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• Karen Villarreal

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I.

TÍTULO:

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

II.

PTAR

CONTENIDO Pág. N°

I.

TÍTULO:.................................................................................................................. 1

II.

CONTENIDO.......................................................................................................2

III.

INTRODUCCIÓN................................................................................................4

IV.

OBJETIVOS........................................................................................................5

V.

FUNDAMENTO TEÓRICO..................................................................................6 5.1.

Aguas Residuales............................................................................................6

5.2.

Clasificación de Aguas Residuales..................................................................6

5.3.

Entidades Vinculadas a la Fiscalización Ambiental de las Aguas Residuales

Municipales................................................................................................................ 7 5.4.

Entidades Prestadoras de Servicio de Saneamiento (EPS)...........................11

5.5.

Contaminación de los Cuerpos de Agua Naturales........................................12

5.6.

Ciclo de Manejo de Aguas Residuales Municipales.......................................12

VI.

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)......................15

VII.

OBRAS DE LLEGADA......................................................................................15

7.1. VIII. 8.1.

Consideraciones de diseño:...........................................................................15 ETAPAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES...............................16 TRATAMIENTO PRELIMINAR DE AGUAS RESIDUALES............................17

8.1.1.

CRIBAS......................................................................................................17

8.1.1.1. 8.1.2.

DESARENADORES...................................................................................20

8.1.2.1. 8.2.

Consideraciones de diseño:...................................................................18

Consideraciones de diseño....................................................................20

TRATAMIENTO PRIMARIO DE AGUAS RESIDUALES................................21

8.2.1. 8.2.1.1. 8.2.2. 8.2.2.1. 8.2.3. 8.2.3.1.

TANQUES DE SEDIMENTACIÓN..............................................................21 Criterios de diseño..................................................................................23 TANQUES DE FLOTACIÓN.......................................................................25 La flotación por aire disuelto...................................................................25 TANQUE SÉPTICO....................................................................................26 Funcionamiento de tanques sépticos.....................................................27

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Pág. 2

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PTAR

8.2.3.2.

Prueba de infiltración:.............................................................................28

8.2.3.3.

Requisitos previos de diseño:.................................................................29

8.2.4.

TANQUE IMHOFF......................................................................................31

8.2.4.1.

Criterios para el diseño de la zona de sedimentación:............................32

8.2.4.2.

Criterios para el diseño de la zona de digestión (compartimiento de

almacenamiento y digestión de lodos).....................................................................32 8.2.4.3.

Criterios para el diseño de la zona de espumas (superficie libre entre las

paredes del digestor y del sedimentador).................................................................33 8.2.4.4.

Recomendaciones para remoción de lodos digeridos............................34

8.2.4.5.

Diseño del Tanque Imhoff.......................................................................35

8.3.

TRATAMIENTO SECUNDARIO DE AGUAS RESIDUALES..........................41

8.3.1.

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN..............................................................41

8.3.2.

SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN........................................42

8.3.2.1.

Lagunas Anaerobias...............................................................................42

8.3.2.2.

Lagunas Aeradas....................................................................................44

8.3.2.3.

Lagunas Facultativas..............................................................................48

8.3.2.4.

Tratamiento con lodos Activados............................................................49

8.3.2.5.

Filtros Percoladores................................................................................56

8.3.2.6.

Sistemas Biológicos Rotativos de Contacto............................................57

8.4.

OTROS TIPOS DE TRATAMIENTO...............................................................58

8.4.1.

APLICACIÓN SOBRE EL TERRENO Y REUSO AGRÍCOLA.....................58

8.4.2.

FILTROS INTERMITENTES DE ARENA....................................................58

8.4.3.

TRATAMIENTOS ANAEROBIOS DE FLUJO ASCENDENTE....................59

8.4.4.

DESINFECCIÓN........................................................................................61

8.5.

TRATAMIENTO TERCIARIO DE AGUAS RESIDUALES...............................61

IX.

CONCLUSIONES:.............................................................................................62

X.

BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................63

XI.

LINKOGRAFIA..................................................................................................63

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Pág. 3

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

III.

PTAR

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de investigación relacionado a Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) nos permite conocer en forma general las diferentes etapas del proceso de tratamiento de aguas residuales como son físico, químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de los contaminantes del agua apto para el consumo o su disposición final. En la actualidad existe un déficit por parte de las entidades encargadas de tratar las aguas residuales los cuales generan problemas ambientales como la contaminación de los cuerpos de agua y la generación de malos olores que causan malestar para la población, así como para la flora y fauna del lugar. Además existe sobrecarga de aguas residuales en las plantas de tratamiento cuya infraestructura es insuficiente, lo cual origina que los efluentes tratados excedan los límites máximos permisibles y no cumplan con los estándares de calidad ambiental. Durante el desarrollo del trabajo de investigación se incidirá en los siguientes temas: Aguas Residuales, Entidades Vinculadas, Planta de Tratamiento de Aguas Residuales en sus etapas preliminar, primario, secundario y terciario así como también las recomendaciones o criterios para el diseño de sus componentes del PTAR.

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Pág. 4

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

IV.

PTAR

OBJETIVOS 4.1.

Objetivo General Indagar conceptos relacionados a las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR)

4.2.

Objetivos Específicos  Analizar los efectos que se producen por causa del vertido de

las

aguas

residuales

que

generan

problemas

ambientales.  Conocer las entidades responsables de hacer cumplir los estándares de calidad ambiental.  Indagar las diferentes etapas del proceso de tratamiento de aguas residuales.  Conocer los elementos que conforman las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR)  Conocer los criterios de diseño recomendados para los diferentes elementos del PTAR.

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Pág. 5

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V.

PTAR

FUNDAMENTO TEÓRICO 5.1.

Aguas Residuales Las aguas residuales son aquellas aguas cuyas características originales (físico químico y microbiológico) han sido modificadas por las actividades humanas, como la actividad industrial, doméstica, agrícola, etc. dando como resultado agua de mala calidad en su composición causando daños en la salud y en el medio ambiente. Por tanto requieren un tratamiento previo, antes de ser reusadas, vertidas a un cuerpo natural de agua o descargar al sistema de alcantarillado.

5.2.

Clasificación de Aguas Residuales 1) Aguas residuales domésticas. Son aquellas aguas de origen residencial y comercial que contienen desechos fisiológicos, entre otros, provenientes de la actividad humana, y deben ser dispuestas adecuadamente. 2) Aguas residuales industriales Son aquellas aguas que resultan del desarrollo de un proceso productivo, incluyéndose a las provenientes de la actividad minera, agrícola, energética, agroindustrial, entre otras. 3) Aguas residuales municipales Son aquellas aguas residuales domésticas que pueden estar mezcladas con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de origen industrial previamente tratadas, para ser admitidas en los sistemas de alcantarillado de tipo combinado.

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5.3.

PTAR

Entidades Vinculadas a la Fiscalización Ambiental de

las Aguas Residuales Municipales Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento

Autoridad Nacional del Agua

Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental

Ministerio de Salud (MINSA) Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento

Ministerio del Ambiente

Gobiernos Locales (Provinciales y Distritales)

Entidades Prestadoras de Servicio de Saneamiento (EPS) a) Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento. INGENIERÍA SANITARIA

Pág. 7

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PTAR

Es el ente rector del Estado en los asuntos relacionados al sector saneamiento y tiene las siguientes funciones:  Formular, normar, dirigir, coordinar, ejecutar y supervisar la política nacional en dicho sector, así como evaluar permanentemente

sus

resultados,

adoptando

las

correcciones y medidas correspondientes.  Generar las condiciones para el acceso a los servicios de saneamiento

en

niveles

adecuados

de

calidad

y

sostenibilidad.  Asignar los recursos económicos a los gobiernos locales y las EPS Saneamiento para la construcción de obras de saneamiento y otorgar la certificación ambiental a dichos proyectos.  Fiscalizar el cumplimiento de los compromisos ambientales contenidos en los instrumentos de gestión ambiental de los proyectos de saneamiento a nivel nacional y de los límites máximos permisibles (LMP) para los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales. b) Autoridad Nacional del Agua (ANA)  Autoriza los vertimientos de aguas residuales tratadas con las opiniones previas técnicas favorables de la Dirección General de Salud Ambiental del Ministerio de Salud y de la autoridad ambiental sectorial.  Verifica el cumplimiento de los ECA en los cuerpos de agua e impone sanciones, y puede suspender las autorizaciones otorgadas si verifica que el agua residual tratada, puede afectar la calidad del cuerpo receptor o sus bienes asociados.  Autoriza el reúso de agua residual, bajo previa acreditación de que no se pondrá en peligro la salud humana y el normal desarrollo de la fauna y flora, o se afecte otros usos.

