Diseño y cálculo de tratamientos blandos
1. Datos base de partida
2. Diseño del canal de entrada
3. Diseño de rejas de desbaste
4. Diseño de aliviaderos
5. Diseño de tamizado
6. Diseño de cámaras de grasa
7. Diseño de desarenadores - desengrasadores
8. Diseño de fosas sépticas
9. Diseño de pozos filtrantes
10. Diseño de zanjas filtrantes
11. Diseño de tanques de decantación - digestión
12. Diseño de lechos bacterianos
(de baja y media carga)
13. Diseño de filtros percoladores 14.
Diseño de biodiscos o biocilindros
15. Diseño de fangos activos
(de baja o media carga en canal continuo) 16. Diseño de oxidación prolongada
17. Diseño de lagunajes naturales
18. Diseño de aplicación al suelo. Filtros verdes
19. Diseño de lechos de turba
20. Diseño de filtros de arena
21. Diseño de sedimentación-digestión con nitrificación
22. Campo poblacional adecuado
23. Recomendaciones de aplicación
Tomado de Hernández Muñoz et al (1996): Manual
de Depuración URALITA. Sistemas para depuración de aguas residuales en núcleos
de hasta 20.00 habitantes. URALITA Productos y Servicios, S.A.
1. Datos base de partida
1.1. Parámetros de entrada
| Caudal de diseño |
(m3/d) |
| Coeficiente punta |
|
| DBO5 |
(mg/l) |
| Carga orgánica diaria en DBO |
(kg DBO5/d) |
| Coeficiente punta en DBO |
|
| Sólidos en suspensión totales (SSV) |
(mg/l) |
| Carga diaria de sólidos |
(kg SST/d) |
| Sólidos en suspensión volátiles (SSV) |
(mg/l) |
| Carga diaria de sólidos volátiles |
(kg SSV/d) |
| Temperatura ambiente |
(ºC) |
| Sistema de alcantarillado |
(unitario o separativo) |
2.2. Parámetros de salida
| Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) |
(mg/l) |
| Sólidos en suspensión totales (SST) |
(mg/l) |
2. Diseño
del canal de entrada
2.1. Características
| Sección |
Rectangular |
| Ancho del canal (m) |
0.3 - 0.7 |
| Pendiente del canal |
> 0.5 % |
| Capacidad del canal |
Qmáx de entrada a
pretratamiento |
| Altura máxima útil
(m) |
0.7 |
| Altura de resguardo (m) |
> 0.4 |
| Velocidad a Qmed (m/s) |
> 0.6 |
| Velocidad a Qmáx (m/s) |
<3 |
| Modelo de cálculo de velocidad |
V = 73 RH2/3
i-1/2
RH: radio hidráulico
i: pendiente |
3. Diseño
de rejas de desbaste
3. 1. Datos a
fijar:
| Anchura de barras |
a (mm) |
| Ancho del canal en zona de rejillas |
b (mm) |
| Ancho del canal de entrada |
c (mm) |
| Separación útil entre barras |
s (mm) |
| Número de barras |
n (ud) |
3.2. Modelo de diseño para anchura en la zona de rejillas
b = ((c /
s) - 1) (s + a) + s
3.3. Número de barras
n = (b -
s) / (a + s)
3.4. Velocidades recomendadas de paso a caudal medio
Vr (Qm)
> 0.6 m/s
Vr (Qm)
< 1.0 m/s (con limpieza a favor de corriente)
Vr (Qm)
> 1.2 m/s (con limpieza en contracorriente)
3.5. Volumen de materias retenidas en rejillas
| Separación libre entre barras (mm) |
Volumen retenido (l / hab. año) |
| 3 |
15 - 25 |
| 20 |
5 - 10 |
| 40 - 50 |
2 - 3 |
3.6. Características de las materias retenidas en rejillas
| Características |
% |
| Contenido de humedad |
> 30 |
| Contenido de materia orgánica |
75 - 80 |
| Contenido de materia inerte |
20 - 25 |
4. Diseño
de aliviaderos
Para un caudal medio de diseño Qmed (m3/h), los
aliviaderos garantizan los siguientes caudales máximos Qmáx.
