“año de la promoción de la industria responsable y elcompromiso climático” Facultad de ingeniería y arquitectura Carrera profesional de ingeniería civil Curso : mecánica de fluidos I Docente : Ing. Iván Aparicio Arenas Tema : planta de tratamiento de aguas residuales San Jerónimo Ciclo Turno :V : mañana Estudiante(s) Venero soncco Sandro Daniel MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 1 INDICE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES –SAN JERONIMO..........4 INTRODUCCIÓN.......................................................................................4 MARCO LEGAL........................................................................................5 MARCO TEORICO.....................................................................................5 OBJETIVOS.............................................................................................................. 5 QUE SON AGUAS RESIDUALES..................................................................5 AGUA RESIDUAL._................................................................................................... 5 USO DE LA AGUAS...................................................................................6 COMPONENTES DE LAS AGUAS RESIDUALES.............................................6 COMO FUNCIONA UNA PLANTA DE TRATAMIENTO......................................7 PASOS DE TRATAMIENTO........................................................................................7 Tratamiento preliminar.................................................................................7 Tratamiento primario....................................................................................7 Tratamiento secundario................................................................................7 Tratamiento terciario....................................................................................7 VISITA A CAMPO.....................................................................................8 Descripción............................................................................................................. 8 DESCRIPCION DE LA INFRAESTRUCTURA..................................................9 Planta de tratamiento de aguas residuales de san jerónimo-cusco........................9 INFORME TÉCNICO.............................................................10 CANALIZACIÓN.....................................................................................11 CAJA DE DIRIVACION.............................................................................11 LINEA DE AGUAS...................................................................................11 PRE-TRATAMIENTO................................................................................12 DECANTACIÓN PRIMARÍA (tratamiento primario)....................................13 TRATAMIENTO BIOLÓGICO (POR EL PROCESO DE LODOS ACTIVOS)...........14 LINEAS DE LODOS.................................................................................17 ESPESAMIENTO.....................................................................................17 ESPESADOR POR GRAVEDAD..................................................................17 ESPESADOR POR FLOTACIÓN.................................................................18 MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 2 DIGESTIÓN........................................................................................... 18 DIGESTOR ANAEROBIO..........................................................................19 La ventaja de la digestión anaerobia....................................................................19 DIGESTOR AEROBIO..............................................................................19 DESHIDRATACIÓN DE LODOS..................................................................19 CENTRIFUGACIÓN.................................................................................20 FILTROS DE BANDA...............................................................................20 LINEA DE GAS.......................................................................................21 SISTEMA DE CLORACION........................................................................22 MEDIDOR PARSALL................................................................................22 COGENERACIÓN....................................................................................22 Conclusiones........................................................................................23 Anexos.................................................................................................24 MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 3 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES –SAN JERONIMO INTRODUCCIÓN Uno de los principales que enfrentamos en la actualidad es la contaminación de ríos por aguas residuales. Esto ha complicado el abastecimiento de aguas para usos, sobre todo el de potable y agrícola. Las aguas residuales tienen que ser tratadas para evitar la contaminación de las corrientes de agua, así como las molestias y los peligros de estas, que los residuos sólidos producidos en la sub cuenca del Huatanay son arrojadas al rio. La cuestión de cuales contaminantes