1 MEMORIA DE CÁLCULO PLANTA DE TRATAMIENTO TARIJA ERQUIZ (LAS BARRANCAS) 1. INTRODUCCIÓN. Una planta de tratamiento es un conjunto de obras civiles, instalaciones y equipos convenientemente dispuestos, para llevar a cabo operaciones y procesos unitarios que permitan obtener aguas con calidad aptas para el consumo humano (NB-689). Las plantas de tratamiento tienen por objeto mejorar la calidad del agua no tratada a través de procesos físico-químicos y biológicos para obtener un producto (agua tratada) que cumpla los requisitos de la Norma Boliviana NB-512 (Agua potable – Requisitos). (NB-689). Valores máximos aceptables por la Norma Boliviana NB 512 (agua potable requisitos) N° Parámetro Valor máximo Aceptable Unidad Análisis Físicos 1 Turbiedad 2 Color 3 Olor* 4 Sabor* 5 Temperatura* 6 Sólidos totales disueltos 7 Sólidos totales suspendidos** 5 15 - - - 1000 - U.N.T. U.C. Escala Pt-Co - - °C mg/l mg/l Análisis Químicos 8 Dureza total 9 Calcio** 10 Magnesio*** 11 Manganeso 12 Hierro total 13 Sulfatos 14 Cloruros 15 Fluoruros 16 Nitratos (1) NO 3 17 Nitritos (1) NO 2 18 pH 500 - - 0,1 0,3 400 250 (0,6 – 1,5)**** 45 0,1 6,5 – 9,0 mg/l (Ca CO3) mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l - Análisis Bacteriológicos 19 Coliformes totales 20 Escherichia coli (E. coli) 0,0 UFC/100 ml 0,0 UFC/100 ml < 2 NMP/100 ml***** < 2 NMP/100 ml
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1
MEMORIA DE CÁLCULO
PLANTA DE TRATAMIENTO TARIJA ERQUIZ (LAS BARRANCAS)
1. INTRODUCCIÓN.
Una planta de tratamiento es un conjunto de obras civiles, instalaciones y equipos
convenientemente dispuestos, para llevar a cabo operaciones y procesos unitarios que
permitan obtener aguas con calidad aptas para el consumo humano (NB-689).
Las plantas de tratamiento tienen por objeto mejorar la calidad del agua no tratada a
través de procesos físico-químicos y biológicos para obtener un producto (agua tratada)
que cumpla los requisitos de la Norma Boliviana NB-512 (Agua potable – Requisitos).
(NB-689).
Valores máximos aceptables por la Norma Boliviana
NB 512 (agua potable requisitos)
N° Parámetro Valor máximo Aceptable
Unidad
Anál is is Fís icos 1 Turbiedad 2 Color 3 Olor* 4 Sabor* 5 Temperatura* 6 Sólidos totales disueltos 7 Sólidos totales
suspendidos**
5 15 - - -
1000 -
U.N.T. U.C. Escala Pt-Co
- -
°C mg/l mg/l
Anál is is Químicos 8 Dureza total 9 Calcio** 10 Magnesio*** 11 Manganeso 12 Hierro total 13 Sulfatos 14 Cloruros 15 Fluoruros 16 Nitratos (1) NO3 17 Nitritos (1) NO2 18 pH
500 - -
0,1 0,3 400 250
(0,6 – 1,5)**** 45 0,1
6,5 – 9,0
mg/l (Ca CO3)
mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l
-
Anál is is Bacteriológicos 19 Coliformes totales 20 Escherichia coli (E. coli)
0,0 UFC/100
ml
0,0 UFC/100
ml
< 2 NMP/100
ml*****
< 2 NMP/100 ml
2
Valores máximos aceptables por la Norma Boliviana
NB 512 (agua potable requisitos)
N° Parámetro Valor máximo Aceptable
Unidad
Anál is is Complementarios 21 Demanda Bioquímica de oxígeno
DBO5 22 Oxígeno disuelto OD 23 Conductividad
N.E.