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PTAR

c) Gobiernos locales: 1. Municipalidades Provinciales Tienen la función de regular y controlar el proceso de disposición

final

de

desechos

sólidos,

líquidos

y

vertimientos industriales en el ámbito provincial. Por ello, administran o contratan los servicios de una EPS Saneamiento. 2. Municipalidades Distritales Conjuntamente con su municipalidad provincial, tienen la función de administrar y reglamentar directamente o por concesión, el servicio de agua potable, alcantarillado y desagüe, cuando por economías de escala resulte eficiente centralizar provincialmente el servicio. d) Organismo

de

Evaluación

y

Fiscalización Ambiental

(OEFA)  Ejerce funciones de evaluación, supervisión y fiscalización en el tratamiento de las aguas residuales provenientes de las actividades económicas de sectores como la mediana y gran minería, hidrocarburos en general, electricidad, procesamiento industrial pesquero, acuicultura de mayor escala, así como producción de cerveza, papel, cemento y curtiembre de la industria manufacturera.  El OEFA es la autoridad facultada para supervisar directamente en estos casos, así como también de aplicar sanciones en caso se excedan los LMP.  Como ente rector del Sistema Nacional de Evaluación y Fiscalización Ambiental, supervisa la labor fiscalizadora de las

EFA,

entre

las

cuales

se

encuentran

las

municipalidades distritales y provinciales, los gobiernos regionales, la Autoridad Nacional del Agua, o los ministerios (Producción, Agricultura y Riego, etc.) que tienen la INGENIERÍA SANITARIA

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responsabilidad de supervisar el adecuado manejo de las aguas residuales respecto de las actividades económicas que se encuentran dentro del ámbito de su competencia. e) Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS)  Es la entidad que vela por la calidad del servicio que deben brindar las EPS Saneamiento.  Norma, regula, supervisa y fiscaliza, dentro del ámbito de su competencia, la prestación de servicios de saneamiento a nivel nacional y de acuerdo a su rol regulador,  También es responsable de sancionar y solucionar controversias y reclamos. f) Entidades Prestadoras de Servicios de Saneamiento (EPS Saneamiento) Tienen como finalidad operar y mantener en condiciones adecuadas los componentes de los sistemas de abastecimiento de los servicios de agua potable y alcantarillado sanitario, y deben prestar dichos servicios con oportunidad y eficiencia. Para ello, las EPS Saneamiento están obligadas a:  Producir, distribuir y comercializar agua potable, así como recolectar, tratar y disponer adecuadamente las

aguas

servidas.  Recolectar las aguas pluviales y disponer sanitariamente las excretas.  Ejecutar programas de mantenimiento preventivo anual a fin de reducir riesgos de contaminación de agua para consumo, de interrupciones o restricciones de los servicios.  Realizar un control de los Valores Máximos Admisibles (VMA) a través de laboratorios acreditados ante el Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad Intelectual (INDECOPI), estando facultado para imponer sanciones en caso el generador incumpla con las obligaciones dispuestas en la normativa vigente. g) Ministerio de Salud (MINSA) INGENIERÍA SANITARIA

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PTAR

 El Ministerio de Salud, a través de Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA), tiene la función de establecer las normas técnicas sanitarias para el abastecimiento de agua para consumo humano; y el manejo, reúso y vertimiento de aguas residuales domésticas y disposición de excretas.  Asimismo, vigila la calidad sanitaria de los sistemas de agua y saneamiento para la protección de la salud de la población.  También, diseña e implementa el sistema de registro y control de vertimientos con relación a su impacto en el cuerpo receptor. 5.4.

Entidades Prestadoras de Servicio de Saneamiento (EPS) En nuestro país existe déficit de cobertura por entidades prestadoras de servicios de saneamiento a nivel nacional.  De las 50 EPS que brindan el servicio de alcantarillado, sólo se brinda cobertura al 69,65% de la población urbana.  La población no cubierta vierte directamente sus aguas residuales sin tratamiento al mar, ríos, lagos, quebradas o las emplean para el riego de cultivos.

5.5.

Contaminación de los Cuerpos de Agua Naturales Las entidades prestadoras de servicios de saneamiento no brindan un servicio adecuado de tratamiento de

aguas

residuales, además existe sobrecarga de aguas residuales en las plantas de tratamiento cuya infraestructura es insuficiente, lo cual origina que los efluentes tratados excedan los límites máximos permisibles (LMP), y no cumplan con los estándares de calidad ambiental (ECA).

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Esto genera problemas ambientales como la contaminación de los cuerpos de agua y la generación de malos olores que causan conflictos con la población. La disposición de aguas residuales sin tratamiento alguno y las aguas residuales tratadas inadecuadamente contaminan los cuerpos de agua natural. A su vez, por infiltración en el subsuelo contaminan las aguas subterráneas, por lo que se convierten en focos infecciosos para la salud de las poblaciones, así como para la flora y fauna del lugar. 5.6.

Ciclo de Manejo de Aguas Residuales Municipales 1) Las EPS Saneamiento u otras entidades similares, captan el agua de cuerpos receptores como ríos, lagos, manantiales, pozos subterráneos, y les brindan un tratamiento con la finalidad de hacerlas aptas para consumo humano. 2) El agua para consumo humano es empleada para el desarrollo

de

actividades

domésticas,

comerciales

e

industriales, que terminan generando aguas residuales municipales. Estas últimas son vertidas a la red de alcantarillado de las EPS Saneamiento u otras similares. Las aguas residuales que no son descargadas a una red de alcantarillado se vierten sin tratamiento a los cuerpos de agua naturales, terrenos o son utilizadas para el riego de cultivos. 3) Parte de las aguas descargadas a la red de alcantarillado es derivada a las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) para su tratamiento, empleando diversas tecnologías como: lagunas facultativas, lagunas aireadas, lodos activados o filtros percoladores, entre otros. Posteriormente, estas aguas tratadas son empleadas para el riego de cultivos, áreas verdes, piscicultura o vertidas a cuerpos de agua natural. 4) Las aguas residuales descargadas a la red de alcantarillado que no son derivadas a las PTAR son vertidas sin ningún INGENIERÍA SANITARIA

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tratamiento a los cuerpos de agua natural, terrenos o son empleadas en prácticas inadecuadas como riego de cultivos, lo que representa un riesgo para la salud y el ambiente.

Cantidad de Agua Residual generada por una persona al día.

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VI.

PTAR

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR) Una planta de tratamiento de aguas residuales es un sistema integrado por una serie de operaciones y procesos físicos, químicos y biológicos que tiene la finalidad de eliminar los contaminantes del agua residual y obtener agua residual que cumpla con las normas de calidad para su reutilización o disposición final.

VII. OBRAS DE LLEGADA Se denomina obras de llegada al conjunto de estructuras ubicadas entre el punto de entrega del emisor y los procesos de tratamiento preliminar.

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7.1.

PTAR

Consideraciones de diseño:

 Las estructuras de obras de llegada se deben dimensionarse para el caudal máximo horario.  Se deberá proyectar una estructura de recepción del emisor que permita obtener velocidades adecuadas y disipar energía en el caso de líneas de impulsión.  Inmediatamente después de la estructura de recepción se ubicará el dispositivo de desvío de la planta. La existencia, tamaño y consideraciones de diseño se justificarán teniendo en cuenta los procesos y el funcionamiento de la planta.  La ubicación de la estación de bombeo (en caso de existir) dependerá del tipo de la bomba. Para el caso de bombas del tipo tornillo, esta puede estar colocada antes del tratamiento preliminar, precedida de cribas gruesas con una abertura menor al paso de rosca. Para el caso de bombas centrífugas sin desintegrador, la estación de bombeo deberá ubicarse después del proceso de cribado.

VIII. ETAPAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Para el tratamiento de aguas residuales existen varias operaciones y procesos disponibles para la depuración de las aguas residuales, se consideran comúnmente niveles de tratamiento que son los siguientes:    

Tratamiento preliminar. Tratamiento primario. Tratamiento secundario. Tratamiento terciario.

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PTAR

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7.1.

