Qué recomendaría?

3.3 Para el pozo profundo del “barrio Siete Trojes” ubicado en el municipio de Mosquera, se solicita un informe semanal a la Secretaria de Obras Públicas, Dirección de Agua Potable y Saneamiento Básico.

En este se observan los siguientes resultados:

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OBJETIVOS Y ASUNTOS TRATADOS EN LA VISITA a. Determinar la capacidad de tratamiento de la Planta de Potabilización para el pozo profundo.

b. Se estudiaron los planos de la planta, se visitó la obra en compañía del Jefe de Planta de Mosquera, Ing. Iván Antolinez.

c. Se comparó con la Norma RAS 2000, obteniéndose los siguientes resultados para un caudal de diseño de 30 l/s o 2,592 m3/día por proceso:

1-EFICIENCIA DEL TRATAMIENTO: En el cuadro siguiente se relacionan los Kgms diarios a remover de las diferentes sustancias para un caudal diario de 2,592 m3 o 30 LPS; se debe tener en cuenta que estos valores no se pueden sumar, pues unos se incluyen o traslapan mutuamente Parámetros

Agua Cruda

Agua Tratada

Kgm Diarios a

(gm/m3) (gm/m3) Remover Hierro 5,87 0,1 15,0 Cloruros 30,9 30,9 0,0 Alcalinidad 242 100 368,1 Nitritos 0,08 0,08 0,0 Nitratos 0,43 0,43 0,0 Sulfatos 29,3 29,3 0,0 3.1- AIREACION: La tasa de aireación es de 190 m3/(m2-día), no cumple la Norma que recomienda tasas menores a 100m3/(m2-día) 3.2- MEZCLA RAPIDA: Por sus características, se está consultando la bibliografía para evaluar el G radiante 3.3- FLOCULACION: Se evaluó el tiempo de retención, 11 minutos, inferior al recomendado por el RAS de 15 a 30 minutos

15

3.4-SEDIMENTACION: Presenta una Carga Superficial a través de las placas de 298(m3/m2día), que no se encuentra en el rango recomendado por el RAS de 120 a 185. La altura del sedimentador es de 1,65m, inferior a la recomendada por el RAS, mínimo 4m. 3.5-FILTRACION: La planta consta de cuatro filtros, cada uno de 0,9m de diámetro, para un área filtrante total de 2,54 m2 y una Tasa de filtración de 1020(m3/ m2día), muy por encima del rango recomendado por el RAS de 150 a 360, dependiendo de la altura del lecho.

a. Comente sobre el informe y haga un análisis comparativo si en pozo cumple no especificaciones del RAS.

b. De algún tipo de solución para que los parámetros de diseño cambien y se ajusten a las especificaciones del RAS

3.4 Analizar y comentar los siguientes resultados de un análisis Físico-Químico realizado en Mosquera.

RELACIÓN DE MUESTRA 1: Agua Cruda MUESTRAS: MUESTRA 2: Agua MUESTRA 3: Agua Aireada MUESTRA 4: Agua Clarificada Tratada

16

C

Unidades

Temperatura °C Turbiedad (NTU) Color Verd. (Hazen) Olor Sustancias Flotantes Ph Conductividad Alcalinidad Total (mg/l) Dureza Total (mg/l) Cloruros (mg/l) Nitritos (mg/l) Hierro (mg/l) Cloro Libre (mg/l)

°C UNT HAZEN 1:No Aceptable 1: Presente 0: Aceptable UNT 0: Ausente (us/cm) mg/L CaCO3 mg/L CaCO3 mg/L mg/L mg/L mg/L

Resultados Muestra 1 25,4 10,9 49 0 0 7,03 577 230 71 40,9 0,035 2,28

Muestra 2 27,1 1,26 32 0 0 7,78 601 232 77 52,2 0,024 2,06

Muestra 3 18,9 1,61 12 0 0 8,6 484 222 70 39,6 1,68 1,44 0,01

Muestra 4 20 7,06 29 0 0 7,71 534 534 68 38,9 1,12 1,56 0,03

CAPITULO IV

AFOROS PARSHALL DIMENSIONES ESTANDAR PARA AFORADORES PARSHALL Longitudes en cm. Gastos en lts/seg. GASTOS LIMITES P. #

A

B

C

D

E

F

G

K

H

X

Y

DESCARGA LIBRE Máxima Mínima

7,6

46,6

45,7

17,8

25,9

38,2 15,2 30,5 2,5 5,7

15,2

62,2

61,0

39,4

39,4

30,5

137,0 134,2 61,0

84,5

50,0

140,0 140,0 70,0

75,0

2,5 3,8

34,0

0,8

45,7 30,5 61,0 7,6 11,4 5,1 7,6

109,2

1,4

91,5 61,0 91,5 7,6 22,8 5,1 7,6

454,0

9,8

100,0 92,0 61,0 91,5 7,6 22,8 5,1 7,6

720,0

15,0

158,0 154,0 100,0 140,0 92,0 61,0 91,5 7,6 22,8 5,1 7,6

1200,0

25,0

100,0 170,0 165,0 120,0 165,0 92,0 61,0 91,5 7,6 22,8 5,1 7,6

1450,0

28,0

150,0 194,0 190,0 175,0 225,0 92,0 61,0 91,5 7,6 22,8 5,1 7,6

2240,0

45,0

200,0 215,0 215,0 225,0 285,0 92,0 61,0 91,5 7,6 22,8 5,1 7,6

3000,0

90,0

250,0 242,0 250,0 285,0 340,0 95,0 61,0 91,5 8,5 24,5 9,0 10,0 4000,0

120,0

17

Formula experimental Parshall desarrollada para el gasto: 𝑄 = 𝐾 ∗ 𝐻𝑛 Dónde: Q= Gasto. H= Altura del agua al entrada. K y n= coeficientes experimentales que varían con el tamaño del medidor. Los valores de K y de n para distintos valores de W

