Universidad Nacional Agraria La Molina

Departamento de Fsica, Ingeniera Ambiental y Meteorologa

INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES

DISEO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARA UNA PEQUEA COMUNIDAD RURAL

Integrantes:

Juli Cardenas Barzola20060088Cesar Enrique Ricalde20060097Jorge Fernandez Najarro20060994Rita Jarandilla Lora20000793Cindy Len Schwartz20050115Cecilia Merino Prado20030572

Profesor: Lawrence Quipuzco

Fecha de entrega: 20 04 11

DISEO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARA UNA PEQUEA COMUNIDAD RURAL1. INTRODUCCION

En su vida, el ser humano genera desperdicios constantemente. Los residuos propios de la actividad humana, si no son adecuadamente tratados, contaminan agua y suelos.

Las aguas residuales a menudo son vertidas directamente en cuerpos de agua, sin haber recibido tratamiento previo, contaminndolos severamente y siendo el origen de enfermedades infecciosas que afectan a todas personas, sobre todo a los nios y a madres gestantes.

La ayuda tcnica, y una nueva poltica de estado permiten implementar, de manera sencilla y econmica, sistemas de tratamiento de las aguas residuales para contribuir con la reduccin de fuentes de contaminacin generadas por las actividades antropogenicas tales como la minera, buscando el desarrollo sostenible de las actividades humanas donde los componentes, social, econmico y ambiental estn armonizados y en equilibrio.

2. OBJETIVOS

2.1 Disear un sistema de tratamiento de agua residual para una pequea comunidad rural de 450 personas.

2.2 Familiarizarnos con los procedimientos de gabinete para concluir el diseo de un sistema de tratamiento.

2.3 Recuperar las caractersticas ecolgicas y sanitarias, y preservar las condiciones naturales de los cuerpos de agua que se encuentran en el rea de influencia del campamento minero.

3. MARCO TEORICO

Las plantas de tratamiento de aguas residuales en su mayora se fundamentan procesos fsicos, qumicos y biolgicos. En los procesos biolgicos naturales, las bacterias u otras formas vivas microscpicas o sub-microscpicas, reducen las sustancias orgnicas a formas poco oxidadas, algunos slidos son disueltos o pasan al estado lquido, y se desprenden gases, que contienen principalmente anhdrido carbnico, metano, sulfuros y trazas de otros.

Figura N 1 ESQUEMA GENERAL DE SISTEMA DE TRATAMIENTO

El tratamiento biolgico, con base a nuestros bioproductos es capaz de suprimir factores limitantes que restringen la velocidad del crecimiento microbiano y el metabolismo de las sustancias contaminantes, los factores controlados generalmente son las concentraciones de nutrientes, la concentracin de oxigeno molecular, el potencial redox etc., aportando adems, estimulo a la poblacin autctona mejorando su metabolismo.

El tratamiento biolgico involucra el uso de microorganismos para la degradacin de los contaminantes orgnicos e inorgnicos. La actividad biolgica altera la estructura molecular del contaminante y el grado de alteracin determina si se ha producido biotransformacin o mineralizacin. La biotransformacin es la descomposicin de un compuesto en otro similar no contaminante o menos txico, mientras que la mineralizacin es la descomposicin a dixido de carbono, agua, y material celular.

Los parmetros crticos a considerar en un tratamiento biolgico son: concentracin de microorganismos, concentracin de nutrientes, aireacin, condiciones macro ambientales y biodisponibilidad del contaminante.