PTAR

TRATAMIENTO PRELIMINAR DE AGUAS RESIDUALES Tiene como objetivo principal retener sólidos gruesos y finos con densidad mayor al agua (latas, basura, arena, plásticos, hojas, entre otros) para evitar la obstrucción de las instalaciones y problemas en los posteriores tratamientos. En este tratamiento preliminar se pueden emplear las Cribas, trituradores, desarenadores y en casos especiales los tamices. TABLA 1. Objetivos de los procesos de tratamiento preliminar PROCESO

OBJETIVO

Cribas

Eliminación de sólidos gruesos

Trituradores

Desmenuzamiento de sólidos

Desarenadores

Eliminación de arenas y gravillas

Desengrasadores

Eliminación de Aceites y grasas

Pre-aireación

Control de olor y mejoramiento del comportamiento hidráulico

FUENTE: Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales. CEPIS/OPS/OMS.

7.1.1. CRIBAS El cribado permite remover del agua residual los contaminantes más voluminosos, ya sean flotantes o suspendidos. Además, reduce el riesgo de obstrucción en las estructuras de tratamiento.

7.1.1.1. 

Consideraciones de diseño:

Las cribas deben utilizarse en toda planta de tratamiento, aun en las más simples.

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

PTAR

Se diseñarán preferentemente cribas de limpieza manual, salvo que la cantidad de material cribado justifique las de limpieza





mecanizada. El diseño de las cribas debe incluir:  Una plataforma de operación y drenaje del material cribado con  

barandas de seguridad. Iluminación para la operación durante la noche. Espacio suficiente para el almacenamiento temporal del

 

material cribado en condiciones sanitarias adecuadas. Solución técnica para la disposición final del material cribado. Las compuertas necesarias para poner fuera de

funcionamiento cualquiera de las unidades. El diseño de los canales se efectuará para las condiciones de caudal máximo horario, pudiendo considerarse las siguientes alternativas:  Tres canales con cribas de igual dimensión, de los cuales uno servirá de by pass en caso de emergencia o mantenimiento. En este caso dos de los tres canales tendrán la capacidad para 

conducir el máximo horario. Dos canales con cribas, cada uno dimensionados para el



caudal máximo horario. Para instalaciones pequeñas puede utilizarse un canal con cribas



con

by pass

para

el

caso

de

emergencia

o

mantenimiento. e) Para el diseño de cribas de rejas se tomarán en cuenta los siguientes aspectos:  Se utilizarán barras de sección rectangular de 5 a 15 mm de 

espesor de 30 a 75 mm de ancho. El espaciamiento entre barras estará entre 20 y 50 mm. Para localidades con un sistema inadecuado de recolección de residuos sólidos se recomienda un espaciamiento no mayor a



25mm. Las dimensiones y espaciamiento entre barras se escogerán de modo que la velocidad del canal antes de y a través de las barras sea adecuada. La velocidad a través de las barras limpias debe mantenerse entre 0,60 a 0,75 m/s. basado en caudal máximo horario.

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

PTAR

Determinada las dimensiones se procederá a calcular la velocidad del canal antes de las barras, la misma que debe mantenerse entre 0,30 y 0,60 m/s, siendo 0,45 m/s un valor



comúnmente utilizado. En la determinación del perfil hidráulico se calculará la pérdida de carga a través de las cribas para condiciones de caudal



máximo horario y 50% del área obstruida. El ángulo de inclinación de las barras de las cribas de limpieza



manual será entre 45 y 60 grados con respecto a la horizontal. El cálculo de la cantidad de material cribado se determinará de acuerdo con la siguiente tabla: TABLA 2. Cantidad Material Cribado ABERTURA (mm) 20 25 35 40

CANTIDAD (litros de material cribado L/m3 de agua residual) 0.038 0.023 0.012 0.009

FUENTE: NORMA 0S.090 Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales

7.1.2. DESARENADORES El desarenador es una estructura destinado a la remoción de las arenas y sólidos que están en suspensión en el agua servida, mediante un proceso de sedimentación a fin de evitar que ingresen al proceso de tratamiento y obstruyan creando problemas complejos.

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7.1.2.1.

PTAR

Consideraciones de diseño



La inclusión de desarenadores es obligatoria en las plantas que



tienen sedimentadores y digestores. Para sistemas de lagunas de



desarenadores es opcional. Los desarenadores serán preferentemente de limpieza manual, sin



incorporar mecanismos. Los desarenadores de flujo horizontal serán diseñados para

estabilización

el

uso

de

remover partículas de diámetro medio igual o superior a 0,20 mm. Para ello la velocidad se debe mantener alrededor de 0.3m/s con 

una tolerancia de + 20%. Se deben proveer dos unidades de operación alterna como



mínimo. La relación entre el largo y la altura del agua debe ser como



mínimo de 25. La altura de agua y el borde libre debe comprobarse para el caudal máximo horario.

7.2.

TRATAMIENTO PRIMARIO DE AGUAS RESIDUALES El tratamiento primario consiste en remover material en suspensión, excepto material coloidal o sustancias disueltas presentes en el agua, removiendo entre el 60 a 70% de sólidos suspendidos totales y hasta un 30% de la DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) orgánica sedimentable. El objetivo en el tratamiento primario es disminuir la carga orgánica mediantes procesos físicos para su posterior tratamiento secundario, reduciendo así la carga para el tratamiento biológico. Además los sólidos removidos en esta etapa tienen que ser procesados antes de su disposición final. Los tratamientos primarios habituales son:  Tanques de Sedimentación  Tanques de Flotación.

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 Tanques Imhoff.

7.2.1. TANQUES DE SEDIMENTACIÓN El primer tratamiento importante que sufren las aguas residuales después de las precedentes fases preliminares es la sedimentación de los sólidos suspendidos. Los tanques de sedimentación pequeños de diámetro o lado no mayor deben ser proyectados sin equipos mecánicos. Los tanques de sedimentación pueden ser rectangulares, cilíndricos o cuadrados; los rectangulares podrán tener varias tolvas y los circulares o cuadrados una tolva central. La inclinación de las paredes de las tolvas de lodos será de por lo menos 60 grados con respecto a la horizontal. Los tanques de sedimentación mayores usarán equipo mecánico para el barrido de lodos y transporte a los procesos de tratamiento de lodos. Tanque de Sedimentación rectangular

Tanque de Sedimentación Circular INGENIERÍA SANITARIA

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7.2.1.1.

PTAR

Criterios de diseño



Los canales de repartición y entrada a los tanques deben ser



diseñados para el caudal máximo horario. Los requisitos de área deben determinarse usando cargas superficiales entre 24 y 60 m/d basado en el caudal medio de diseño, lo cual equivale a una velocidad de sedimentación de 1,00



a 2,5 m/h. El período de retención nominal será de 1,5 a 2,5 horas (recomendable < 2 horas), basado en el caudal máximo diario de



diseño. La profundidad es el producto de la carga superficial y el período



de retención y debe estar entre 2 y 3,5 m. (recomendable 3m). La relación largo/ancho debe estar entre 3 y 10 (recomendable 4) y



la relación largo/profundidad entre 5 y 30. La carga hidráulica en los vertederos será de 125 a 500 m 3/d por metro lineal (recomendable 250), basado en el caudal máximo



diario de diseño. La eficiencia de remoción del proceso de sedimentación puede estimarse de acuerdo con la tabla siguiente: Porcentaje de Remoción Recomendado

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PTAR

Período de retención

DBO 100 a 200

DBO 200 a 300

nominal (horas)

mg/l DBO SS* 30 50 33 53 37 58 40 60

mg/l DBO 32 36 40 42

1.5 2.0 3.0 4.0

SS* 56 60 64 66

SS* = sólidos en suspensión totales.



El volumen de lodos primarios debe calcularse para el final del período de diseño (con el caudal medio) y evaluarse para cada 5 años de operación. La remoción de sólidos del proceso se obtendrá de la siguiente tabla:

Tipo de lodo primario Con alcantarillado sanitario Con alcantarillado combinado Con lodo activado de exceso 

Gravedad especifica

Concentración de solidos Rango

% Recomendado

1.03

4 – 12

6.0

1.05

4 – 12

6.5

1.03

3 – 10

4.0

El retiro de los lodos del sedimentador debe efectuarse en forma cíclica e idealmente por gravedad. Donde no se disponga de carga



hidráulica se debe retirar por bombeo en forma cíclica. El volumen de la tolva de lodos debe ser verificado para el almacenamiento de lodos de dos ciclos consecutivos. La velocidad en la tubería de salida del lodo primario debe ser por lo menos 0,9



m/s. El mecanismo de barrido de lodos de tanques rectangulares tendrá



una velocidad entre 0,6 y 1,2 m/min. Las características de los tanques circulares de sedimentación serán los siguientes: - profundidad: de 3 a 5 m - diámetro: de 3,6 a 4,5 m

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- pendiente de fondo: de 6% a 16% (recomendable 8%).