| En pretratamiento: |
Qmáx (m3/h) = 4 Qmed |
| En depuración física o primaria |
Qmáx (m3/h) = 2.4 Qmed |
| En depuración biológica |
Qmáx (m3/h) = 1.8 Qmed |
| En sistemas de lagunaje (aliviadero único) |
Qmáx = 4 Qmed |
| En sistemas convencionales (aliviadero único) |
Qmáx = 2 Qmed |
5. Diseño
de tamizado
5.1. Dimensiones de tamices estáticos
| Capacidad (m3/h) |
Ancho barrotes (A), canal en zona
de rejilla (B) y de entrada (C) |
Diámetro Conductos (mm) |
| Separación libre entre barras (mm) |
| 0.50 |
0.75 |
1.00 |
1.50 |
A |
B |
C |
Entrada |
Salida |
| 5-20 |
6-23 |
7-26 |
10-33 |
250 |
1044 |
300 |
100 |
100 |
| 10-40 |
12-47 |
13-55 |
20-65 |
302 |
992 |
600 |
100 |
200 |
| 15-80 |
20-90 |
26-105 |
35-135 |
302 |
1019 |
1200 |
150 |
200 |
| 30-120 |
35-140 |
40-160 |
50-200 |
329 |
1018 |
1800 |
200 |
300 |
5.2. Dimensiones de tamices rotativos
| Tipo |
Diámetro cilindro |
Longitud cilindro |
Motor kW |
Ancho barrotes (A), canal en zona de rejilla
(B) y de entrada (C) |
Altura canal |
| 6203 |
628 |
300 |
0.5 |
920 |
1170 |
1280 |
760 |
| 6206 |
628 |
600 |
0.5 |
1220 |
1170 |
1280 |
760 |
| 6209 |
628 |
900 |
0.5 |
1520 |
1170 |
1280 |
760 |
| 6212 |
628 |
1200 |
0.5 |
1820 |
1170 |
1280 |
760 |
| 6218 |
628 |
1800 |
0.5 |
2420 |
1170 |
1280 |
760 |
| 9030 |
914 |
3000 |
1.5 |
3820 |
1680 |
- |
1300 |
5.3. Capacidad tamices rotativos (en m3/h) según separación
entre barras (en mm)
| Tipo |
0.25 |
0.50 |
0.75 |
1.00 |
1.25 |
1.50 |
2.00 |
2.50 |
| 6203 |
29 |
50 |
68 |
83 |
94 |
108 |
116 |
116 |
| 6206 |
58 |
103 |
137 |
171 |
193 |
216 |
232 |
232 |
| 6209 |
87 |
151 |
210 |
256 |
291 |
330 |
355 |
355 |
| 6212 |
115 |
205 |
274 |
342 |
385 |
432 |
465 |
465 |
| 6218 |
180 |
302 |
421 |
511 |
583 |
659 |
709 |
709 |
| 9030 |
330 |
580 |
800 |
1000 |
1180 |
1350 |
1600 |
1800 |
6. Diseño
de cámaras de grasa
6.1. Características
Sus caudales se expresan en función de tiempos de retención para
lograr el desemulsionamiento:
| Caudal (l/s) |
Periodo de retención (min) |
| < 2 |
3 |
| > 10 |
5 |
6.2. Dimensiones de una cámara de grasa para dos viviendas unifamiliares (ejemplo)
| Superficie útil (m2) |
Altura mínima (m) |
Placa deflectora sumergida (m) |
Volumen mínimo (m3) |
| 0.60 |
0.50 |
0.15-0.30 |
240 |
7. Diseño
de desarenadores - desengrasadores
7.1. Diseño de un desarenador
Datos base:
-caudal de entrada al desarenador
-diámetro de la arena que se quiere eliminar
-temperatura del agua
Determinación de las velocidades
-máxima vh para evitar arrastres
-vs de caída en aguas de reposo
-velocidades ascensionales aceptables (m/h) en desarenadores, según
Kalbskoff-Imhoff
| Diámetro (d) en mm |
Rendimiento sedimentación |
| 100 % |
90 % |
85 % |
| 0.16 |
12 |
16 |
20 |
| 0.20 |
17 |
28 |
36 |
| 0.25 |
27 |
45 |
58 |
7.2. Sección transversal
Líneas de corriente por condiciones de pared definidas así:
1 <
a / h < 5
a: sección h: altura útil
7.3. Tiempo de retención
Datos de sedimentación de partículas válidos en sedimentación
libre para partículas de arena de densidad 2.65
| d (cm) |
0.005 |
0.010 |
0.020 |
0.030 |
0.040 |
0.050 |
0.10 |
0.20 |
0.30 |
0.50 |
1.00 |
| Vc (cm/s) |
0.2 |
0.7 |
2.3 |
4.0 |
5.6 |
7.2 |
15 |
27 |
35 |
47 |
74 |
| Vc (cm/s) |
0 |
0.5 |
1.7 |
3.0 |
4.0 |
5.0 |
11 |
21 |
26 |
33 |
- |
| Vh (cm/s) |
15 |
20 |
27 |
32 |
38 |
42 |
60 |
83 |
100 |
130 |
190 |
d: diámetro de la partícula de arena
Vc: velocidad de sedimentación para un fluido de velocidad
horizontal nula
Vc: velocidad de sedimentación para un fluido de velocidad
horizontal Vh
Vh:
velocidad horizontal crítica de arrastre de la partícula depositada
7.4. Decantabilidad de las arenas (% decantado)
| Velocidad del agua m/s |
Gruesos de granos (mm) |
| > 2 |
1-2 |
0.5-1 |
0.25-0.5 |
0.2-0.25 |
0.15-0.2 |
< 0.15 |
| 0.01 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
3.3 |