Las consideraciones para el diseo del tratamiento de las aguas residuales estn basadas, en parte, en las caractersticas del agua a ser tratada, por lo tanto es importante el conocimiento de sus caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas.3. 1 CALIDAD DE AGUAEl concepto calidad del agua se refiere al conjunto de sus caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas, clasificadas en relacin con caractersticas modelo definidas, y segn su uso definido. Por ejemplo, si la calidad que se toma como referencia es el agua potable, se podr establecer una clasificacin de la aptitud de cualquier muestra para dicho uso. Existen metodologas para obtener ndices de calidad del agua, comparando el valor de los parmetros fsicos, qumicos y biolgicos de una muestra con los correspondientes a la caracterizacin de base.3. 2 QUE ES UNA PTAR?Los sistemas de tratamiento estn conformados y convenientemente dispuestos, mediante las cuales se pretende eliminar el residuo slido, la materia orgnica, los microorganismos patgenos y, a veces, otros elementos contenidos en un agua residual. De esta manera, se quiere suplir la falta de capacidad autodepuradora del medio ambiente debido al exceso de carga de los afluentes. Los mtodos de tratamiento en los que predomina la aplicacin de fuerzas fsicas son conocidos como Operaciones Unitarias. Aquellos en los que la eliminacin de contaminantes se consigue mediante reacciones qumicas o biolgicas se conocen como Procesos Unitarios. Las Operaciones o Procesos Unitarios se agrupan para constituir lo que se conoce como Tratamiento Preliminar o Primario, Secundario y TerciarioEl tratamiento de aguas residuales (o agua servida, domstica, etc.) incorpora procesos fsicos qumicos y biolgicos, que tratan y remueven contaminantes fsicos, qumicos y biolgicos introducidos por el uso humano cotidiano del agua. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable al ambiente, y un residuo slido o lodo que con un proceso adecuado sirve como fertilizante orgnico para la agricultura o jardinera.Las aguas residuales pueden ser tratadas dentro del terreno de la comunidad (por ejemplo: tanques spticos u otros medios de depuracin) y en caso de zonas comunales, stas son llevadas mediante una red de tuberas y eventualmente pueden utilizar bombas para ser trasladados a una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para colectar y tratar las aguas residuales domsticas de la descarga estn tpicamente sujetos a regulaciones locales y sectoriales (regulaciones y controles). Foto N 1 PTAR en una comunidad rural

Estos procesos de tratamiento son tpicamente referidos a un: Tratamiento primario: Es para reducir aceites, grasas, arenas y slidos gruesos; es decir el proceso de asentamiento de los slidos. Este paso est enteramente hecho con maquinaria, por esa razn es conocido tambin como tratamiento mecnico. Tratamiento secundario: Es designado para degradar el contenido biolgico de las aguas RESIDUALES que se derivan desperdicios generados por el hombre (desechos fecales, orines, residuos de comida, jabones y detergentes); es decir el tratamiento biolgico de slidos flotantes y sedimentados. Tratamiento terciario: Etapa final que permite aumentar la calidad del efluente al estndar requerido antes de que ste sea descargado al ambiente receptor r (mar, ro, lago, campo, etc.); es decir son pasos adicionales al tratamiento (micro-filtracin o desinfeccin). Se puede utilizar ms de un proceso terciario de tratamiento en una planta de tratamiento. Si la desinfeccin se practica siempre en el proceso final, este proceso se denomina pulir el efluente.Figura N 2 ESQUEMA DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

3. 3 CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS NATURALES Y SUS PROCESOSEn el medio natural cuando interactan el agua, el suelo, las plantas, los microorganismos y la atmsfera, se producen procesos fsicos, qumicos y biolgicosCuadro N 1 PROCESOS NATURALES