TABLA 3. Criterios de diseño de los tanques de sedimentación

FUENTE: Metcalf & Eddy, Inc.

7.2.2. TANQUES DE FLOTACIÓN El objetivo de la flotación es aumentar el empuje ascendente de los sólidos. Los sólidos cuya densidad es aproximadamente igual o menor que la densidad del agua, no se pueden separar por sedimentación. Tales sólidos se sedimentarían sólo muy lentamente o permanecerían en suspensión.

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7.2.2.1.

PTAR

La flotación por aire disuelto

El principal método usado en tratamiento de aguas es la flotación por aire disuelto que se basa en que la solubilidad del aire en agua aumenta con la presión a temperatura constante. En este sistema, una corriente parcial del agua depurada (agua de circulación) se satura con aire a presión. El agua de circulación se retorna al depósito de flotación a través de una válvula de reducción de presión.

La reducción brusca de la presión a la presión atmosférica provoca que el aire disuelto forme pequeñas burbujas. Un rascador retira la espuma flotante de la superficie del agua. Para mejorar la flotabilidad de los sólidos se añaden frecuentemente coagulantes y floculantes al agua bruta. Con esto se forman partículas sólidas de mayor tamaño a las que se pueden adherir más burbujas de aire. 7.2.3. TANQUE SÉPTICO El tanque séptico es de tratamiento primario tiene como objetivo remover los sólidos de las aguas residuales antes de su disposición final y estabilizar parcialmente la materia orgánica en 1 a 3 días. En el tanque séptico es cerrado donde parte de los sólidos se asientan en el

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fondo del tanque mientras que los sólidos que flotan (aceites y grasas) suben a la parte superior denominado "proceso séptico".

Puede lograr reducciones de entre un 50 a 70% de DBO, sobre la remoción lograda previamente en el tanque séptico. El tanque séptico debe cumplir con 3 funciones principales:  Eliminación de sólidos  Tratamiento biológico  Almacenamiento de lodos y natas. 7.2.3.1. 

Funcionamiento de tanques sépticos

Primera etapa.

El tanque es un sedimentador de las partículas gruesas que van al fondo y las partículas livianas, grasas se acumulan en la parte superior. Se produce una primera descomposición de la materia, por las condiciones anaerobias y la biodigestión. El buen funcionamiento depende de la sedimentación, una relación de 1:3 entre el ancho y la longitud de la unidad; así como una profundidad mínima de 1,0 m. En estos tanques se definen varias capas.

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El material sedimentado forma una capa de lodos en el fondo del depósito, que se degrada biológicamente por el tiempo de permanencia y la acción de los microorganismos. 

Segunda etapa,

Su función es el drenaje en dos situaciones: una es la continuación del tratamiento secundario por la biodegradación de la materia orgánica disuelta en el efluente del tanque. Este proceso es realizado por las bacterias adheridas a las piedras.

La otra situación, es la que representa la capacidad de absorción del terreno existente. Los drenajes se deben construir con piedra en tamaños entre 7 y 10 cm y sin la colocación de plásticos, con el propósito de permitir la evapotranspiración que se obtendrá de la actividad biológica. 

Tercera etapa,

Se refiere a la remoción, tratamiento y disposición de los lodos. Por su concentración de materia y de bacterias, en la mayoría de los casos, son más contaminantes que las mismas aguas que los traían. 7.2.3.2.

Prueba de infiltración:

Las pruebas de infiltración se realizan con el propósito de determinar la aceptabilidad o rechazo del sitio escogido como la zona del sistema de drenaje. INGENIERÍA SANITARIA

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PTAR

Esta prueba consiste en hacer mediciones o lecturas directas en el sitio donde estará colocado el sistema de filtración requerido.

El procedimiento mide cambios en la profundidad del nivel del agua que se coloca en el agujero de prueba, durante el tiempo especificado. Con los resultados de la aplicación de esta prueba, al conocerse las características de cada suelo, es posible calcular las dimensiones del drenaje. Para esta prueba el trabajo de campo se realiza en dos etapas.

La primera etapa, consiste en la apertura de los agujeros de prueba y de la acción de saturación del suelo interno. La segunda etapa, se toman lecturas de campo; luego de haber saturado el suelo en el agujero; por lo general al día siguiente de haber realizado la primera etapa. Como complemento de esta prueba se

realiza las exploraciones a

mayor profundidad, con el propósito de verificar la existencia de agua subterránea.

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Pág. 28

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7.2.3.3.

PTAR

Requisitos previos de diseño:

 Las edificaciones en las que se proyecten tanques sépticos deberán contar con suficiente área para los diferentes procesos de tratamiento.  La distancia de ubicación del tanque séptico a la vivienda o cualquier otro tipo de edificación, no deberá ser menor a 2.0 m.  Los tanques sépticos no deberán ser construidos en áreas pantanosas o fácilmente inundables.  El efluente de los tanques sépticos

no

deberán

ser

descargados directamente a cuerpos superficiales de agua.  El período de limpieza del tanque séptico no deberá ser mayor a cinco años ni menor a dos años.  Ningún tanque séptico se diseñará para un caudal superior a 30m3/día Para caudales superiores se buscará otra solución.  El tanque séptico deberá ubicarse aguas debajo de cualquier pozo o manantial para consumo humano.  Los tanques sépticos deben ser fácilmente accesibles a vehículos pesados para posibilitar su limpieza periódica. Ventajas:  Apropiado

para

comunidades

rurales,

edificaciones,

condominios, hospiles, etc.  Su limpieza no es frecuente.  Tiene un bajo costo de construcción y operación.  Mínimo grado de dificultad en operación y mantenimiento si se cuenta con infraestructura de remoción de lodos.  Simplicidad, confiabilidad  Pocos requisitos para el mantenimiento.  Los nutrientes de los residuos regresan al suelo Desventajas:  Uso limitado para un máximo de 350 habitantes.  Los sistemas que no son operados correctamente pueden introducir nitrógeno, fósforo, materias orgánicas y patógenas bacterianas y virales a áreas cercanas y al agua subterránea.  Requiere facilidades para la remoción de lodos (bombas, camiones con bombas de vacío, etc.) INGENIERÍA SANITARIA

Pág. 29

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PTAR

7.2.4. TANQUE IMHOFF El tanque imhoff es una unidad de tratamiento primario de doble función cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos, ya que integran la sedimentación y la digestión de los lodos en la misma unidad, por lo que se denomina tanques de doble cámara. Se distinguen 3 compartimentos, pueden tener forma circular o rectangular.  Cámara de sedimentación o decantación: ubicada en la parte superior del depósito y se produce la separación solido-liquido, precipitando las partículas pesadas al fondo. Este primer compartimento tiene forma cónica con una pendiente de un 12% con una pequeña apertura en el fondo, pasando por gravedad los fangos al compartimento inferior.  Cámara de digestión de lodos: es la parte de mayor dimensión del depósito donde se realiza

la digestión anaerobia de los

lodos, se sitúa en la parte inferior del depósito.  Área de ventilación y cámara de natas: es el compartimento del depósito donde se irá acumulando las grasas y residuos de menor densidad.

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Pág. 30

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PTAR

El diseño de los tanques imhoff dependerá fundamentalmente del tiempo de retención hidráulico (3 horas) y de la velocidad ascensional. Los rendimientos de eliminación de algunos contaminantes son los siguientes: sólidos en suspensión entre 37- 82% y DBO5 entre un 25 -60%. Su uso es muy recomendable para tratar aguas residuales de pequeños municipios (poblaciones inferiores a 500 habitantes) o comunidades rurales. 7.2.4.1.

Criterios para el diseño de la zona de sedimentación:



El área requerida para el proceso se determinará con una carga



superficial de 1 m3/m2/h, calculado en base al caudal medio. El período de retención nominal será de 1,5 a 2,5 horas. La profundidad será el producto de la carga superficial y el período de



retención. El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente de los lados, con respecto al eje horizontal, tendrá entre



50 y 60 grados. En la arista central se dejará una abertura para el paso de sólidos de 0,15 m a 0,20 m. Uno de los lados deberá prolongarse de modo que impida el paso de gases hacia el sedimentador; esta prolongación deberá tener una proyección horizontal de 0,15 a 0,20

 

m. El borde libre tendrá un valor mínimo de 0.30m. Las estructuras de entrada y salida, así como otros parámetros de diseño,

serán

los

mismos

que

para

los

sedimentadores

rectangulares convencionales. 7.2.4.2.