N.E.
1500
mg/l
mg/l
micromhos/cm
(*) Debe ser inobjetable.
(**) Guardar relación con la turbiedad.
(***) Guardar relación con la dureza total.
(****) Concentraciones mínimas máximas para diferentes temperaturas (ambiente); Véase NB
512 (Agua Potable Requisitos).
(*****) NMP/100 ml, Número Más Probable por 100 ml o UFC/100 ml, Unidades Formadoras de
Colonias por 100 ml según la técnica empleada (Tubos múltiples o Membrana Filtrante).
(1) Condición: (NO3/45)+(N02/0,1)<1
N.E.: No especificado en la Norma NB 512. El parámetro DBO5 servirá como comprobación de contaminación microbiológica, posibilidad de conexiones cruzadas. El parámetro oxígeno disuelto > 4 mg/l, garantiza posibilidad de vida acuática (aguas superficiales de calidad admisible, a excepción de aguas subterráneas). El parámetro conductividad guarda relación con el contenido iónico total (sales disueltas), valores superiores pueden influir en la apariencia, el sabor o el olor del agua (Guías OPS/OMS).
2. DATOS GENERALES.
La planta de Erquiz es un nuevo proyecto, con toma del rio Erquiz, para ampliar la capacidad
requerida para dotar de agua potable a la ciudad de Tarija.
2.1. CAUDALES.
Caudal de diseño = Qmax-dia = 150 l/s
Población = 58000 Hab.
2.2. CALIDAD DEL AGUA EN LA FUENTE.
La fuente que va a alimentar a la planta de tratamiento es:
Río Erquiz.
Calidad del agua del río Erquiz.
De acuerdo a resultados de análisis de laboratorio, la situación más desfavorable en cuanto a la
calidad del agua en el río Erquiz está representada por los siguientes parámetros que están fuera
de la Norma para agua potable:NB-512:
3
pH = 6,10
Fe = 0,36 (mg/l)
Turbiedad = 10,50 NTU
Color = 78,0 UC.
E. Coli = 2,1 x 103 NMP
Plaguicidas:
Heptacloro = 0,086 (µg/l)
Por tanto para el dimensionamiento de las unidades de tratamiento, se adoptarán estos valores
más críticos o sea la calidad del agua del río Erquiz, en la que se deben remover los siguientes
parámetros de calidad:
Fe , Turbiedad, Color, E. Coli, corrección de pH y plaguicidas.
Por lo que se proponen las siguientes unidades de tratamiento:
Ozono
Cal y Alumbre
Cloro
Capacidad de tratamiento a ser implementada .-
La capacidad que se requiere es de 150 l/s = 12.960 m3/día = 540.000 l/h = 540 m3/h
2.3. DIMENSIONAMIENTO DE LAS UNIDADES DE TRATAMIENTO.
2.3.1. CANALETA PARSHALL.
Se propone una canaleta y medidor Parshall de descarga libre, que será para medir el caudal y
para la mezcla rápida de la adición de cal (remoción de Fe) y Sulfato de Aluminio o alumbre
(remoción de turbiedad y eventualmente color).
Para 150 l/s: de tablas de diseño:
Ancho de garganta: G = 1´ = 30,54 cm. = 0,3054 m.
Canal Parshall:
Mezcla Rápida
y medición de
caudal.
Floculadores
Hidráulicos
Coagulación y
floculación
Sedimentadores
de placas o alta
tasa.
Sedimentación
Filtros rápidos
de arena.
Filtración
Filtros de
Carbón
activado
Filtración
Tanque de
Almacenamiento
4
Altura de agua H =0,40 m.