3. 3. 1 VENTAJAS DE LAS MACRFITAS Mantienen la capacidad hidrulica del suelo; su actividad mecnica permite desplazar el suelo y romper las capas colmatantes. La muerte de races favorece el desarrollo de tneles que facilitan el flujo a largo plazo(4). Transfieren gases entre la atmsfera y los sedimentos. El escape de oxgeno desde las estructuras subsuperficiales de las plantas oxigena otros espacios dentro del sustrato. Retienen y procesan los nutrientes y numerosos productos que puede incorporar a sus ciclos metablicos. Los sistemas de raz dan lugar a sitios para la fijacin de microorganismos: En climas fros, la acumulacin de detritos vegetales sobre el lecho de grava. Proporciona un aislamiento trmico que es til durante los meses de invierno. Estabilizan el substrato y limitan la canalizacin del flujo. - El tallo de los sistemas de la raz dan lugar a sitios para la fijacin de microorganismos(5).Estas plantas tienen la capacidad de purificar el agua mediante la asimilacin directa de nutrientes, especialmente el nitrgeno y el fsforo, que son retirados del medio e incorporados al tejido vegetal, siendo stos tambin, los principales contaminantes de la eutrofizacin de los cuerpos de agua. Las macrfitas son capaces de transportar oxgeno en grandes cantidades desde los tallos hacia sus races y rizomas, donde es utilizado por los microorganismos hetertrofos que crecen sobre ellos, en forma de una biopelcula, los que tambin contribuyen a la reduccin de la contaminacin a travs de procesos aerbicos de degradacin.Cuadro N 2 TIPOS DE MACROFITAS

3. 4 PORQU NECESITAMOS UNA PTAR?Cuando un vertido de agua residual sin tratar llega a un cauce produce varios efectos sobre l:1. Tapiza la vegetacin de las riberas con residuos slidos gruesos que lleva el agua residual, tales como plsticos, utensilios, restos de alimentos, etc.1. Acumulacin de slidos en suspensin sedimentables en fondo y orillas del cauce, tales como arenas y materia orgnica.1. Consumo del oxgeno disuelto que tiene el cauce por descomposicin de la materia orgnica y compuestos amoniacales del agua residual.1. Formacin de malos olores por agotamiento del oxgeno disuelto del cauce que no es capaz de recuperarse.1. Entrada en el cauce de grandes cantidades de microorganismos entre los que pueden haber elevado nmero de patgenos.1. Contaminacin por compuestos qumicos txicos o inhibidores de otros seres vivos (dependiendo de los vertidos industriales)1. Aumenta la eutrofizacin al portar grandes cantidades de fsforo y nitrgeno.3. 4. 1 ANALISIS PRE TRATAMIENTOAntes de hacer uso de las aguas residuales tratadas deber contar con la autorizacin pertinente de la autoridad competente.1. Slidos en suspensin o materias en suspensin: Corresponden a las materias slidas de tamao superior a 1 m independientemente de que su naturaleza sea orgnica o inorgnica. Gran parte de estos slidos son atraidos por la gravedad terrestre en periodos cortos de tiempo por lo que son facilmente separables del agua residual cuando sta se mantiene en estanques que tengan elevado tiempo de retencin del agua residual.1. D.B.O.5 (Demanda biolgica o bioqumica del oxgeno): Mide la cantidad de oxgeno que necesitan los microorganismos del agua para estabilizar ese agua residual en un periodo normalizado de 5 das. Cuanto ms alto es el valor peor calidad tiene el agua.1. D.Q.O. (Demanda Qumica de Oxgeno): Es el oxgeno equivalente necesario para estabilizar la contaminacin que tiene el agua, pero para ello se emplean oxidantes qumicos enrgicos.1. Nitrgeno. Las formas predominantes de nitrgeno en el agua residual son las amoniacales (amonio-amoniaco), nitrgeno orgnico, nitratos y nitritos.1. Fsforo: bien como fsforo total, bien como ortofosfato disuelto.3. 4. 2 ANALISIS POST TRATAMIENTOEl agua tratada deber ser clara, sin slidos suspendidos apreciables, pudiendo destinarlo para riego de plantas de tallo largo como flores y rboles ornamentales.Segn lo dispuesto en el artculo 1 del Decreto Supremo N 003-2003-SA, en caso de que el agua tratada sea usada para riego de vegetales de consumo crudo debern cumplir con las siguientes caractersticas mnimas permisibles: Coliformes Totales: 5,000 NMP/100 mL (nmero ms probable de organismos coliformes por 100 mL). Coliformes Fecales: 1,000 NMP/100 mL. Demanda Bioqumica de Oxigeno (DBO): 15 mg/L Oxgeno Disuelto (OD): 3 mg/L.Los sistemas de tratamiento planteados y recomendados tienen una alta eficiencia. As tenemos: El Tanque Imhoff, tiene un eficiencia de tratamiento promedio de 80%. El Humedal artificial tiene un eficiencia de tratamiento promedio de 85% (97% en coliformes fecales). Apreciamos pues que su alta eficiencia permite garantizar el uso de las descargas tratadas como agua tipo IV para riego en agricultura.3. 5 DISEO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTOEn el diseo e implementacin de los sistemas de tratamiento se requiere de la asistencia y supervisin de un profesional en ingeniera sanitaria y/o a fines.Cuadro N 3 Alternativa de diseo para el tratamiento de aguas residuales para pequeas poblaciones