Criterios para el diseño de la zona de digestión (compartimiento de almacenamiento y digestión de lodos)



El volumen lodos se determinará considerando la reducción de 50% de sólidos volátiles, con una densidad de 1,05 kg/l y un contenido promedio de sólidos de 12,5% (al peso).

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

PTAR

El compartimiento será dimensionado para almacenar los lodos durante el proceso de digestión de acuerdo a la temperatura. Se usarán los siguientes valores: Temperatura °C 5 10 15 20 25



Tiempo de digestión en días 110 76 55 40 30

Alternativamente se determinará el volumen del compartimiento de lodos considerando un volumen de 70 litros/habitante para la



temperatura de 15°C. Para otras temperaturas este volumen unitario se debe multiplicar por un factor de capacidad relativa de acuerdo a los valores de la siguiente tabla: Temperatura °C 5 10 15 20 25

Factor de capacidad relativa (fcr) 2.0 1.4 1.0 0.7 0.5



La altura máxima de lodos deberá estar 0,50 m por debajo del



fondo del sedimentador. El fondo del compartimiento tendrá la forma de un tronco de pirámide, cuyas paredes tendrán una in-clinación de 15 grados; a 30 grados; con respecto a la horizontal.

7.2.4.3.

Criterios para el diseño de la zona de espumas (superficie libre entre las paredes del digestor y del sedimentador)

 

El espaciamiento libre será de 1,00 m como mínimo. La superficie libre total será por lo menos 30% de la superficie total del tanque.

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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

7.2.4.4.

PTAR

Recomendaciones para remoción de lodos digeridos



El diámetro mínimo de las tuberías de remoción de lodos será de



200 mm. La tubería de remoción de lodos debe estar 15 cm por encima del



fondo del tanque. Para la remoción hidráulica del lodo se requiere por lo menos una carga hidráulica de 1,80 m.

El tanque Imhoff presenta una serie de ventajas y desventajas. Ventajas  No descargan lodo en el líquido efluente.  El lodo se seca y se evacua con más facilidad que el procedente de los tanques sépticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad.  Las aguas servidas que se introducen en los tanques imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separación de las arenas.  El tiempo de retención de estas unidades es menor en comparación con las lagunas.  Tiene un bajo costo de construcción y operación.  Para su construcción se necesita poco terreno en comparación con las lagunas de estabilización.  Son adecuados para ciudades pequeñas y para comunidades donde no se necesite una atención constante.  No requiere instalación de ningún equipo mecánico y permiten caudales un poco más altos (100 m3/día) que las fosas sépticas.  Posibilidad de reaprovechamiento del gas metano, para generar electricidad.  Se pueden usar los lodos para hacer compost.  Contribuye a la digestión del lodo, mejor que un tanque séptico, produciendo un líquido residual de mejores características. Desventajas.  Son estructuras profundas mayor a 6m.

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PTAR

 Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel freático sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando este vacío.  Menos de 500 habitantes, por limitaciones contractivas aunque con la colocación de varios módulos es posible ampliar este rango poblacional.  Generación de grasas y flotantes.  Necesidad del tratamiento de sus afluentes posterior (filtro de arenas, zanjas filtrantes, etc.).  Malos olores. 7.2.4.5.

Diseño del Tanque Imhoff

Para el diseño del tanque Imhoff se considera los criterios de la Norma OS.090 “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales”. 1) Diseño del sedimentador:  Caudal de diseño, m3/hora Q p=

Poblacion x Dotacion x %Contribucion 1000

 Área del sedimentador (As, en m2). As=

Qp Cs Cs: Carga superficial, igual a 1m3/(m2xhora).

 Volumen del sedimentador (Vs, en m3). Vs=Qp∗R R: Periodo de retención hidráulica, entre 1,5 a 2,5 horas (recomendable 2 hrs). 

El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente de los lados respecto a la horizontal tendrá de 50° a 60°.

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

PTAR

En la arista central se debe dejar una abertura para paso de los sólidos removidos hacia el digestor, esta abertura será de 0,15 a 0,20 m.



Uno de los lados deberá prolongarse de 15 a 20cm, de modo que impida el paso de gases y los sólidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador.

 Longitud mínima del vertedero de salida (Lv, en m). Lv=

Qmax Chv Qmax: Caudal máximo diario de diseño, en m3/día. Chv : Carga hidráulica sobre el vertedero, entre 125 a 500 m3/(m*día), (recomendable 250). 2) Diseño del digestor:  Volumen de almacenamiento y digestión (Vd, en m 3). Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de lodos (cámara inferior) se tendrá en cuenta la tabla N° 01: Temperatura °C 5 10 15 20 25 70∗P∗fcr Vd= 1000

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Factor de capacidad relativa (fcr) 2.0 1.4 10 0.7 0.5

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PTAR

fcr : factor de capacidad relativa. P : Población.



El fondo de la cámara de digestión tendrá la forma de un tronco de pirámide invertida (tolva de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos.



Las paredes laterales de esta tolva tendrán una inclinación de 15° a 30° con respecto a la horizontal.



La altura máxima de los lodos deberá estar 0,50 m por debajo del fondo del sedimentador.

 Tiempo requerido para digestión de lodos El tiempo requerido para la digestión de lodos varia con la temperatura, para esto se empleará la siguiente tabla N° 02. Temperatura °C 5 10 15 20 25

Tiempo de digestión en días 110 76 55 40 30

 Frecuencia del retiro de lodos Los lodos digeridos deberán retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia de retiros de lodos se usarán los valores consignados en la tabla anterior. INGENIERÍA SANITARIA

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PTAR

La frecuencia de remoción de lodos deberá calcularse en base a estos tiempo referenciales, la excepción de la primera extracción en la que se deberá esperar el doble de tiempo de digestión. 3) Extracción de lodos 

El diámetro mínimo de la tubería para la remoción de lodos será de 200 mm y deberá estar ubicado 15 cm por encima del fondo del tanque.



Para la remoción se requerirá de una carga hidráulica mínima de 1,80 m.

4) Área de ventilación y cámara de natas Para el diseño de la superficie libre entre las paredes del digestor y el sedimentador (zona de espuma o natas) se tendrán en cuenta los siguientes criterios: 

El espaciamiento libre será de 1,0 m como mínimo.



La superficie libre total será por lo menos 30% de la superficie total del tanque.



El borde libre será como mínimo de 0,30 cm.

5) Lechos de secados de lodos: Es el método más simple y económico de deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos), lo cual resulta lo ideal para pequeñas comunidades.

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PTAR

 Carga de sólidos que ingresa al sedimentador (C, en Kg de SS/día). C=Q∗SS∗0.0864 SS: Sólidos en suspensión en el agua residual cruda, en mg/l. Q: Caudal promedio de aguas residuales.  Volumen diario de lodos digeridos (Vld, en litros/día). Vld=

Msd solidos ρlodo∗( ) 100 Donde: ρlodo: Densidad de los lodos, igual a 1,04 Kg/l. % de sólidos: % de sólidos contenidos en el lodo, varía entre 8 a 12%.

 Volumen de lodos a extraerse del tanque (Vel, en m3). Vel=

Vld∗Td 1000 Td: Tiempo de digestión, en días (ver tabla 2).

 Área del lecho de secado (Als, en m2). Als =

Vel Ha Ha: Profundidad de aplicación, entre 0,20 a 0,40m.

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PTAR

El ancho del secado por lo general es de 3 a 6m, pero para instalaciones grandes puede sobrepasar los 10m. 6) Medio de drenaje El medio de drenaje es generalmente de 0,30 de espesor y debe tener los siguientes componentes: 

El medio de soporte recomendado está constituido por una capa de 15cm. Formada por ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una separación de 2 a 3 cm. llena de arena.



La arena es el medio filtrante y debe tener un tamaño efectivo de 0,3 a 1,3mm., y un coeficiente de uniformidad entre 2 y 5.



Debajo de la arena se deberá colocar un estrato de grava graduada entre 1,6 y 51 mm (1/6” y 2”) de 0,20 m de espesor.

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7.3.