presentes debe de ser removidas para proteger el ambiente y en qué medida debe de ser repuesta. Las plantas de tratamiento tienen como función, satisfacer necesidades locales de tratamiento mediante métodos específicos de saneamiento basados en principios físicos y químicos de la naturaleza (la materia orgánica es mineralizada y los microorganismos son eliminados por competencia o predación). La utilidad necesaria y obligatoria de estas plantas son el resultado del desbordado incremento de la población en las actividades agrícolas e industriales. De igual manera, que ciertas centrales generadoras de energía, una depuradora con ciertas medidas de funcionamiento como el uso de la digestión anaerobia y el aprovechamiento de los gases resultantes puede satisfacer necesidades locales de energía con el uso de un cogenerador (aprovechamiento de los gases para producción de energía), por lo que el diseño de una planta debe ser evaluado y calculado en función de parámetros variables (población, energía, abastecimiento, canalización, industria, actividades, ubicación, entre otras). MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 4 El eficiente funcionamiento de una planta, caracteriza los destacados niveles para, el reúso de aguas residuales tratadas. MARCO LEGAL La ley general de aguas (decreto ley N° 17752) del ministerio de salud en su reglamento de los títulos I, II, III, en la parte que concierne a las funciones del ministerio de salud en los aspectos de preservación de aguas servidas con fines de irrigación en el artículo 78, califica el tipo de agua para el riego de vegetales de consumo crudo y bebida de animales como agua del tipo III, con los valores limites a ser cumplidos por los efluentes de las plantas de tratamiento MARCO TEORICO OBJETIVOS 1. La planta de tratamiento de aguas residuales tiene por objetivo principal el tratamiento y control de la aguas en proceso y producto final 2. Prevenir y controlar la contaminación del agua 3. Contribuir a restablecimiento del equilibrio ecológico en los cuerpo de aguas nacionales 4. Reducir enfermedades de origen hídrico en la población, y mejoramiento de la salud publica 5. Promover el reusó e intercambio de aguas residuales tratadas 6. Evaluar la calidad de agua evacuada de los desagües industriales y comparar con la normativa correspondientes a desagües industriales QUE SON AGUAS RESIDUALES Resultan del uso del agua por el hombre, tanto potable como en su estado natural. Las aguas usadas, contienen materiales, compuestos o microorganismos que las contaminan, convirtiéndolas en inadecuadas para ser reutilizadas o vertidas a cuerpos hídricos sin antes tener un tratamiento. MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 5 AGUA RESIDUAL._ Agua que ha recibido un uso y cuya calidad ha sido degradada por la incorporación de agentes contaminantes (alcantarillado pluvial, alcantarillado sanitario) USO DE LA AGUAS COMPONENTES DE LAS AGUAS RESIDUALES Las urbanas están compuestas por las aguas procedentes del alcantarillado municipal, de las industrias y de las aguas lluvia que son recogidas por el alcantarillado. Las aguas residuales pueden ser domésticas, industriales, comerciales. Dependiendo su procedencia. MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 6 COMO FUNCIONA UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PASOS DE TRATAMIENTO El tratamiento de aguas residuales se pueden distinguir hasta cuatro epatas que comprenden procesos químicos, físico y biológicos Tratamiento preliminar; destinado a la eliminación de residuos fácilmente separables y en algunos casos un proceso de preaireación Tratamiento primario; que comprende procesos de sedimentación y tamizado Tratamiento secundario; que comprende procesos biológicos aerobios y anaerobios y físico-químicos (floculación) para reducir la mayor parte de la DBO Tratamiento terciario; que está dirigido a la reducción final de la DBO, metales pesados y/o contaminantes químicos específicos y la eliminación de patógenos y parásitos MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 7 MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 8 VISITA A CAMPO Descripción El día 09 de abril del 2014 a horas 9:30 am de la mañana, los alumnos del curso de mecánica de fluidos uno nos reunimos en el sector de caira para luego visitar la planta de tratamiento de aguas residuales de san jerónimo (cusco) Una vez todos los alumnos reunidos del curso de mecánica de fluidos uno de la carrera de ingeniería civil de la Universidad Alas Peruanas, conjuntamente con el ingeniero Iván Aparicio Arenas, que está a cargo del curso de mecánica de fluidos uno a horas 10:30 am de la mañana ingresamos a la planta de tratamiento de San Jerónimo. Ingresada a la planta de tratamiento antes de realizar la visita los alumnos y el docente nos vamos a poner los cascos que la empresa nos está prestando para visitar la obra, todos los alumnos con cascos puestos, nos dividimos en dos grupos, para recibir las charlas de seguridad que la empresa nos está brindando antes de visitar la planta de tratamiento, terminadas las charlas de seguridad procedemos a realizar la visita en grupo. DESCRIPCION DE LA INFRAESTRUCTURA Planta de tratamiento de aguas residuales de san jerónimocusco Se denomina planta de tratamiento