3. 5. 1 CASOS PRACTICOS MINCETUR PROYECTO DE ALBERGUESCuadro N 4 Caractersticas del Diseo de tratamiento de aguas residuales para 50 personas

Cuadro N 5 Caractersticas del Diseo de tratamiento de aguas residuales para 100 personas

En el siguiente cuadro presentamos la alternativa complementaria de tratamiento a las aguas grises generadas por la aguas residuales de los lavaderos y duchas de las viviendas rurales. Cuadro N 6 Manejo y Tratamiento de aguas residuales

DISEO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA UNA POBLACIN DE 100 PERSONASEste diseo est dispuesto para una poblacinde 100 personas que generen ms de 20m3 de aguas residuales e involucra las siguientes unidades de tratamiento (Anexo 1.2):- Un Tanque Imhoff- Cuatro Humedales Artificiales- Destino final del agua tratadaa. Tanque ImhoffEste sistema se utiliza para poblaciones mayores a 50 personas que generen ms de 20 m3 de aguas residuales. El tanque Imhoff ser de concreto y estar constitudo por las siguientes partes:- Cmara superior o sedimentacin.- Zona de espuma.- Cmara inferior o de digestin de lodos.Figura N 2 Esquema de un sistema de aguas residuales para 100 personas cuando el agua tratada sea vertida a un cuerpo de agua (en condiciones dispuestas por la autoridad competente) .

