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2.4 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DOMESTICA DEL EDIFICIO
Tabla 2.2 caracterización del agua residual del edificio
Parámetro Unidad Concentración
De la muestra
LMP por la
NOM-001-
SEMARNAT
1996
Observaciones
Solidos totales.
mg/L
1200
200
No cumple
Solidos
suspendidos
ml/L 3.5 50 Si cumple
Demanda
Bioquímica de
oxígeno,
DBO5.
mg/L 200 60 Si cumple
Demanda
Química de
oxígeno,
DQO.
mg/L 400 120 No cumple
Cloruros
mg/L 50
250 Si cumple
Nitratos
mg/L 300 60 No cumple
Sulfatos
mg/L 30 400 Si cumple
Coliformes totales NMP/100ml 107 a 108 2000 No cumple
CAPITULO III
DISEÑO DE LA PLANTA TRATADORA DE AGUA
3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES
Afluente
Tratamiento
preliminar
Tratamiento
primario
Tratamiento
secundario
Desinfección
Rejillas de limpieza manuales
Tanque de sedimentación circular lodos activados
Filtro de carbón activado
Biorreactor
Humedal artificial
Cloración
Efluente
3.3 DISEÑO DE LA REJILLA
Caudal (Q) = 19.008 m3/d
Velocidad (v) = 28 m/h*
*velocidad, tomando en cuenta la distancia desde el punto más alto del edificio, donde el
agua comienza a fluir.
𝑣 = (28𝑚
ℎ) (24
ℎ𝑟
1 𝑑 ) = 672
𝑚
𝑑
𝐴 =𝑄
𝑣
𝐴 =19.008
𝑚3
𝑑
672 𝑚𝑑
𝐴 = 0.02828 𝑚2 ≈ 0.03 m 2
𝐴 = 𝜋𝑟2
𝑟 = √𝐴
𝜋
𝑟 = √0.02828𝑚2
3.1416
r= 0.0948 m
d= 0.1897 m
0.1897 𝑚 (100𝑐𝑚
1𝑚) (
1 𝑝𝑢𝑙𝑔
2.53 𝑐𝑚) = 7.4706 𝑝𝑢𝑙𝑔 ≈ 8 pulgadas
Área
A = L x L
0.03 m2 = L2
𝐿 = √0.03𝑚2
𝐿 = 0.1732 𝑚 (100 𝑐𝑚
1 𝑚 ) = 17.32 𝑐𝑚 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 = 6.8190 pulgadas
Tomando en cuenta los datos de la Tabla 5.5 (Tchobanoglous y Burton 1991).
Tabla 3.1 Información usual para el diseño de rejillas de limpieza mecánica y
manual.
Parámetro Unidad Limpieza manual Limpieza
mecánica
Tamaño de la barra:
Ancho Pulg 0.2 – 0.6 0.2 – 0.6
Profundidad Pulg 1.0 – 1.5 1.0 – 1.5
Espaciamiento entre
barras
Pulg 1.0 – 2.0 0.6 – 3.0
Inclinación con la vertical Grad. 30 – 45 0 – 30
Velocidad de
aproximación
Pie/s 1.0 – 2.0 2.0 – 3.25
Perdidas admisibles Pulg 6 6
Ancho de la barra 0.4 pulgadas
1 pulgada de separación entre barras
5 barras
0.4’’ 1’’
17.32 cm
3.4 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN
𝑉 =1
3𝜋 𝑟2ℎ L = 3
Condiciones de Diseño.
1 = 3 ℎ2 = 𝑔2 − 𝑟2
Relación Longitud-Diámetro.
13 𝑝𝑖𝑒𝑠 (0.3048 𝑚
1 𝑝𝑖𝑒) 3.9624m
≈ 4 𝑚
h =10 pies = 3.048 m
d = 10 pies = 3.048 m
r = 1.524 m
Pend = 6 = 1.8288 m
𝑔2 = ℎ2+ 𝑟2
Condiciones de la tubería de entrada:
Q = QII=
V= VII=
D= d =
Condiciones de diseño en el desarenador.
