Curso de Diseño y Explotación de Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales 1 Bloque 2: DIMENSIONAMIENTO (20h) 2.1 BASES DE PARTIDA El objeto del bloque es exponer las ideas necesarias para llegar a un dimensionamiento suficientemente aproximado de una Estación Depuradora de Aguas Residuales. 2.1.1 Población de diseño y parámetros unitarios Población (P) Es el número de habitantes equivalentes Dotación (d) Son los litros/habitante/día. Debe considerarse la dotación de agua de abastecimiento lo que supone dimensionar la instalación con un margen de seguridad del 25-40 % sobre la situación del año de proyecto real. Tabla 2.1 Dimensionamiento de la dotación por número de habitantes Habitantes Equivalentes Dotación de abastecimiento [l/hab./día] < 20.000 150 – 200 20.000 – 50.000 200 – 250 ≥ 50.000 250 – 300 Deberá conocerse si la población es estable o variable. En este último caso se consideran la duración de la temporada alta y los datos de las poblaciones estables y estacionales. Carga DBO Viene dada mediante análisis según los parámetros de agua residual. Como parámetros de diseño basados en la experiencia tenemos: Tabla 2.2 Clasificación DBO según tipología urbana Tipología urbana Carga [gr/hab./día] Zonas residenciales con red separativa 50 Núcleos de población con red separativa 60 Núcleos de población con red unitaria 75
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Curso de Diseño y Explotación de Estaciones Depuradoras de ... · E =Distancia entre barrotes e = Espesor de barrotes C = coeficiente de atascamiento R 0,70 Rejas de gruesos
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Curso de Diseño y Explotación de Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales
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Bloque 2: DIMENSIONAMIENTO (20h)
2.1 BASES DE PARTIDA
El objeto del bloque es exponer las ideas necesarias para llegar a un dimensionamiento
suficientemente aproximado de una Estación Depuradora de Aguas Residuales.
2.1.1 Población de diseño y parámetros unitarios
Población (P)
Es el número de habitantes equivalentes
Dotación (d)
Son los litros/habitante/día. Debe considerarse la dotación de agua de abastecimiento
lo que supone dimensionar la instalación con un margen de seguridad del 25-40 %
sobre la situación del año de proyecto real.
Tabla 2.1 Dimensionamiento de la dotación por número de habitantes
Habitantes Equivalentes Dotación de abastecimiento [l/hab./día]
< 20.000 150 – 200
20.000 – 50.000 200 – 250
≥ 50.000 250 – 300
Deberá conocerse si la población es estable o variable. En este último caso se
consideran la duración de la temporada alta y los datos de las poblaciones estables y
estacionales.
Carga DBO
Viene dada mediante análisis según los parámetros de agua residual. Como
parámetros de diseño basados en la experiencia tenemos:
Tabla 2.2 Clasificación DBO según tipología urbana
Tipología urbana Carga [gr/hab./día]
Zonas residenciales con red separativa 50
Núcleos de población con red separativa 60
Núcleos de población con red unitaria 75
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Carga de sólidos en suspensión (SS)
Viene dada mediante análisis según parámetros de agua residual. Como parámetros de
diseño basados en la experiencia:
Tabla 2.3 Clasificación SS según tipología urbana
Tipología urbana Carga [gr/hab./día]
Zonas residenciales con red separativa 50
Núcleos de población con red separativa 75
Núcleos de población con red unitaria 90
Nota: Estas aproximaciones son para aguas residuales urbanas. En caso de que existan
industrias susceptibles de verter en la red urbana es necesario realizar un estudio de
contaminación.
2.1.2 Caudales de dimensionamiento
Caudal medio [��/��
Se calcula a partir de la dotación:
�� � ∙�� ∙��� (2.1)
Caudal máximo [��/��
Una fórmula de síntesis de origen empírico que podremos usar si no se dispone de
datos fiables con mediciones reales del ciclo de cargas y caudales de los colectores de
entrada a la EDAR:
���� � ���1,15 � �,�������
(2.2)
Normalmente no ha de tenerse en cuenta todo el caudal aportado por la lluvia ya que
provoca problemas en el funcionamiento de la planta.