de aguas residuales, o planta de tratamiento de aguas servidas al conjunto de estructuras en las que se trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano. Existen diferentes tecnologías para el tratamiento de aguas servidas pero todas deben cumplir los mismos principios: MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 9 Combinación de barreras múltiples (diferentes etapas del proceso de canalización) para alcanzar bajas condiciones de riesgo. Tratamiento integrado para producir el efecto esperado. Tratamiento por objetivo (cada etapa del tratamiento tiene una meta específica relacionada con algún tipo de contaminante). Si no se cuenta con un volumen de almacenamiento de agua del rio Huatanay, la capacidad de la planta debe ser mayor que la demanda máxima diaria en el periodo de diseño. Además, la planta de tratamiento opera continuamente las 24 horas, aún con alguno de sus componentes en mantenimiento; por eso es necesario como mínimo unidades para cada proceso de la planta. La planta de tratamiento de aguas residuales de san jerónimocusco, fue diseñada y construida tomando en consideración las características del rio Huatanay donde ya se desarrolla la primera etapa de tratamiento y los estudios realizados en cuanto a la calidad del agua del rio. INFORME TÉCNICO El proceso de la planta de tratamiento de aguas residuales de San Jerónimo empieza con la captación de agua del rio Huatanay, constituido por un sistema de buzones ubicados en ambas márgenes MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 10 de una quebrada afluente del rio Huatanay e interconectadas por una viga canal. Las compuertas instaladas en los buzones permiten controlar el caudal de ingreso al sistema, así como derivar el exceso de caudal, el mismo que es descargado a la mencionada quebrada, ubicada a pocos metros de su confluencia con el río Huatanay. La regulación del caudal de ingreso se complica porque la red de recolección recibe el aporte parcial de aguas pluviales, lo que ocasiona grandes variaciones horarias de caudal durante el período de lluvias. En el tramo de tubería que va desde el buzón de entrada a la cámara de rejas, se observó la presencia de grava y arena gruesa arrastrada por las aguas de lluvia que ingresan a la red de alcantarillado. La construcción y características de la planta de tratamiento de aguas residuales de San Jerónimo de la ciudad del cusco la cual viene siendo ejecuta por la constructora “COSAPI”, dicha planta en funcionamiento trata un volumen de aguas servidas de 800 litros/segundo y un caudal mínimo de 400 litros/segundo y entregar al efluente con un DBO de 30mg/litro. El cual está por debajo de lo indicado en la norma y estándares de calidad ambiental para la emisión de aguas vertidas a un cuerpo de agua receptor. MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 11 CANALIZACIÓN Sistema de tuberías y canales interconectados entre sí por una línea principal de drenaje que distribuye el agua residual a la planta de tratamiento o Depuradora. CAJA DE DIRIVACION Permite desviar el agua residual del colector principal hacia la unidad de pre tratamiento “línea de aguas” LINEA DE AGUAS Son las aguas residuales que vienen directamente de la red de drenaje, se consideran todos los factores de agua drenada, (lluvia, doméstica, industrial, de servicios, etc.) MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 12 PRE-TRATAMIENTO Dentro del contexto de la línea de aguas y como fase inicial de todo proceso, existen dispositivos que separan los sólidos mayores flotantes y sólidos pesados del agua (materia inorgánica); este paso funciona específicamente como un sistema de cribado por diferentes dispositivos que van ordenados en función a su captación (de mayor a menor tamaño de materiales) específicamente los dispositivos pueden ser: pozos gruesos, rejillas, desmenuzadores o desbastadores “tamices <3mm”, desarenadores, desengrasadores; a todos estos dispositivos los podemos llamar en un sistema como red de saneamiento. En algunas circunstancias el agua pre-colada puede ocupar en algún momento bombeo por medio de tornillos de Arquímedes que reduzcan la velocidad de flujo y eficienticen la limpieza del agua antes de llegar a la decantación primaria. Los objetos que se quedan en este proceso son retirados por medio de bandas y cucharas tipo bivalva al vertedero de basura inorgánica. Las grasas son recolectadas por bandas en contenedores. MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 13 DECANTACIÓN PRIMARÍA (tratamiento primario) También llamado tratamiento primario; consiste en un proceso de igual manera física, tiene como misión la separación de las partículas en suspensión no retenidas en el pre tratamiento. La decantación es el fenómeno provocado por la fuerza de gravedad que hace que las partículas suspendidas más pesadas que el agua se separen sedimentándose, ayudado por una descarga del pre tratamiento en forma de cascada que reduce la velocidad de flujo y reduce el tiempo de sedimentación. Normalmente, en decantadores denominados dinámicos y cónicos, los lodos son arrastrados periódicamente hasta unos depósitos mediante unos puentes móviles con unas rasquetas que recorren el fondo para ser llevados a tratamiento de lodos El tratamiento primario o decantación