Remoción de partículas hasta de diámetro con un grado de remoción de 75% ɱ =30 °𝐶 − 0.800 𝑥 10−6
13 ft
32 ° 𝐶 1.924 (𝑓𝑡2 𝑆) 𝑥 105⁄ 𝑚2 𝑠⁄ Temperatura = 30°C
*Viscosidad cinemática (poas) = 𝑐𝑚2 𝑠 𝜌𝑎 30°𝐶 = 9.764 𝑘𝑔 𝑚3⁄⁄ Grado de desarenador = n = 1 Relación Longitud: Ancho = 1:3 Cota de la lámina del desarenador = Velocidad de sedimentación de las partículas d = 0.188 m
𝑉 = 𝑔
18 (𝜌𝑠− 𝜌)
ɱ 𝑑2 = Tamaño de la partícula ˃ 0.040 m
Tabla 5.1 Pág. 242 Tchobanoglous. *Se utilizó por nuestro criterio una pendiente de 6 plg = 1.8288 m esto para que nos quedara idealmente.
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑠𝑡
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑜 𝑎𝑟𝑒𝑎
Medir altura del lodo
o Mínima. o Velocidad máxima de ascensión = Velocidad del lodo a precipitar m/a (de abajo
hacia arriba). Carga volumétrica.
Carga orgánica 𝑚3 ℎ𝑎𝑏. 𝑑í𝑎 𝑋 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠.⁄
*Volumen diario x la eficiencia = 𝑚3 El resultado va a ser el volumen y se le agrega el 20%.
(𝑄)(𝐸) = 𝑉
𝑉 = (19.008 𝑚3
𝑑) (0.75) = 14.256𝑚3 ≈ 15 𝑚3
Pueden ser 2 tanques de 8 𝑚3
Volumen del cilindro según dimensiones de la tabla 5.16 de la pág. 310 𝑉 = 𝜋 𝑟2 ℎ = (3.1416)(15.524)2(2.0371𝑚)
= 14.8639 𝑚3
15 𝑚3 → 100%
Volumen del cono.
𝑉 = 1
3𝜋𝑟2ℎ =
1
3(3.1416)(1.524)2(1.10109𝑚)
= 2.4587 𝑚3
𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 17.3226 𝑚3
𝑉 ≠ ℎ2+ + 𝑟2
ℎ2 = 𝑔2 − 𝑟2
ℎ = √𝑔2 − 𝑟2
ℎ = √(1.8288)2 = 1.0109 𝑚
1.5 FILTRO
Para el diseño del filtro se tomaron las concideraciones de “la Guia para el diseño de
sistemas de filtración”, Lima 2005.
Y los siguientes criterios nos seran de mucha ayuda para el diseño de dicho filtro.
Periodo de diseño: es recomendable para esta fuente entre 8 y 12 años, sin
embargo nuestro diseño plantea una duración de 10 años.
Periodo de operación: -deben ser diseñados para periodos de operación de 24
horas, siento de 2 el número minimo de unidades en paralelo.
Caudal del diseño: las unidades en una planta de tratamiento serán diseñadas
para el caudal maximo diario.
Dimensionamiento:
Area superficial
As= 𝑄𝑑
𝑁𝑥𝑉𝐹
Donde:
As= se obtiene del caudal de agua eb m3/h y de la tasa de filtración
Vf= velocidad de filtración (m/h)
De acuerdo a esta guía la velocidad de filtración varia entre los 0.1 y 0.2 m/h. Y
cambe mencionar que a mayor contaminación del agua el afluente tendra una
menor velocidad de filtración,
Qd= carga total del diseño (m3/h)
N= número de unidades
Para N tambien se considera un valor experimental obtenido de la guia para el diseño de
sistemas de filtracíón y el dato utilizado es 2.
Sustituyendo en la ecuación se tiene:
As= (0.792
𝑚3
ℎ)
(2)(0.2𝑚/ℎ)
As= 1.98 m2
Coeficiente de minimo costo
K= (2N)/(N+1)
Sustituyendo se tiene
K= (2)2/(2+1)
K= 1.33
Longitud de unidad
L= (AsK)1/2
L= ((1.98 m2)1.33)1/2
L= 1.57 m
Ancho de unidad b = (As/K)1/2
b= (1.98 m2/ 1.33)1/2 b=1.22 m
3. 6 DISEÑO DE UN HUMEDAL
Factores a considerar
Caudal (Q)= 19.008 m3
Volumen
Área
Concentración BDO5 inicial= 100mg/L
Calculo de la carga orgánica
CBDO5 inicial= 100 mg/L
(100 𝑚𝑔
𝐿) (
1 𝑔
1000𝑚𝑔 ) (
1000𝐿
1𝑚3 ) = 100 g/m3
Carga orgánica = C0 * Q
Carga orgánica = (100
𝑔
𝑚3 ) (19.008 𝑚3
𝑑 )
1000 𝑔
𝑘𝑔
= 1.9008 𝐾𝑔
𝑑
Tomando en cuenta la temperatura más fría en la región de Poza Rica, Ver. y de
acuerdo a la tabla establecida por US EPA (1983).