L H
F X K
B C D
A G E
Canal aguas arriba del Parshall:
Q=0,150 m3/s; velocidad v =0,40 m/s
S = 0,15/0,40 =0,375 m2
Para A = 0,843 m. : H1 = 0,45 m. H total = 0,80 m. (para el resalto)
Canal aguas abajo del Parshall:
Q=0,150 m3/s; velocidad v =0,30 m/s
S = 0,15/0,30 =0,50 m2
Para E = 0,61 m. : H3 = 0,82 m. H total = 1,10 m.
Pérdida de carga:
K = 0,70
H2 = 0,70 x 0,45 = 0,31 m.
Tiempo de mezcla Tm = 1,525 /0,31 = 4,92 seg.
G = √9800 x 0,31/1,139x10-3x 4,92 = 740 s-1
(700 a 1000 s-1)
2.3.2. FLOCULADORES.
Se tendrán floculadores hidráulicos de flujo horizontal.
Criterios : Gradiente: G = 10 a 100 s-1 Tiempo de retención T = 15 a 30 min, v = 0,10 a 0,60 m/s
1ra. Cámara. (11,0 x 9,0 m.)
Se adoptan: v = 0,15 m/s; t = 15 min.
Distancia total recorrida por el agua: L = 0,15 x 15 x60 = 135 m.
A 84,30 cm.
B 134.70 cm.
C 61.0 cm
D 91,50 cm
E 61,0 cm
F 22,90 cm
K 7,60 cm
L 91,50 cm
5
Volumen de la cámara V = Q x t = 0,15 x 15 x 60 = 135 m3
Área transversal de un canal, entre bafles: a =135/135 =1,0 m2
Ídem: a = 0,15/ 0,15 = 1,0 m2
Se adopta distancia entre bafles = 0,70 m.
Altura útil de agua d = 1,0/0,70 = 1,43 m. Altura total = 1,70 m.
Espacio bafles-pared = 1,5 x 0,70 = 1,05 m. ≈ 1,0 m.
Longitud efectiva = 10,50 – 1,0 = 9,50 m.
Número de canales requerido N = 135/9,50 = 14
Con bafles de 3 cm, de espesor: La longitud del floculador hidráulico será:
L = 14 x0,70 + 13 x 0,03 = 10,19 m. L ≈ 11,0 m.
Pérdida de carga en canales (Manning) : h1 = (nv)2 L/R4/3 = (0,013 x 0,15)2 x 14 x9,50 /(3,74)4/3
=0,00011 m.
Pérdida de carga en vueltas (Manning): h2 = 3(N-1)v2/2g = 3x (14-1) x 0,152/2 x9,81 = 0,045 m.
Pérdida de carga total : H = h1 + h2 = 0,00011 + 0,045 = 0,0451 m.
Gradiente de velocidad: G = √ gH/νt = √ 9,81 x 0,0451/1,139x10-6 x 15 x 60 = 21 s-1
(OK. 10 a 100)
Por lo que se requieren en la cámara un total de 15 bafles de 3 cm, de espesor y de 9,50 m. de
largo x 1,50 m. de altura.
2da. Cámara. (11,0 x 10,50 m.)
Se tiene el mismo cálculo anterior, por lo que se verifica que en cada cámara se puede tratar un
caudal de 150 l/s, es decir se puede utilizar cada cámara para ese caudal.
Cálculo del canal de agua floculada.
Q = 150 l/s = 0,160 m3/s
V = 0,40 m/s
S = 0,15/0,40 = 0,375 m2
Ancho b = 0,70 m.
Altura útil h = 0,375/0,70 = 0,54 = 0,60 m.
Altura total = 0,80 m.
2.3.3. SEDIMENTADORES.
Se adoptan dos tamaños de sedimentadores en función del espacio disponible, de 7,0 x 5,30 m y
7,0 x 4,50 m, para el dimensionamiento se utilizará la de ancho = 4,50 m.
Se utilizarán los siguientes criterios:
Sedimentadores de placas o de alta tasa, Tasa de sedimentación = 100 a 200 m/d.