Valores de K y n para la fórmula del gasto en el aforador parshall W

K

N

W

0,15

0,3812

1,580

1,25

3,033

1,579

0,30

0,680

1,522

1,50

3,673

1,588

0,50

1,161

1,542

1,75

4,316

1,593

0,75

1,774

1,558

2,00

4,968

1,599

1,00

2,400

1,570

2,50

6,277

1,608

metros

metros K

N

EJEMPLO

Selecciónese un aforador Parshall para las siguientes condiciones: Canal en tierra (n=0.025) con taludes de 1:1; ancho del fondo: 1 m; pendiente: 0.001; altura de los bancos: 0.90 m. los gastos probables observados han sido los siguientes:

Gasto 600 lts/seg(Max)

Tirante 0.6π

18

Solución: 1. Como deseamos que con el gasto máximo, la descarga sea libre, obtenemos en la tabla N181 un medidor que satisfaga esta condición. Observamos que un medidor con garganta de 0.75 m. satisface este requisito.

2. La pérdida de carga, tomado del monograma de la figura N-9. Correspondiente a una relación Hb/Ha=0.70 es igual a 0.16 mts. Y el valor de Hb, tomando Ha=0.52 (tabla N-7), será igual a 0.35 mts.

3. En la figura N-10 la línea n-n. Representa el nivel normal del agua en el canal, que se asume horizontal por tratarse de un trayecto muy corto. La altura de esta línea sobre el fondo del canal para un gasto de 600 lts/se. Es igual a 0.6 mts.

Cuando la estructura opera sumergida, se asume que el nivel del agua en la garganta del medidor estará a la misma altura que el nivel normal del canal. En tales circunstancias el valor de Z será la diferencia entre el tirante hidráulico del canal (d) y la elevación del agua sobre la cresta (Hb)

Z=0.6-0.35=0.25 m.

Esto representa la altura del piso del aforador sobre el fondo del canal.

19

En estas circunstancias el tirante hidráulico (dl) del canal aguas arriba será igual al tirante hidráulico original (d) más la perdida de carga (hp).

Dl= 0.6+ (0.15-0.36)=0.75 m

-Esta altura del agua es inferior a la altura de los bancos del canal (0.90 m) y por consiguiente el rebalse producirá desbordamiento.

-Los medidores Parshall ofrecen las siguientes ventajas para el aforo de agua en canales:

1. No son afectados por la velocidad de aproximación del agua en canales ordinarios.

2. Siendo la velocidad del agua en la garganta mayor que la velocidad en el caudal, no existe la posibilidad de que ocurran sedimentos que afecten los aforos.

3. Las pérdidas de carga son muy reducidas en comparación con otros dispositivos de aforo, lo que facilita su instalación en canales con pendientes limitadas.

- Se utiliza como mezclador rápido en las plantas de tratamiento, con buena eficiencia en esta operación.

- Las siguientes pueden enumerarse como desventajas del aforador parshall:

20

1. No puede combinarse fácilmente con otras estructuras, aun cuando es posible su combinación con saltos pequeños. 2. Su costo es más alto que el de un orificio o una compuerta. 3. No es tan preciso como una compuerta bien instalada, aun cuando el margen de error probable no sobre pasa el 5%, que es razonable.

Ejercicios

4.1 Una planta de tratamiento cuenta con un canal de entrada rectangular, en el que se encuentra un vertedero sin contracciones de 5 cm de espesor.

a. Que caudal máximo se puede aforar, si se fija un borde libre aguas arriba de 16 cm. Descarga libre.

b. Cuál sería el caudal para que el vertedero trabaje con el mínimo, como vertedero de pared delgada.

c. Establezca una curva desde Qmin hasta Qmax.

4.2 Al analizar el funcionamiento de una planta de tratamiento existente, se encontró que no se aforaba el caudal de entrada. Y se determinó que el sitio critico de manejo de caudal era entre el canal de llegada y la cámara de mezcla rápida. La conexión entre el canal y la cámara es un orificio circular de 8” de diámetro, orificio que trabaja sumergido, los niveles aguas arriba y aguas abajo son de 15 cm de diferencia. El borde libre en el canal para la condición mencionada de diferencias de nivel es 14 cm. La altura del agua en el canal, aguas arriba del orificio es de 30 cm.

21

a. Dibuje a escala, un corte longitudinal completo, con los datos iniciales.

b. Si el coeficiente de descarga es 0.8, ¿qué caudal está entrando a la cámara de mezcla rápida?

c. ¿Qué sucedería en el sitio crítico, si el caudal a tratar es de 80.0 (lt/seg)?

d. ¿Será necesario hacer alguna modificación en este lugar?, ¿cuál sería? Descríbala y cuantifíquela.

CAPITULO V AIREACIÓN

GRAFICA 2: Aireador de bandejas perforadas “planta de Mosquera Cundinamarca”.

22

GRAFICA 3: Aireador de bandejas por rebose “planta de tratamiento Tunja Boyacá” AIREADORES DE BANDEJAS

Carga

Numer o de

Autor

Hidrauli ca

Bandej

(m/dia)

as

Romero

550 a

Jairo

1800

Feachem R

500 a

Altura Total del Airead or (m)

Lecho de

Contac to (ESP) (cm)

Orificios

Sep.

Prof.d Sep.ent

de

entre

el agua re en la

Distribuci Orifici Bandej Bandej on

os

a

as

(mm)

(cm)

(cm)

(cm)

2a5

15

30 a 75

n/a

n/a

n/a