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2.1.3 Características de la contaminación
Se expresan en mg/l y deben considerarse como mínimo la !"#$, SS, Oxígeno
disuelto, pH y Alcalinidad.
En casos concretos habrá que medir el contenido de nutrientes por si se quieren
eliminar para evitar la eutrofización u otros parámetros que pudieran distorsionar el
proceso biológico.
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2.2 OBJETIVOS DE TRATAMIENTO
2.2.1 Características del agua depurada
A continuación se presentan las directivas recogidas en el Real Decreto como requisitos para los vertidos procedentes de instalaciones de tratamiento de aguas
residuales urbanas. Se aplicará el valor de concentración o el porcentaje de reducción.
Tabla 2.4. Parámetros de vertido
Parámetros Concentración
Porcentaje
mínimo de
reducción (1)
Método de medida de
referencia
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO 5 a 20 ºC) sin nitrificación (2).
25 mg/l 02
70-90 40 de conformidad con el apartado 3 del artículo 5 R.D.L. (3).
Muestra homogeneizada, sin filtrar ni decantar. Determinación antes y después de cinco días de incubación a 20 ºC ± 1 ºC, en completa oscuridad. Aplicación de un inhibidor de la nitrificación.
Demanda química de oxígeno (DQO).
125 mg/l 02 75 Muestra homogeneizada, sin filtrar ni decantar. Dicromato potásico.
Total de sólidos en suspensión.
35 mg/l (4) 35 de conformidad con el apartado 3 del art. 5 R.D.L. (más de 10.000 h-e) (3). 60 de conformidad con el apartado 3 del art. 5 R.D.L. (de 2.000 a 10.000 h-e (3).
90 (4) 90 de conformidad con el apartado 3 del art. 5 R.D.L. (más de 10.000 h-e) (3). 70 de conformidad con el apartado 3 del art. 5 R.D.L. (de 2.000 a 10.000 h-e) (3).
Filtración de una muestra representativa a través de una membrana de filtración de 0,45 micras. Secado a 105 ºC y pesaje. Centrifugación de una muestra representativa (durante cinco minutos como mínimo, con una aceleración media de 2.800 a 3.200 g), secado a 105 ºC y pesaje.
2.2.2 Características del fango
La correcta y adecuada disposición del fango debe constituir una preocupación básica.
- Sequedad (% sólidos secos)
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Está en relación con el tipo de fango y su destino final. Viene impuesta por la facilidad
de manejo y existen condicionantes económicos y técnicos que la limitan:
Secado de eras > 30%
Secado de centrífugas 20 – 28 %
Secado de filtros banda 20 – 30 %
Secado por filtros prensa 38 – 50 %
- Estabilidad (% reducido en peso de sólido volátiles)
Debe exigirse como mínimo el 40 %.
2.3 CRITERIOS DE SELECCIÓN
2.3.1 Líneas de agua residual
Su número depende del tamaño de la EDAR y de las oscilaciones de caudal. Como
criterio de diseño tenemos:
Tabla2.5 Criterio de dimensionamiento de líneas
Tipo de población
Nº de habitantes
< 10.000 [10.000-20.000]
[20.000-50.000]
[50.000-200.000]
Estable 1 línea 1 línea 2 líneas iguales
%2 líneas iguales
Estacional 1 línea 2 líneas iguales
2 líneas iguales
%3 líneas iguales
Deberá estudiarse cada caso en particular para estaciones superiores a los 200.000
habitantes equivalentes.
Tabla 2.6 Principales operaciones unitarias
OBRA DE LLEGADA CON ALIVIADERO DE SEGURIDAD Y BY-PASS GENERAL
PRETRATAMIENTO - Desbaste (b) - Desarenado (b) - Desengrasado (o) - Tamizado (o) - Pre aireación (o) - Homogeneización y regulación de caudales (o)
Independientemente de las combinaciones de cada caso en particular, la línea con
frecuente conveniente para aguas residuales urbanas normales es:
LINEA RESULTADOS UTILIZACIÓN
-Obra de llegada -Pretratamiento -Medición de caudal -Elevación de aguas residuales -Decantación primaria -Tratamiento biológico por fangos activos -Decantación secundaria
90-92 % de eliminación de DQO y SS Eliminación casi total de las bacterias
Aguas residuales urbanas que no requieran por ley un tratamiento más riguroso.
a) Pretratamiento
El desarenado se hará conjuntamente con el desengrasado, salvo en aguas
residuales muy cargadas o contaminadas con hidrocarburos.