PTAR

TRATAMIENTO SECUNDARIO DE AGUAS RESIDUALES. El tratamiento secundario son los procesos biológicos con una eficiencia de remoción de DBO soluble mayor a 80%, pudiendo ser de biomasa en suspensión o biomasa adherida. La transformación de la materia orgánica y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y en ciertos casos también se pretende la eliminación de Fósforo y Nitrógeno generalmente mediante procesos biológicos. Entre los métodos de tratamiento biológico con biomasa en suspensión se preferirán aquellos que sean de fácil operación y mantenimiento y que reduzcan al mínimo la utilización de equipos mecánicos complicados o que no puedan ser reparados localmente. Entre estos métodos están los sistemas de lagunas de estabilización, zanjas de oxidación, lagunas aeradas, lagunas facultativas, sistema de lodos activados, Filtros percoladores, Sistema de biológicos rotativos de contacto. 7.3.1. LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Las lagunas de estabilización son estanques diseñados para el tratamiento de aguas residuales mediante procesos biológicos naturales de interacción de la biomasa (algas, bacterias, protozoarios, etc.) y la materia orgánica contenida en el agua residual. Este tipo de tratamiento se recomienda especialmente cuando se requiere un alto grado de remoción de organismos patógenos. Para el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales se considerarán únicamente los sistemas de lagunas que tengas unidades anaerobias, aeradas, facultativas y de maduración. 7.3.2. SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN. 7.3.2.1.

Lagunas Anaerobias

El objetivo de las Lagunas Anaerobias es decantación de la materia orgánica en suspensión para su digestión anaeróbica INGENIERÍA SANITARIA

Pág. 40

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PTAR

(ácidos orgánicos a CO2 y CH4 ) este proceso se produce la degradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno.

Las lagunas anaerobias se emplean generalmente como primera unidad de un sistema cuando la disponibilidad de terreno es limitada o para el tratamiento de aguas residuales domésticas con altas concentraciones y desechos industriales, en cuyo caso pueden darse varias unidades anaerobias en serie. Etapas de la estabilización: 

Hidrólisis.-

Conversión

de

compuestos

orgánicos

complejos e insolubles en otros compuestos más sencillos 

y solubles en agua. Formación de ácidos.-

Los

compuestos

orgánicos

sencillos generados en la etapa anterior son utilizados por las bacterias generadoras de ácidos. Como resultado se produce conversión

en

ácidos

orgánicos volátiles (ácidos acético, propiónico y butírico). Esta etapa la pueden llevar a cabo bacterias anaerobias o 

facultativas. Formación de metano.- Después que se han formado estos ácidos orgánicos, una nueva categoría de bacterias a converte finalmente en metano (gas combustible) y dióxido de carbono (gas estable). La liberación de estos gases genera las burbujas que indica el buen funcionamiento de las lagunas anaerobias.

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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Recomendaciones

para

PTAR

dimensionamiento

de

lagunas

anaerobias a temperaturas de 20 ºC  carga orgánica volumétrica de 100 a 300 g DBO / (m 3.d).  período de retención nominal de 1 a 5 días.  profundidad entre 2.5 y 5 m.  50% de eficiencia de remoción de DBO;  carga superficial mayor de 1000 kg DBO/ha.día.  No es recomendable el uso lagunas anaerobias para temperaturas menores de 15ºC y presencia de alto contenido de sulfatos en las aguas residuales (mayor a 250 mg/l).

Ventajas.  Reducir las concentraciones de compuestos tóxicos por descomposición anaeróbicas.  Reducir la carga orgánica si la carga es más alta que la carga normal de aguas residuales domésticos  Minimizar el área total del sistema de lagunas. Desventajas.  Requiere limpieza de lodos cada 2 a 5 años INGENIERÍA SANITARIA

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PTAR

 El riesgo de malos olores de amoniaco y sulfuro de hidrógeno  Difícil y costoso manejo de lodos.  Demanda de personal más calificado

7.3.2.2.

Lagunas Aeradas. Las lagunas aeradas también son similares a las lagunas anaerobias con la diferencia que estas incorporan equipos de aireación. Se aporta aire mediante equipos mecánicos o neumáticos para la transferencia de oxígeno.

Tipos de lagunas aeradas  Lagunas aeradas de mezcla completa.- mantienen la biomasa en suspensión con una alta densidad de energía instalada (>15 W/m). Son consideradas como un proceso incipiente de lodos activados sin separación y recirculación de lodos y la presencia de algas no es aparente. Recomendaciones de diseño:  La profundidad varía entre 3 y 5m y el período 

de retención entre 2 y 7días. Para estas unidades es recomendable el uso de



aeradores de baja velocidad de rotación. Se seleccionará el tipo de aerador conveniente,



prefiriéndose

los

más

aereadores

mecánicos superficiales. Este es el único caso de laguna aerada para el cual

existe

dimensionamiento. Equipos de aeración: INGENIERÍA SANITARIA

Pág. 43

una

metodología

de

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PTAR

Suministran oxígeno disuelto en aire por medio de un soplador y este a su vez distribuirlo por una línea de tubería que alimentará a los difusores, estos transfieren el oxígeno necesario para mantener en un nivel de vida estable a las bacterias presentes en las aguas las cuales se encargaran de degradar la materia orgánica y como

consecuencia

disminuir

los

grados

de

contaminación en ellas. Difusores de Aire.- son dispositivos de aeración en



forma de disco, tubo o placa. Se usan para transferir aire en forma de burbujas finas. El oxígeno contenido en la burbuja se diluye en el agua. Las bacterias y microorganismos necesitan este oxígeno para descomponer los contaminantes orgánicos.

Turbina de aireación.- tiene la función de aportar y



dispersar oxígeno en la masa líquida, además de remover los lodos y no permitir la sedimentación en el fondo del tanque.

Aireación superficial.- se obtiene por dispositivos



rotativos, levemente sumergidos en el agua que de esta forma esparcen o difunden al agua por encima de la superficie.

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Pág. 44

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PTAR

Ventajas:  Eliminación eficiente de: DBO, Sólidos Suspendidos Totales y patógenos.  Eliminación eficiente     

de

Sólidos

Suspendidos

Totales y patógenos. Fácil control de la operación. Bajos requerimientos de mantención. No requiere clarificación previa. Genera Lodos parcialmente estabilizados. Generan un efluente de alta calidad, con baja inversión y bajos costos operativos (un orden de

agnitud menor que convencional).  Soporta efluentes discontinuos. Desventajas:  Generación de lodos secundarios, al igual que los sistemas convencionales.  Pueden generar olores.  Mayor requerimiento de espacio que los sistemas convencionales de lodos activados.  Requiere de aireación artificial, lo que implica un gasto energético.  Lagunas aeradas facultativas.- mantienen la biomasa en suspensión parcial con una densidad de energía instalada menor que las anteriores (1 a 4 W/m3, recomendable 2 W/ m3 ) Este tipo de laguna presenta acumulación de lodos, observándose frecuentemente la aparición de burbujas de gas de gran tamaño en la superficie por efecto de la digestión de lodos en el fondo. INGENIERÍA SANITARIA

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PTAR

Recomendaciones de diseño:  Los períodos de retención varían entre 7 y  

20días (variación promedio entre 10 y 15 días) Las profundidades son por lo menos 1,50m. En climas cálidos y con buena insolación se observa un apreciable crecimiento de algas en la superficie de la laguna.

 Lagunas facultativas con agitación mecánica.- se aplican exclusivamente a unidades sobrecargadas del tipo facultativo en climas cálidos. Tienen una baja densidad de energía instalada (de 0,1 W/m 3), para

vencer

los

efectos

adversos

de

la

estratificación termal, en ausencia del viento. 7.3.2.3.

Lagunas Facultativas Las lagunas facultativas son aquellas que poseen una zona aeróbica (las bacterias obtienen oxigeno de las algas) y una zona anaeróbica (carencia del oxígeno, degradación del lodo), situadas respectivamente en superficie y fondo.