a.1 Cmara superior o de sedimentacinEsta cmara tendr las siguientes dimensiones: 1.3 m de largo, 0.5 m de ancho y 1.5 m de profundidad total. El fondo de la cmara tendr una seccin transversal en forma de V y una inclinacin de los lados con respecto a la horizontal de 50. En la arista central se dejar una abertura de 0.20 m para el paso de slidos, prolongndose 0.20 m horizontalmente a uno de los lados a fin de impedir el paso de los gases hacia el sedimentador.a.2 Zona de espumaEs una zona en la que se acumular las espumas y grasas, stos son producto de la digestin de los lodos. Se ubicar a cada lado de la cmara de sedimentacin. Las dimensiones de que se han considerado para esta zona son: 1 m. de ancho interno y 1.3 m de largo.a.3 Cmara inferior o de digestin de lodos Se ubica a 0.50 m por debajo del fondo de la cmara superior (sedimentador). Para almacenar un volumen de 1.4 m3 de lodo, se tendr una profundidad total 0.6 m, adems una tolva en forma del tronco de la pirmide, siendo la inclinacin de las paredes a 15 de la horizontal.b. Humedales Artificiales o BiofiltrosLas aguas provenientes del tanque Imhoff sern distribuidas a 3 humedales artificiales o biofiltros. Cada humedal tendr las mismas caractersticas en dimensiones que las escritas en el caso del diseo para 50 personas.C. Disposicin final del agua tratadaLas aguas residuales pueden ser dispuestas para un rea de cultivo de plantas de tallo largo o agroforestera, o a un cuerpo de agua. Es importante resaltar que para la disposicin de las aguas residuales a un cuerpo de agua debe cumplirse con las caractersticas mnimas dispuestas por la normatividad nacional dispuestas por DIGESA (Direccin General de Salud Ambiental).3. 6 DESCRIPCION DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES3. 6. 1 CAMARA DE REJASEs una estructura, donde se tiene anclado un sistema de rejas, para la retencin de los residuos grandes y evitar que lleguen al Tanque Imhoff. Las aguas residuales contienen trapos, desperdicios, pedazos de madera, arena, etc., que deben ser removidos antes de ingresar a las unidades de tratamiento debido a que pueden obstruir caeras, canaletas, orificios, etc. que una vez admitidas en laPara tal efecto, la planta debe contar con un sistema de rejas ubicado a la entrada el recinto de la planta de tratamiento de aguas residuales. Los residuos deben extraerse tantas veces al da como sea necesario para prevenir convenientes al libre escurrimiento del lquido. Como medida precaucin, no se deber aceptar que el porcentaje de obstruccin supere el 60% de la superficie til de la reja. Indudablemente, esta frecuencia podr variar en funcin a la cantidad de materia que se obtengan duran requerir como mnimo de dos limpiezas por da, preferentemente por la maana y por la tarde, al inicio y fin de la jornada de trabajoLos residuos retenidos en las rejas sern removidos con rastrillos de mango largo, los que deben ser livianos para facilitar su manejo. Algunas veces los operadores, al efectuar el rastrilleo, fuerzan el paso de los residuos a travs de los espacios entre barras hacia el lquido, anulando el propsito de las rejas. La correcta forma de hacerlo es rastrillar cuidadosamente el material hacia la plataforma de desage, donde escurre el lquido sobrante por el desage, instalado generalmente all. El material retenido en las rejas deber ser transportado a un sitio dentro de la planta con ayuda de una carretilla de mano. Para tal efecto, se podr contar con un pozo de dimensiones adecuadas localizado en lo posible cerca de la cmara de rejas o sencillamente disponer de un contenedor para el posterior retiro del material hacia un relleno sanitario, fuera del recinto de tratamiento. Foto N 2 Cmara de Rejas

El obrero ser responsable de depositar diariamente los residuos y recubrirlos con una pequea capa de cal CaCO por lo menos una vez al da, y/o de agregar una capa de material de acopio disponible en el recinto. Se prev un espesor de recubrimiento de un centimetro de cal y de unos dos a tres centmetros de relleno. De esta manera, se evitar que el material enterrado est expuesto al ambiente, provocando la produccin de malos olores (por la descomposicin de la materia orgnica) y la proliferacin de insectos. En la eventualidad de que el pozo haya alcanzado su colmatacin, el operador deber prever la construccin de un nuevo pozo de iguales caractersticas3. 6. 2 DESARENADOREsta instalacin se ubica inmediatamente aguas abajo de la cmara de rejas y permite retener los slidos suspendidos no inorgnicos de menor tamao factibles de decantar (mayor a 0.2 mm), como por ejemplo material fino, arena u otro elemento inerte no retenido en la cmara de rejas y que pueda ingresar a las lagunas. La frecuencia de limpieza ser una vez por semana o cada 15 das, siempre que el material acumulado no ocupe ms de la mitad de la altura de la cmara de almacenamiento o 2/3 de su extensin. El propsito es prevenir que los estanques de acumulacin se colmaten y que el material sea removido de stos hacia las unidades de tratamiento. Esta labor tambin ser controlada durante la puesta en marcha de la planta a fin de determinar con ms precisin la frecuencia ptima de limpieza.3. 6. 3 CANALETA PARSHALL En las plantas de tratamiento es necesario que existan obras de medicin que permitan conocer el ingreso del caudal a las lagunas. Se debe controlar y garantizar un apropiado funcionamiento de estos vertederos a travs de medidas de control en el aforo del caudal, con el fin de determinar posteriormente los tiempos de retencin hidrulico en las unidades de tratamiento.Foto N 3 CANALETA PARSHALL

3. 6. 4 TANQUE IMHOFFGENERALIDADES. El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remocin de slidos suspendidos. Para comunidades de 5000 habitantes o menos, los tanques imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domsticas, ya que integran la sedimentacin del agua y la digestin de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo tambin se llama tanques de doble cmara. Los tanques imhoff tienen una operacin muy simple y no requiere de partes mecnicas, sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y de remocin de arenas. El tanque Imhoff tpico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos: 1. Cmara de sedimentacin. 2. Cmara de digestin de lodos. 3. rea de ventilacin y acumulacin de natas.