Puede adoptarse el tamizado, sustituyendo al desbaste fino.
La homogeneización de caudales, en ocasiones combinado con preaireación,
está aconsejado cuando hay grandes variaciones de caudal a lo largo del día,
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puntas de caudal muy altas o vertidos industriales puntuales cuya dilución
favorezca el tratamiento.
b) Decantación primaria
Puede suprimirse en los siguientes casos:
- Cuando se utilice como tratamiento biológico la aireación prolongada.
- Cuando se emplee el proceso de fangos activados convencional a media carga.
c) Tratamiento biológico
En aguas urbanas el más desarrollado se basa en los fangos activos,
recomendado para poblaciones superiores a 30.000 habitantes equivalentes.
El tratamiento ha de ir acompañado de una recirculación de fangos tanto
interna como desde los decantadores secundarios. De esta forma se garantiza
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(��?@A*BCD: 1 mg/l
Los valores máximos se estiman en 1,5 veces los valores medios: &'()= 450 mg/l
S.S= 540 mg/l
Objetivo de depuración &'():25 mg/l
S.S: 30 mg/l
pH: 5,5-9,5
E.Coli: 1.000/100 ml
Sequedad del fango: 25 %
Estabilidad del fango: 40 %
2.4.3 Tratamiento propuesto
Tratamiento con agua residual
Nº de líneas: 2 líneas
Se componen de las siguientes operaciones unitarias:
- Obra de llegada con aliviadero de seguridad y by-pass general (1).
- Pretratamiento: desbaste de gruesos (2), desbaste de finos (2), desarenador-
desengrasador (2).
- Medida de caudal (1).
- Tratamiento secundario mediante fangos activos convencional.
- Reactor biológico (2).
- Recirculación de fangos (2).
- Decantación secundaria (2).
- Desinfección mediante cloración (1).
Tratamiento de los fangos
- Nº de líneas iguales
Se componen de las siguientes operaciones unitarias:
- Envío de fangos a tratamiento (1).
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- Espesamiento por gravedad mediante espesadores dinámicos (2).
- Estabilización mediante digestión anaerobia en dos (2) etapas.
- Acondicionamiento del fango.
- Deshidratación mediante secado mecánico con centrífugas.
ESQUEMA DE TRATAMIENTO
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2.4.4 Dimensionamiento
a) Pretratamiento
Protege el resto de la instalación evitando interferencia en el proceso. Se
instalarán 2 rejas de gruesos automáticas, seguidas de dos de finos también
automáticas. En by pass: 1 RG y 1 RF manuales.
En el paso del agua a través de las rejas se cumple:
E �3F ∙ GH*G ∙ �I (2.6)
Q = Caudal de paso (��/J
S = Sección del campo de reja ��� KLMLNLOPLQ�
V = Velocidad efectiva de paso para Q (m/s)
E =Distancia entre barrotes
e = Espesor de barrotes
C = coeficiente de atascamiento R 0,70
Rejas de gruesos
La separación entre barras se toma de 60 mm y su espesor de 12 mm. Dado
que:
S��;TS��45 U 1,4 y que
3���3�*� � 1,603 se puede comprobar que la velocidad de
paso a Qmax con colmatación del 30 % es U 1,4.
Para calcular la superficie de las rejas a caudal máximo:
���� � 1.6070,06��W = 0,464 ��@ , dividendo entre dos rejas (2), esto es
0,232 ��@
XY � 0,2321,4 ∙ 60 � 1260 ∙ 10,7 � 0,284��
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Se instalarán 2 rejas de gruesos de 60 mm de separación entre barras, 12 mm
de espesor de las mismas y sección mojada perpendicular a la corriente % 0,284��.Serán de limpieza mecánica, por temporizadores y diferencia de
nivel. Una (1) reja manual en by pass.
Rejas de finos
La separación entre barras se elige de 10 mm, con un espesor de 6 mm.