El objetivo de las lagunas facultativas es obtener un efluente de la mayor calidad posible, en el que se haya alcanzado una elevada estabilización de la materia orgánica, y una reducción en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes. Su ubicación como unidad de tratamiento en un sistema de lagunas puede ser: INGENIERÍA SANITARIA

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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PTAR

 Como laguna única.- (caso de climas fríos en los cuales la carga de diseño es tan baja que permite una adecuada remoción de bacterias) o seguida de una laguna secundaria o terciaria (normalmente referida como laguna de maduración).  Como unidad secundaria.- después de lagunas anaerobias o aeradas para procesar sus efluentes a un grado mayor. Criterios de diseño  Las temperaturas y mortalidad de bacterias se deben 

determinar en forma experimental. Cuando no sea posible la experimentación la temperatura de diseño será el promedio del mes más



frío (temperatura del agua), En donde no exista ningún dato se usará la



temperatura promedio del aire del mes más frío. El coeficiente de mortalidad bacteriana (neto) será adoptado entre el intervalo de 0,6 a 1,0 (l/d) para



20°C. Para evitar el crecimiento de plantas acuáticas con raíces en el fondo, la profundidad de las lagunas debe



ser mayor de 1,5m. La carga de diseño para lagunas facultativas se determina con la siguiente expresión: Cd  250 x1.05T 20



Donde: Cd: carga superficial de diseño en kg DBO / (ha.d) T: temperatura del agua promedio del mes más frío en °C. El proyectista deberá proveer una altura adicional para la acumulación de lodos entre períodos de limpieza de 5 a 10 años.

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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

7.3.2.4.

PTAR

Tratamiento con lodos Activados. Es un proceso biológico empleado en el tratamiento de aguas residuales convencional, que consiste en desarrollar un cultivo bacteriano disperso en forma de flóculo en depósito agitado, aireado y alimentado con agua residual, que es capaz de metabolizar como nutrientes los contaminantes biológicos presentes en esa agua. El tratamiento general con lodos activados consiste de dos partes: 

Un tratamiento aerobio de las aguas residuales, en el cual, un cultivo aeróbico de microorganismos en



suspensión oxidan la materia orgánica. Conjunto de procesos de biodegradación (oxidación de

la

materia

orgánica

disuelta)

y

biosíntesis

(producción de nueva biomasa celular) cuya finalidad es la producción de un clarificado (agua sin materia orgánica en suspensión) bajo en DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno), SS (Sólidos Suspendidos) y turbiedad. Es importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos

(aereadores

superficiales,

sopladores, etc). El proceso de lodos activados requiere de aireación prolongada con soplante por aire comprimido y distribución por difusores. El modelo de flujo del proceso es flujo pistón con recirculación y purga. Todas las partículas que entran al birreactor deben permanecer en el interior del mismo durante idéntico periodo de tiempo. La eficiencia de eliminación (DBO) debe ser del 75% al 95%.

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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PTAR

Consideraciones generales diseño del proceso de lodos activados:  Edad del lodo: (tiempo de retención celular), es la relación existente entre la masa de lodos del tanque de aireación y la masa de lodo extraída del sistema por día. 

Se expresa en kg·SSLM/kg de lodo en exceso y día. Tiempo de retención hidráulica: Es la relación existente entre el caudal diario de agua residual que llega a la planta y el volumen del tanque de aireación. Se



expresa en horas (18 a 36hrs) Coeficiente de recirculación: Es la relación existente entre el caudal diario de agua residual que llega a la planta y el caudal de lodos que se recircula desde el clarificador al tanque de aireación. Se expresa en %. (1



– 1.5) Oxígeno necesario: KgO2 / KgDBO = 2 a 2.5Kg



producción de lodo. En caso de no requerirse los ensayos de tratabilidad, podrán utilizarse los siguientes valores referenciales:

Adicionalmente se deberá tener en consideración los siguientes parámetros:

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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PTAR

Por otro lado para el tratamiento de lodos en exceso (desechados) los procesos más comunes aplicados son los siguientes: 

Espesado de Lodos:  Reducción del volumen de fangos activados en proceso de declive.  Homogeneización de los lodos procedentes de los decantadores.  Ahorro de medios técnicos.



Digestión

de

los

Lodos:

por

microorganismos

consumidores; existen dos tipos de digestión, según sea el metabolismo bacteriano:  Digestión aerobia: es la eliminación en presencia del aire de la parte fermentable (biomasa) de los lodos activados.  Digestión anaerobia: es un proceso en ausencia de aire, por el cual, la biomasa se descompone en metano y CO2. 

Deshidratación de Lodos: es la eliminación del mayor porcentaje posible del agua contenida en los lodos. El proceso se puede dar por alguna de las siguientes operaciones unitarias:  Eras de secado  Lagunas de lodos  Filtración al vacío  Centrifugación  Filtro banda  Filtro prensa  Secado directo o indirecto

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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PTAR

a) Sedimentador secundario El diseño se debe efectuar para caudales máximos horarios; para todas las variaciones del proceso de lodos activados (excluyendo

aeración

prolongada)

se

recomienda

los

siguientes parámetros:

La decantación secundaria o clarificación, es un proceso en el que se decantan los flóculos biológicos formados durante el proceso biológico. Es la separación del fango formado del agua efectivamente tratada. Recomendaciones

para

decantadores

secundarios

circulares. 

Con capacidades de hasta 300m 3 pueden ser diseñados sin mecanismo de barrido de lodos, debiendo ser de tipo cónico o piramidal, con inclinación mínima de las paredes de la tolva de 60°. La remoción de lodos debe ser hecha a través de tuberías con un diámetro mínimo



de 200mm. Los decantadores circulares con mecanismo de barrido de lodos deben diseñarse con una tolva central para acumulación de lodos de por lo menos 0,6 m de diámetro y profundidad máxima de 4 m. Las paredes de la tolva deben tener una inclinación de 60°



El fondo de los decantadores circulares debe tener una inclinación 1:12 (vertical: horizontal).

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

PTAR

El diámetro de la zona de entrada en el centro del tanque debe ser aproximadamente 15 a 20% del



diámetro del decantador. Las paredes del pozo de ingreso no deben profundizarse más de 1 m por debajo de la superficie para evitar el



arrastre de los lodos. La velocidad periférica del barredor de lodos debe estar entre 1,5 a 2,5 m/min y no mayor de 3revoluciones por hora.

Recomendaciones

para

decantadores

secundarios

rectangulares.  

La relación largo/ancho debe ser 4/1 como mínimo. La relación ancho/profundidad debe estar comprendida



entre 1 y 2. Para las instalaciones pequeñas (hasta 300 m 3) se podrá diseñar sedimentadores rectangulares sin mecanismos de barrido de lodos, o se diseñarán pirámides invertidas con ángulos mínimos de 60° respecto a la horizontal.

b) Zanjas de oxidación Son adecuadas para pequeñas y grandes comunidades y constituyen una forma especial de aeración prolongada con bajos costos de instalación, no es necesario el uso de decantación primaria y el lodo estabilizado en el proceso puede ser desaguado directamente en lechos de secado. Este tipo de tratamiento es además de simple operación y capaz de absorber variaciones bruscas de carga.

Criterios de diseño para las zanjas de oxidación  

Son los mismos de lodos activados. Para las poblaciones de hasta 10000 habitantes se pueden diseñar zanjas de tipo convencional, con rotores horizontales:

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PTAR



La forma de la zanja convencional es ovalada, con



un simple tabique de nivel soportante en la mitad. Para la distribución de las líneas de flujo, instalar por

lo

menos

dos

tabiques

semicirculares

localizados en los extremos, a 1/3 del ancho del





canal. La entrada puede ser un simple tubo con descarga



libre, localizado preferiblemente antes del rotor. Si se tiene más de dos zanjas se deberá

considerar una caja de repartición de caudales. Para poblaciones mayores de 10000 habitantes se deberá considerar obligatoriamente la zanja de oxidación profunda (reactor de flujo orbital) con aeradores de eje



vertical y de baja velocidad de rotación. La profundidad de la zanja será de 5 m y el ancho de 10m como máximo. La densidad de energía deberá ser



superior a 10 W/m3 Los reactores pueden tener formas variadas, siempre que se localicen los aeradores en los extremos y en forma tangencial a los tabiques de separación. Se dan como guía los siguientes anchos y profundidades de los canales:



La profundidad del canal debe ser entre 0,8 y 1,4 veces



el diámetro del rotor seleccionado. El ancho de los canales debe ser entre 2 y 3 veces el



diámetro del rotor seleccionado. La longitud desarrollada del canal no debe sobrepasar 250m.

7.3.2.5.

Filtros Percoladores

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PTAR

Se deben diseñar para que reduzca al mínimo la utilización de equipo mecánico. Dando opción a los lechos de piedra, tratado en tanques Imhoff, boquillas o mecanismos de brazo

giratorios

autopropulsados,

sedimentadores

secundarios sin mecanismos de barrido con tolvas de lodos y retorno del lodo secundario al tratamiento primario. El tratamiento previo a los filtros percoladores será: cribas, desarenadores y sedimentación primaria.