Conceptos previos:-Afluente: Lquido que llega a una unidad o lugar determinado, por ejemplo el agua que llega a una laguna de estabilizacin. - Aguas servidas: Todas las aguas de alcantarilla, ya sean de origen domsticos (aguas de las casas habitacin, edificios comerciales, etc.) o industrial, una vez que han sido utilizadas por el hombre.-Cmara de digestin: Unidad de los tanques imhoff, donde se almacenan y digieren los lodos. - Cmara de sedimentacin: Unidad del tanque imhoff, donde se remueven gran parte de los slidos sedimentables. - Caudal: Volumen de agua que pasa por un punto dado por unidad de tiempo. Se expresa normalmente en l/seg o m3/seg. - Demanda bioqumica de oxgeno (D.B.O.): Cantidad de oxgeno utilizado en la oxidacin bioqumica de la sustancia orgnica, en un tiempo y a una temperatura especificada. Depende enteramente de la disponibilidad de materia utilizable como alimento biolgico y de la cantidad de oxgeno utilizado por los microorganismos durante la oxidacin. - Deshidratacin de lodos: proceso de remocin del agua contenida en los lodos. - Eficiencia: Relacin entre la capacidad real y la terica total de una unidad o equipo. Usualmente se expresa en %. - Efluente: Lquido que sale de una unidad o lugar determinado, por ejemplo agua que sale de una laguna de estabilizacin. - Infiltracin: Efecto de penetracin o infiltracin del agua en el suelo. - Lecho de lodo: Lugar donde se deshidratan los lodos estabilizados provenientes del tanque imhoff. - Lodos: Slidos que se encuentran en el fondo del tanque imhoff y que son evacuados a un lecho de secado. - Nata: Sustancia espesa que se forma sobre el agua almacenada en el tanque imhoff compuesto por residuos grasos y otro tipo de desechos orgnicos e inorgnicos flotantes. - pH: Concentracin de ionSlido Sedimentable: Partcula presente en el agua residual, que tiene la propiedad de precipitar fcilmente.