6
Placas de 2,25 de largo x 1,20 de altura. Espesor de 0,006 m, separadas 0,06 m, y ángulo de
inclinación de 60ºcon la horizontal. Viscosidad cinemática de 1,139 x 10-6 m2/s.
Q = 150 l/s = 12960 m3/dia.
Carga Superficial: Cs = 12960/(2 x7,0 x 5,30)+ (2 x 7,0 x4,50) =94,46 m3/m2-d.
Área de sedimentación de alta tasa: A = Sc x Q/ vsc x sen θ (sen θ + L x cos θ)
Longitud de sedimentación: L =l/d = 120/6 = 20 L = Altura de placas; d = separación entre placas
Sc = 1,0 ; θ = 60º d = 6 cm.
A = 1,0 x 12960/ 94,46 x sen 60 (sen 60 +20 x cos 60) = 14,58 m2
Ancho de cada sedimentador = 4,50 m. para dos filas de placas de 2,25 m de longitud.
La longitud de la sedimentación acelerada es: Ls = 14,58/2,25 x 2 = 3,24 m.
Se adopta una longitud de 4,0 m, al final de cada sedimentador existente.
Nº de Placas N = Ls sen θ + d/d + e = 4,0 x sen 60 + 0,06/0,06+0,006 = 53 placas por fila de 2,25 m.
Como en cada sedimentador caben dos filas de placas:
N = 53 x 2 x 4 = 424 placas (para 4 sedimentadores)
Para la zona de sedimentación de alta tasa:
vo = Q/A sen θ = 12960/4,50 x 4,0 x sen 60 = 831 m/d = 0,577 m/min.
Nº de Reynolds: Re = vox d/ν = 831 x 0,06/86400 x 1,139 x 10-6 = 507
Tiempo de retención en el sedimentador de alta tasa t = l/vo = 1,20/0,577 = 2,08 min.
La carga superficial en el área de sedimentación de alta tasa será:
Cs = Q/A = 12960/4,50 x 4,0 = 720 m/d
Tiempo de retención en los tanques de sedimentación:
T = (2x7x3x4,50) + (2x7x3x5,30) x 24 x 60/ 12960 = 46 min.
Velocidad promedio de flujo en el tanque de sedimentación:
V = 12960/4,50 x 3,0 x1440 = 0,67 m/min = 1,17 cm/s
Longitud relativa para la región de transición:
L´ = 0,0013 x Re = 0,013 x 507 = 6,59
Lc = 20 -6,59 = 13, 41
Velocidad crítica de sedimentación:
vsc = Sc x vo/ sen θ + L cos θ = 1,0 x 831/ sen 60 + 13,41x cos 60 = 110 m/d > 94,46 m/d.
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Se deben instalar 53 x 2 filas = 106 placas de 2,25 x 1,20 m, en cada sedimentador con inclinación
de 60º en una longitud de 4,0 m.
Cálculo del canal de agua sedimentada.
Q = 150 l/s = 0,150 m3/s
V = 0,40 m/s
S = 0,15/0,40 = 0,375 m2
Ancho b = 0,70 m.
Altura útil h = 0,375/0,70 = 0,54 = 0,60 m.
Altura total = 0,80 m.
2.3.4. FILTROS RÁPIDOS DE ARENA.
De acuerdo al numeral 2.1 anterior, la capacidad de la planta de ser de 150 (l/s) = 12.960.000
(l/día) = 12.960 (m3/día)
Número de filtros N = √ 12,96 = 3,60 Se adoptan N =4 unidades
Dimensiones de los filtros:
Largo = 4,70 m.
Ancho =2,525 m.
Tasa de filtración = 12960/4,7 x 2,525 x 4 =273 m/día (180 m/día según NB-689)
Se adopta: Nº filtros =6 unidades:
Tasa de filtración = 12960/4,7 x 2,525 x 6 =182 m/día (180 m/día según NB-689)