Tabla 3.2 Temperatura a considerar
Temperatura media en invierno (°C) Carga superficial de DBO
Kg/Ha * d lb/ac * d
> 15 45 – 90 40 – 80
0 – 15 22 – 45 20 – 40
< 0 11 – 22 10 – 20
Carga superficial 40 Kg/ha * d
Área
Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
Á𝑟𝑒𝑎 =
1.9008𝑘𝑔𝑑
40𝑘𝑔
ℎ𝑎 ∗ 𝑑
Área= 0.0475 ha 475.2 m2
Suponiendo una altura de 1 m
Tiempo de retención
𝑡 = 𝐴ℎ
𝑄
𝑡 = 475.2 𝑚2
19.008 𝑚3
𝑑
t= 25 días
Volumen
𝑄 = 𝑉
𝑡
V= Qt
V= (19.008 𝑚3
𝑑) (25 d)
V= 475.2 m3
Dimensiones
Se utiliza una relación 3:1 (Stainer 1993)
W= √Á𝑟𝑒𝑎
3
W= √475.2 𝑚2
3
W= 12.5857 m ≈ 13 m
L= 3W
L= 3 (12.5857m)
L= 37.7571 m ≈ 38 m
Ajustando dimensiones
L = 6m
W= 2 m
h= 1 m
Pendiente del fondo del 10% (W.E.F. 1990) = 0.1 m
Plantas acuáticas emergentes (Burka and Louvenue 1990).
Juncuss effussus 5 – 15 cm (Profundida de la raíz).
Typha latifolia 15 – 60 cm (Profundidad de la raíz).
Pasto vetiver 2 m (altura).
Phragmites 3 m (altura).
2 m 6m
1m Nivel del agua
20 cm de sustrato (tierra).
50 cm de grava (tamaño
mediano).
10 cm de arena.
1.6 CLORACIÓN
Diseño del tanque de cloración
Relación Longitud-Diámetro.
13 𝑝𝑖𝑒𝑠 (0.3048 𝑚
1 𝑝𝑖𝑒) 3.9624m ≈ 4 𝑚
h =10 pies = 3.048 m
d = 10 pies = 3.048 m
r = 1.524 m (𝑄)(𝐸) = 𝑉
𝑉 = (19.008 𝑚3
𝑑) (0.75) = 14.256𝑚3 ≈ 15 𝑚3
Pend = 6 = 1.8288 m
Volumen del cilindro según dimensiones de la tabla 5.16 de la pág. 310 𝑉 = 𝜋 𝑟2 ℎ = (3.1416)(15.524)2(2.0371𝑚)
= 14.8639 𝑚3
Volumen del cono.
𝑉 = 1
3𝜋𝑟2ℎ =
1
3(3.1416)(1.524)2(1.10109𝑚)
= 2.4587 𝑚3
𝑉 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 17.3226 𝑚3
Condiciones de la dosificación
Caudal:
19.008 𝑚3/d = (1𝑚3
1000𝐿)(
24ℎ𝑟𝑎𝑠
1 𝑑)(
1 ℎ𝑜𝑟𝑎
3600𝑠) = 0.22 L/s
GASTO DE PERCLORITO
13 pies
0.22L/s x 1.5 mg/L x 86.4 = 28.512 g Cl2/d
28.512 𝑔 𝐶𝑙2/𝑑
130𝑔 𝐶𝑙2/𝐿 = 0.21 L/d
Al hacer la dilución para dosificar del 1% en peso, la concentración seria de 1.3g/L. Entonces el
caudal de la bomba dosificadora puede adecuarse como:
q= 1.5
𝑚𝑔
𝐿 𝑋 0.22 𝐿/𝑆
130 𝑚𝑔/𝐿 = 0.33 mg/s
q=0.33 𝑚𝑔/𝑠
1300 𝑚𝑔/𝐿 = 0.00025 mL/s