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA El ingeniero responsable del proyecto, deber tener en claro las ventajas y desventajas que tiene al emplear el tanque imhoff para el tratamiento de las aguas residuales domsticas de una poblacin.Ventajas - Contribuye a la digestin de lodo, mejor que en un tanque sptico, produciendo un lquido residual de mejores caractersticas. - No descargan lodo en el lquido efluente, salvo en casos excepcionales. - El lodo se seca y se evaca con ms facilidad que el procedente de los tanques spticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad- Las aguas servidas que se introducen en los tanques imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separacin de las arenillas. - El tiempo de retencin de estas unidades es menor en comparacin con las lagunas. - Tiene un bajo costo de construccin y operacin. - Para su construccin se necesita poco terreno en comparacin con las lagunas de estabilizacin. - Son adecuados para ciudades pequeas y para comunidades donde no se necesite una atencin constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos para evitar la contaminacin de las corrientes. Desventajas - Son estructuras profundas (>6m). - Es difcil su construccin en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel fretico sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando est vaci. - El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgnica y microbiolgica. - En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto.Conocidas las ventajas y desventajas del tanque imhoff, quedar a criterio del ingeniero encargado del proyecto si es conveniente emplear esta unidad, en la localidad donde se desea tratar las aguas residuales de uso domstico. Cabe resaltar que esta alternativa resulta adecuada en caso no se cuente con grandes reas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas residuales domsticas, como es el caso de las lagunas de estabilizacin, adems de que el tanque imhoff deber esta instalado alejado de la poblacin, debido a que produce malos olores. El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de slidos suspendidos y reduce la DBO de 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque imhoff se extraen peridicamente y se conducen a lechos de secados. Debido a esta baja remocin de la DBO y coliformes, lo que se recomendara es enviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remocin de microorganismos en el efluente.RECOMENDACIONES PARA EL MANTENIMIENTOSe requiere de vigilancia diaria, si se desea conseguir un buen rendimiento, reducir los olores y evitar efectos desagradables. La espuma de la cmara de sedimentacin debe eliminarse diariamente, utilizando algn tipo de despumador; ya que se elimina lentamente cuando se acumula en los respiraderos de gas, donde llega a secarse.45 Se debe pasar un rodillo de mango largo diariamente por las paredes, desprendindose de esta manera sedimentos que caen a travs de las ranuras hacia la cmara de sedimentacin. La remocin de los lodos digeridos de la cmara de digestin se debe efectuar seis (06) veces al ao. Esto se realiza cuando la topografa del terreno lo permita, colocndose una tubera de drenaje de lodos en la parte ms profunda del tanque (zona de ingreso). La tubera estar provista de una vlvula para efectuar la evacuacin de los lodos hacia el lecho de secado. Todos los slidos que se obtienen de las limpiezas antes mencionadas, se mezclan y se procede a seca. Los lodos depositados en esta pila o montculo se combinan una vez por semana, para que su deshidratacin sea ms rpida y uniforme. Despus de aproximadamente tres meses se saca el lodo de la pila o montculo, y se eliminan los slidos inorgnicos, mezclndose con cal y corteza seca de arbusto o pasto seco (hojarasca). Esta mezcla se utiliza como abono orgnico para la aplicacin en jardines, cultivos agrcolas de tallo alto y agroforestera.3. 6. 5 HUMEDALESDenominado tambin biofiltro o pantano seco artificial, puede ser usado como el tratamiento secundario de las aguas residuales, instalndose de forma complementaria al Tanque sptico o Imhoff.Un biofiltro es un humedal artificial de flujo subterrneo, sembrado con plantas acuticas en la superficie del lecho filtrante, por donde las aguas residuales pre-tratadas fluyen en forma horizontal o vertical. El presente manual se enfoca en los biofiltros de flujo horizontal.

El humedal artificial esta constitudo de:a. Plantas acuticas: carrizo o caa brava, papiro, junco, totora, achira u otros.b. Material filtrante: grava, confitillo y arena.c. Tubos y codos de PVC de 2 pulgadas de dimetro.d. Impermeabilizacin de la poza con geomenbrana.Un biofiltro de flujo horizontal consta de pilas rectangulares con profundidades que oscilan entre 60 y 100 cm., con un relleno de material grueso (5 a 10 cm. de dimetro) en las zonas de distribucin (entrada) y recoleccin (salida). La fraccin principal del lecho filtrante, ubicada entre las zonas de material grueso, es homognea y ms fina, normalmente de 0.5 a 15 mm de dimetro, tal como se muestra en la Figura N4.Figura N 4: Seccin Longitudinal de un biofiltro de flujo horizontal

En este tipo de biofiltro, las aguas residuales pre-tratadas fluyen lentamente desde la zona de distribucin en la entrada de la pila, con una trayectoria horizontal a travs del lecho filtrante, hasta llegar a la zona de recoleccin del efluente. Durante este recorrido, que dura de tres a cinco das, el agua residual entra en contacto con zonas aerbicas (con presencia de oxgeno) y anaerbicas (sin presencia de oxgeno), ubicadas las primeras alrededor de las races de las plantas (los rizomas fijan los metales) (Figura N4), y las segundas en las reas lejanas a las races (microorganismos remueven los patgenos). Durante su paso a travs de las diferentes zonas del lecho filtrante, el agua residual es depurada por la accin de microorganismos que se adhieren a la superficie del lecho y por otros procesos fsicos tales como la filtracin y la sedimentacin.