primaria, permite eliminar en un agua residual urbana aproximadamente el 90% de los materiales decantables y entre el 50 y 70% de los materiales en suspensión. Se consigue también una disminución de la DBO de alrededor del 35%. El tiempo de decantación primaria es alrededor de las 3 horas, posteriormente se pasará al tratamiento secundario donde con el reactor biológico se depurará completamente el agua para su MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 14 reutilización en riegos agrícolas, servicios, o devuelta al cauce de los ríos. Otros procesos de tratamiento primario incluyen el mecanismo de flotación con aire, en donde se eliminan sólidos en suspensión con una densidad próxima a la del agua, así como aceites y grasas, produciendo unas burbujas de aire muy finas que arrastran las partículas a la superficie para su posterior eliminación. TRATAMIENTO BIOLÓGICO (POR EL PROCESO DE LODOS ACTIVOS) También llamado tratamiento secundario; persigue la transformación de la materia orgánica disuelta en sólidos sedimentables que se retiran fácilmente del proceso. Adicionalmente se consigue el atrapamiento de sólidos coloidales y en suspensión (el tratamiento biológico disminuye el DBO5) MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 15 El tratamiento biológico se realiza en varios reactores biológicos que ocupará de aireación para mantener a los agentes aerobios y protozoos en constante degradación de la materia orgánica. Para conseguir que entre oxígeno para los microorganismos, y producir la necesaria agitación, suele haber electro agitadores superficiales o inyección de aire que sale por domos cerámicos, como en este caso, estos domos están instalados en el fondo y aportan el aire en forma de burbujas. El aire es captado de la atmósfera por varios compresores de gran potencia. De los reactores biológicos se sigue, la decantación secundaria o clarificación final, en la cual, se realiza en varios decantadores generalmente circulares dotados de rasquetas que van MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 16 suspendidas de un puente radial, arrastrando el lodo hacia la zona central del decantador, desde donde dicho lodo es recirculado mediante bombas sumergibles o tornillos de Arquímedes a la entrada del tratamiento biológico. Con esta recirculación se consigue concentrar los microorganismos hasta valores muy altos. Para mantener controlado el proceso hay que sacar continuamente el lodo. Las purgas de lodos en exceso se pueden realizar desde el reactor biológico o desde la recirculación, esta última estará más concentrada De la decantación secundaria, los lodos que se depositen en la purga unos se irán hacia el reactor nuevamente y otros hacia el tratamiento de lodos; el agua que se encuentre en la superficie del decantador se irá vertiendo hacia un canal que irá hacia un MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 17 depósito de desinfección, donde por sustancias químicas como el cloro eliminarán microorganismos patógenos dando lugar al agua tratada, que se usará para riego agrícola, servicios municipales, o en mayor purificación verter a los ríos y lagos sin mayor impacto. El proceso de depuración de la línea de aguas tarda de entre 10 y 15 horas Para que el agua fuera apta para el consumo humano habría que llevar un proceso de potabilización con UVA, osmosis inversa, ozono, o cloro en mayor medida LINEAS DE LODOS Los lodos son producidos básicamente en los tratamientos de efluentes tanto industriales como domésticos. Se busca lograr la separación de los contaminantes presentes en el agua, los lodos son líquidos con concentraciones de sólidos. MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 18 ESPESAMIENTO Es el proceso destinado a sacar parte del agua remanente del lodo. Para así reducir el volumen del lodo líquido que va a ser manipulado en los procesos siguientes. Los lodos y la materia orgánica se depositan en el fondo de forma cónica que es barrido por el mecanismo instalado de tal forma que son transportados hacia el centro del tanque donde hay un pozo que los recoge para ser evacuados. Se realiza con dos métodos diferentes, según su tipo ESPESADOR POR GRAVEDAD Aquí se tratan los lodos primarios; este mecanismo se utiliza para la mezcla y homogeneización de fangos; el mecanismo de recolección de lodos consiste en una rastra mecánica, que agita suavemente los lodos para que se sedimenten. El lodo sedimentado que se recolecta en el fondo del tanque es bombeado hacia los digestores MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 19 ESPESADOR POR FLOTACIÓN Aquí se tratan los lodos secundarios; en este Espesador se introduce aire en una solución con presión elevada, Cuando la solución es despresurizada el aire es liberado y empujan al lodo hacia la superficie donde es removido y conducido a los digestores DIGESTIÓN Busca la transformación del lodo a un estado estable en el cual no esté sujeto a descomposición biológica posterior. Consiste en la eliminación de materia orgánica por medio de bacterias anaerobias donde estas consumen toda la materia. Existen dos tipos de digestores anaerobios (sin oxígeno) y aerobios (al aire libre). MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 20 DIGESTOR ANAEROBIO El digestor es un tanque generalmente cilíndrico, con una pendiente hacia el fondo y se le introduce a este el lodo para la eliminación de materia En su primera etapa los organismos atacan las sustancias orgánicas y las transforman en compuestos orgánicos simples En su segunda etapa los microorganismos anaerobios por medio de la fermentación producen gas metano, este se acumula en la bóveda y mediante una tubería son conducidos a un gasómetro, que permitirá el almacenamiento del gas producido durante 5 horas. Y posteriormente se produce una retroalimentación a los cilindros de digestión donde se suministra biogás para la agitación de los fangos. La ventaja de la digestión anaerobia a) Disminuir malos olores y microorganismos. b) La degradación parcial de la materia orgánica, mejorando la calidad del agua residual que se vierte a los ríos. c) Se produce gas metano y en la aerobia no se logra esto MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 21 DIGESTOR AEROBIO Utiliza tanque abierto a la atmosfera, y se le aplica aire a los lodos espesados mediante propelas o turbinas para que se descomponga la materia orgánica. Una vez que han pasado los lodos por el proceso digestivo se conduce a la deshidratación DESHIDRATACIÓN DE LODOS Busca la forma de eliminar el agua de un lodo puede ocurrir en forma natural por acción de la gravedad o en forma artificial por aumento de la gravedad o presión externa. Estos mecanismos de deshidratación se pueden implementar en distintos tipos de unidades, las cuales cuentan con diseños ampliamente probados y equipamientos disponibles a nivel comercial CENTRIFUGACIÓN La centrífuga consiste en un rotor cilíndrico cónico dentro del cual existe un tornillo helicoidal, ambos girando a gran velocidad en el mismo sentido, de magnitud normalmente del orden de 10.000 veces mayor a la gravedad. Debido a que la velocidad del tornillo es ligeramente inferior a la del rotor, se simula el efecto de un sinfín lento. El lodo se introduce en el rotor por medio de un tubo de alimentación central, siendo impulsado hacia la periferia del rotor por acción de la fuerza centrífuga. Las partículas sólidas, al ser más pesadas que el agua, se depositan en la pared del rotor dejando circular el agua, la cual rebosa por las salidas ubicadas del lado de mayor diámetro del rotor Los lodos que se van acumulando en la pared del rotor, son continuamente arrastrados a lo largo de la zona cónica y dejan la centrífuga por las salidas ubicadas del lado de menor diámetro MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 22 FILTROS DE BANDA El principio consiste en escurrir el lodo entre dos bandas sin fin bajo presión. Inicialmente el lodo debe ser acondicionado químicamente en un tanque de mezcla. El lodo acondicionado es colocado sobre la banda inferior donde ocurre drenaje por gravedad. A partir del punto donde las bandas se encuentran el lodo es transportado entre ellas. Las bandas se desplazan entre rodillos que provocan compresión sobre el material. La utilización de rodillos de distinto diámetro permite aumentar la presión y cambiar la dirección de la banda ejerciendo un efecto de cizalladora. Al final del circuito el lodo deshidratado se separa por gravedad con ayuda de un raspador. La parte de la banda que regresa es limpiada en forma continua por medio de chorros de agua. Posteriormente la materia orgánica es transportada por bandas al cono de recolección donde este envía los residuos a recolector para después utilizar estos residuos como compostas o abono orgánico. MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 23 LINEA DE GAS Gas producido por agentes anaerobios en el proceso de la digestión en la línea de lodos. SISTEMA DE CLORACION La cloración se realizara mediante cloro gas en la cual el agua ya clarificada tendrá un recorrido por una estructura serpenteante en la cual estará el cloro en contacto con el agua durante un tiempo mínimo de 30 minutos, antes de ser vertida al efluente. MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 24 MEDIDOR PARSALL Es la última estructura por la que pasara el agua antes de ser entregada a rio Huatanay. COGENERACIÓN Los sistemas de cogeneración son una alternativa eficiente a los sistemas tradicionales de utilización de la red eléctrica. Su función es la producción de energía eléctrica y térmica a partir de la combustión de gas. Las aplicaciones de este gas de digestión son como combustible para producción de energía. La planta depuradora contiene un motor que se alimentan con el biogás almacenado en el gasómetro, este libera los gases o vapores, y a su vez manda el agua caliente a la caldera. A este motor se le acopla un generador cuya energía eléctrica producida sirve para abastecer algunas partes de la estación MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 25 Conclusiones Respecto al control de calidad del agua de la planta de tratamiento de san jerónimo es solo para regadíos y no para consumo humano Para cumplir con la normativa que exige la ley general de aguas, es necesario implementar tratamiento terciario El agua al final del tratamiento tiene un PH mayor a siete lo que indica que no es para consumo Anexos MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 26 MECÁNICA DE FLUIDOS I “planta de tratamiento de aguas residuales cusco” Página 27