17.3 |
| 0.02 |
0 |
0 |
0 |
0 |
8.5 |
21.7 |
92.7 |
| 0.03 |
0 |
0 |
0 |
24.9 |
59.0 |
98.0 |
100.0 |
| 0.04 |
0 |
0 |
0 |
34.4 |
64.0 |
100.0 |
100.0 |
| 0.05 |
0 |
0 |
0 |
37.6 |
68.0 |
100.0 |
100.0 |
| 0.06 |
0 |
0 |
0 |
45.0 |
72.0 |
100.0 |
100.0 |
| 0.07 |
0 |
0 |
Indicios |
100.0 |
100.0 |
100.0 |
100.0 |
| 0.08 |
0 |
0 |
5 |
100.0 |
100.0 |
100.0 |
100.0 |
7.5. Velocidad máxima de caída de la materia orgánica: 3-4 cm/seg
7.6. Fases para eliminación de grasas (desengrasador)
Emulsión de grasas en el arenero mediante aireación. Velocidad
ascensional de burbujas de grasas: 3 - 4 mm/s
Separación de grasas residuales en balsas de decantación mediante
raquetas superficiales
Depósito único para desarenador - desengrasador
No hay variaciones de velocidades de sedimentación de las arenas y de
flotación de las partículas de grasa
La arena depositada en el fondo del desarenador es más limpia por
acción del aire comprimido añadido en la desemulsión para impedir la
sedimentación de partículas de fango
Aumenta el rendimiento de la flotación de grasas porque éstas
disponen de más tiempo para ascender a superficie porque las partículas
de arena descendentes interfieren en su camino
La inyección de aire en desarenadores - desengrasadores (C) para
evitar la sedimentación de materia orgánica se expresa en función de
la superficie transversal del desarenador (S)
| S (m2) |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
| C (m3/h/m) |
4.5-10.5 |
6-11.5 |
705-13 |
9-14 |
10-15 |
12-17 |
13-18 |
15-19 |
16-20 |
18-21 |
19-22 |
21-23 |
22-25 |
C: m3
por hora de aire por metro de longitud del desarenador
Imhoff sugiere que el volumen de aire inyectado sea 1/4 del volumen de agua a
depurar, para misión de desarenado, impidiendo la sedimentación de materia orgánica
8. Diseño
de fosas sépticas
8.1. Limitación recomendada de uso:
< 300 habitantes
8.2. Problemas en el sistema:
Extracción de sólidos y eliminación
Olores
Colmatado
8.3. Para vertidos de aguas residuales
Menores de 6000 litros por día: la capacidad de la cámara séptica
deberá ser como mínimo igual a la aportación de aguas negras durante
un día y medio
Entre 6000 y 40000 litros por día: la capacidad útil mínima del
tanque (V) deberá ser de 4500 litros más el 75 % del efluente diario
de aguas residuales (Q)
V =
4500 + 0.75 Q
Mayores a 45000 litros por día: utilizar tanques de decantación -
digestión
8.4. El volumen de la cámara se establece en función del caudal de aguas
negras que entra
| Volumen tanque V (m3) |
Caudal aguas negras Q (m3/d) |
| 5 |
3 |
| 10 |
6 |
| 15 |
13 |
| 20 |
20 |
| 25 |
27 |
| 30 |
34 |
| 35 |
40 |
| 40 |
47 |
| 45 |
55 |
8.5. En los casos provistos de dosificación del agua a la salida de la cámara
por sifón, las condiciones serán
Compartimento de dosificación necesario si la superficie del filtro
en zona de nitrificación es mayor de 160 m2, o la longitud
de la red de distribución es superior a 90 m
Dividir la distribución en dos sifones si la longitud de la red de
distribución es mayor de 240 m
Dimensiones de sifones según caudales dosificados
| Tamaño diámetro sifón (cm) |
7.5 |
10.0 |
12.5 |
15.0 |
| Máximo caudal (l/s) |
6.05 |
14.32 |
26.62 |
38.10 |
| Caudal medio (l/s) |
4.54 |
10.41 |
20.62 |
29.90 |
| Mínimo caudal (l/s) |
3.02 |
6.43 |
14.76 |
21.45 |
8.6. Las condiciones complementarias de las fosas sépticas son
Longitud del tanque: entre dos y tres veces la altura
Profundidad útil: 1.2 - 1.7 m
Resguardo mínimo sobre niveles del agua: > 0.30 m
Con dos compartimentos: 66 % de volumen útil para el primero
Con tres compartimentos: 50 % de volumen útil para el primero y 25 %
para las otras dos.
Para más información
Metodología
de análisis de decisiones para seleccionar alternativas de tratamiento
y uso de aguas residuales. CEPIS
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