XY � 0,2321,4 ∙ 10 � 1210 ∙ 10,7 � 0,379��
Se instalarán 2 rejas de finos de 10 mm de separación entre barras, mide
espesor de las mismas y sección mojada perpendicular a la corriente% 0,0379 ��. Serán de limpieza mecánica, por temporizadores y diferencia de nivel. Se
instalará una reja de finos de limpieza manual (RFM) en by-pass.
La evacuación de los residuos se hará mediante cintas transportadoras a los
contenedores. Además, es aconsejable intercalar una prensa para la reducción
del volumen de dichos residuos.
b) Desarenado- desengrasado
Este proceso se lleva a cabo para eliminar los aceites y grasas, así como las
partículas de tamaño superior a 200 \�, con objeto de evitar abrasiones,
desgastes en las bombas y sobrecargas e inferencias en las operaciones
unitarias posteriores.
La cantidad de arena es muy variable, dependiendo de las zonas. A título
orientativo, puede oscilar, según la bibliografía, entre 5 y 15 l/hab./año.
- Se consideran 2 unidades rectangulares, capaces cada una para el 50 % del
caudal.
- Se adoptan los siguientes valores de cálculo.
- Carga hidráulica:
��*� � 15�� ��⁄ /�
���� � 24�� ��⁄ /�
- Tiempo de permanencia, en minutos:
��*� � 16�
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���� � 10�
- Aireación:
��*� � 5�� �⁄ /��
���� � 8�� �⁄ /��
Con estos valores procedemos al dimensionamiento, superficie unitaria:
X � 1670,062 ∙ 24 � 34,8��~36��
Anchura = 2 m, longitud = 18 m
Volumen unitario:
E � 1670,062 ∙ 1060 � 139,2��~140��
Sección transversal unitaria: 7,78 ��
Inyección de aire: 8�� �⁄ /��
Resulta: 36 �� ∙ 2 ∙ 8�� �⁄ /�� = 576 ��/�
Los equipos a instalar en esta zona son:
Aire
Se instalarán 3 compresores (1 R) capaces de suministrar 288 �� de aire
mediante difusores instalados a una profundidad ~ 3,30 m (aprox. 4 m.c.a).
Extracción de arenas
En cada puente móvil existirá una bomba de succión de mezcla arena-agua. La
capacidad de extracción será % 50 Q/�� de agua residual por tratarse de red
unitaria. Luego, la capacidad de extracción será:
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~1670,06�� �⁄ ∙ 50 ∙ 10_� � 83,5~90�� �⁄
Se instalarán 2 bombas especiales para arenas, una por aparato, capaces cada
una de elevar, como mínimo, un caudal de 45 �� �⁄ de mezcla agua y arena a
una altura manométrica de ~ 2,5 m.c.a.
Las arenas se enviarán a un lavador de arenas y posteriormente a contenedores
para su retirada a vertedero.
Los flotantes y las grasas se retiran también en contenedor.
c) Medida de caudal
Se instalarán un medidor tipo PARSHALL de rango de mediad 0- 1.700 �� �⁄ ,
para la medida del caudal del agua a tratar, con indicador, registrador y
totalizador en cuadro de control.
d) Decantación primaria
Se utiliza con objeto de eliminar los sólidos sedimentables y resto de material
flotante, reduciendo el contenido de DQO y SS del agua a tratar. En el caso que
nos ocupa, que son las aguas residuales urbanas, con valores para la carga
hidráulica superficial de ~1,3� �⁄ y un tiempo de retención de 2,5 h
ambos a ��*� , pueden obtenerse los siguientes rendimientos:
- Eliminación de SS = 2/3 (65 %) del total
- Eliminación DQO = 1/3 (33 %) del total
Se proponen instalar 2 unidades circulares con rasquetas, puente móvil y sistema de
recogida de flotantes y evacuación de los mismos al concentrador de grasas.
La extracción de fangos será regulable y controlable mediante temporizadores.
- Superficie total ~ 3�45I�`a�W?�`áAB?c� � �� �,d2�,� � 801,28��
- Volumen total = 2,5 ∙ 1041,67 � 2.604,18��
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Dos (2) decantadores de las siguientes características: