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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