Parámetros de diseño: Los filtros podrán ser de alta o baja carga, para lo cual se tendrán en consideración los siguientes parámetros de diseño:



En los filtros de baja carga la dosificación debe efectuarse por medio de sifones, con un intervalo de 5



minutos. Para los filtros de alta carga la dosificación es continua



por efecto de la recirculación En caso de usarse sifones, el intervalo de dosificación



será inferior de 15 segundos. Cuando se utilicen piedras pequeñas, el tamaño mínimo será de 25 mm y el máximo de 75 mm. Para piedras



grandes su tamaño entre 10 y 12 cm. Se diseñará un sistema de ventilación de modo que exista una circulación natural del aire.

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

PTAR

El sistema de drenaje los canales de recolección de agua deberán trabajar con un tirante máximo de 50%



con relación a su máxima capacidad de conducción. Para tirantes mínimos deberá asegurar velocidades de



arrastre. Deben ubicarse pozos de ventilación en los extremos del



canal central de ventilación. En caso de filtros de gran superficie deben diseñarse



pozos de ventilación en la periferia de la unidad. La superficie abierta de estos pozos será de 1m 2 por cada 250m2 de superficie de lecho.

7.3.2.6.

Sistemas Biológicos Rotativos de Contacto Son unidades que tienen un medio de contacto colocado en módulos discos o módulos cilíndricos que rotan alrededor de su eje. Los módulos discos o cilíndricos generalmente

están

sumergidos

hasta

40%

de

su

diámetro, de modo que al rotar permiten que la biopelícula se ponga en contacto alternadamente con el efluente primario y con el aire. Las condiciones de aplicación de este Proceso son similares a las de los filtros biológicos en lo que se refiere a eficiencia. El tratamiento previo a los sistemas biológicos de contacto será: cribas, desarenadores y sedimentador primario. Recomendaciones de Diseño  

La carga hidráulica entre 0.03 y 0.16 m3/m2/d. La velocidad periférica de rotación para aguas residuales municipales debe mantenerse alrededor de



0.3 m/s. El volumen mínimo de las unidades deben ser de 4,88



litros por cada m2 de superficie de medio de contacto. Para módulos en serie se utilizará un mínimo de cuatro unidades.

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7.4.

PTAR

OTROS TIPOS DE TRATAMIENTO 7.4.1. APLICACIÓN SOBRE EL TERRENO Y REUSO AGRÍCOLA Es un tipo de tratamiento que puede o no producir un efluente final. Se debe considerar la evaluación de suelos: problemas de salinidad, infiltración, drenaje, aguas subterráneas, etc.; Los tres principales procesos de aplicación en el terreno son: riego a tasa lenta, infiltración rápida y flujo superficial.

7.4.2. FILTROS INTERMITENTES DE ARENA. Son unidades utilizadas para la remoción de sólidos, DBO y algunos tipos de microorganismos. Se trata de dispositivos con un lecho de arena que es atravesado verticalmente por las aguas a tratar produciéndose procesos de filtración, adsorción y oxidación biológica de los sólidos en suspensión

y

contaminantes

solubles

por

la población

bacteriana que se desarrolla sobre el sustrato.

Recomendaciones de diseño: 

Como mínimo un pretratamiento primario y recomendable



secundario. Carga hidráulica de 0,08 a 0,2m 3/m2/d para efluente



primario y de 0,2 a 0,4m3/m2/d para efluente secundario. El Lecho filtrante de material granular lavado con menos 1% por peso de materia orgánica.

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

PTAR

La arena tendrá un tamaño efectivo de 0,35 a 1,0mm y un coeficiente de uniformidad menor que 4 (preferiblemente

 

3,5). La profundidad del lecho podrá variar entre 0,60 y 0,90m. El número mínimo de unidades es dos.

7.4.3. TRATAMIENTOS ANAEROBIOS DE FLUJO ASCENDENTE El tratamiento anaerobio de flujo ascendente es una modificación del proceso de contacto anaerobio desarrollado hace varias décadas y consiste en un reactor en el cual el efluente es introducido a través de un sistema de distribución localizado en el fondo y que fluye hacia arriba atravesando un medio de contacto anaerobio. En la parte superior existe una zona de separación de fase líquida y gaseosa y el efluente clarificado sale por la parte superior. Los tiempos de permanencia de estos procesos son relativamente cortos. Existen básicamente diversos tipos de reactores, los más usuales son:  El de lecho fluidizado, en el cual el medio de contacto es un material granular (normalmente arena). El efluente se aplica en el fondo a una tasa controlada (generalmente se requiere de recirculación) para producir la fluidización del medio de contacto y la biomasa se desarrolla alrededor de los granos del 

medio. El reactor de flujo ascendente con manto de lodos, (conocido como RAFA o UASB) en el cual el desecho fluye en forma ascendente a través de una zona de manto de lodos.

Ventajas:  Eliminación del proceso de sedimentación.  Corto período de retención.  producción de biogás.  Aplicabilidad a desechos de alta concentración. Desventajas:  Control operacional especializado y de alto costo.  Limitada remoción de bacterias y aparentemente nula remoción de parásitos. INGENIERÍA SANITARIA

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PTAR

 Sensibilidad de los sistemas anaerobios a cambios bruscos de carga y temperatura.  Difícil aplicación del

proceso

a

desechos

de

baja

concentración.  Problemas operativos que implican la necesidad de operación calificada para el control del proceso.  Deterioro de la estructura por efecto de la corrosión. 7.4.4. DESINFECCIÓN Se considerará la desinfección de efluentes secundarios o terciarios, en forma intermitente o continua solo en el caso que el cuerpo receptor demande una alta calidad bacteriológica. Para el diseño de instalaciones de cloración se deberá sustentar:  Dosis de cloro.  Tiempo de contacto y el diseño de la correspondiente cámara; los detalles de las instalaciones de dosificación, inyección, 

almacenamiento y dispositivos de seguridad. La utilización de otras técnicas de desinfección (radiación ultravioleta, ozono y otros) deberán sustentarse en el estudio de factibilidad.

7.5.

TRATAMIENTO TERCIARIO DE AGUAS RESIDUALES Cuando el grado del tratamiento fijado de acuerdo con las condiciones del cuerpo receptor o de aprovechamiento sea mayor que el que se pueda obtener mediante el tratamiento secundario, se deberán utilizar métodos de tratamiento terciario o avanzado. Entre estos métodos se incluyen los siguientes:          

Ósmosis Inversa Electrodiálisis Destilación Coagulación Adsorción Remoción por espuma Filtración Extracción por solvente Intercambio iónico Oxidación química

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

Precipitación Y Nitrificación - Denitrificación

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PTAR

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

IX.

PTAR

CONCLUSIONES:  Los efectos que se producen por causa del vertido de las aguas residuales generan la contaminación de aguas subterráneas por infiltración en el subsuelo, provocando focos infecciosos para la población en general.  Las entidades responsables de hacer cumplir los estándares de calidad ambiental son: Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, Ministerio del Ambiente, ANA, OEFA, MINSA, SUNASS, EPS, Gobiernos Locales y otros.  Las diferentes etapas del proceso de tratamiento de aguas residuales

constan

Desarrenadores), sedimentación,

Tratamiento

Tratamiento flotación,

Preliminar(Cribas

Primario

Imhoff,

(Tanques

sépticos),

y de

Tratamiento

Secundario(Lagunas de Estabilización: Lagunas anareadas, aeradas, facultativas, tratamiento con lodos activados, Filtros percoladores y entre otros) y Tratamiento Terciario (Electrodiálisis, Destilación, Coagulación, Filtración, etc)  Los elementos que conforman las plantas de tratamiento son estructuras hidráulicas que en conjunto permiten tratar las aguas residuales a través de los diferentes procesos, logrando recuperar el agua con estándares de calidad para su posterior disposición final o consumo.  Para el diseño de los elementos que conforman

los PTAR la

norma OS. 090 “Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales” muestra las recomendaciones respectivas.

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X.

PTAR

BIBLIOGRAFÍA  INGENIERÍA

SANITARIA

–

TRATAMIENTO,

EVACUACION

REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUAÑES Edición 2

Y

Metcalf &

Eddy Ed. Mc Graw Hill  RNE - NORMA 0S.090 “PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES”  BOLETIN ORGANISMO DE EVALUACIÓN Y FISCALIZACIÓN AMBIENTAL (OEFA)

XI.

LINKOGRAFIA  

http://www.gunt.de/download/flotation_sedimentation_spanish.pdf http://www.tecdepur.com/blog/tecnologias-blandas-13-tanque-imhoff

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