Figura N5: Plantas Acuticas que pueden ser utilizadas para el biofiltro.

Es una de las tcnicas de tratamiento sencilla, aplicable a zonas rurales, y que adems mejora el paisaje esttico de la zona donde se implemente (Figura N5).

OTRAS RECOMENDACIONES PARA MANTENIMIENTO DE HUMEDALESSe debe contar con un plan de operacin y mantenimiento que debe formularse durante la etapa del planeamiento, enfocndose en los siguientes factores: Planificar los residuos de la vegetacin y el sedimento. Asegurarse que el flujo alcance todas las partes del humedal. Mantener un ambiente saludable para los microbios. Mantener un crecimiento vigoroso de vegetacin.Se debe construir un cerco alrededor de la planta de tratamiento , para evitar el acceso a personas sin autorizacin que puedan provocar daos en las instalaciones. Los humedales artificiales deben controlarse peridicamente para observar las condiciones generales del sitio y para descubrir cambios importantes que puedan ser adversos al entorno, como erosin o crecimiento de vegetacin indeseable.Se debe supervisar la vegetacin peridicamente para evaluar su condicin sanitaria y su abundancia. La vegetacin del humedal construdo est sujeto a cambios graduales de ao en ao. El sistema de depuracin deber ser revisado peridicamente para comprobar su buen funcionamiento y solucionar anomalas, como atascos en la entrada, flujo superficial excesivo, existencia de zonas preferentes al paso de agua, etc. Se debe vigilar la acumulacin anual de lodo y residuos vegetales.Se estima que un sistema con plantas emergentes bien diseado y manejado puede durar al menos treinta y cinco (35) aos sin necesidad de ser renovado.Cuando sea necesario levantar el sistema, el sustrato resultante ser un material tipo turba (es el resultado de la descomposicin durante largos aos de diferentes musgos), que podr ser utilizado para fines agrcolas como fertilizante de suelo. Deber planificarse una persona encargada de la operacin y mantenimiento de la planta de tratamiento, quien se dedicar a tiempo completo a su cuidado y funcionamiento. No se necesita a alguien especializado o con conocimientos superiores, ya que el trabajo a realizar es sumamente sencillo. De preferencia puede contratarse al personal obrero que ha elaborado el humedal y este viviendo en la comunidad. Para todos los casos, en las unidades de tratamiento se recomienda la instalacin de un cobertor o cinturn verde compuesto por rboles y arbustos de preferencia con abundante cobertura foliar y floral, de esta manera amortigen los malos olores que se producen en las unidades de tratamiento.Figura N 6: Relacin del Biofiltro y su entorno, as como el albergue en zonas rurales.

4. METODOLOGIA DEL DIMENSIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO

4. 1 DISEO DE LA CMARA DE REJAS:Poblacin (P): 450 habitantesDotacin (D): 100 l/habdiaK = 0.8

Caudales de diseo:

DimensionesEsparcimiento entre barras (a)Espesor (e)Ancho (A)

Rangos de medidaGruesa: 40 100 mm5 15 mm30 75 mm

Media: 20 40 mm

Fina: 10 20 mm

Asumiendo:

Esparcimiento entre barras (a):

1 pulgada 25.4 mm 0.03 m

Espesor (e):

pulgada 6.35 mm 0.01 m

Ancho:

1 38 mm 0.038 m

Eficiencia de las rejas (E):

Velocidad de paso entre rejas (V):

Asumamos: 0.7 m/s

Velocidad aguas arriba (Va):

rea til (Au):

rea Total (AT):

Canal:

Constante de rugosidad de Maning: n = 0.013 Ancho de canal (B): B = 0.17 m

Ymx (Tirante):

Radio hidrulico (Rh):

Pendiente (S) del canal:

Nmero de barras (N):

Perdida de carga entre la reja (hf):

Perdida de carga del paso de agua a travs de las barras:Donde: g = aceleracin de la gravedad= 9.8 m/s2

Perdida de carga con rejas al 50% de ensuciamiento :

4. 2 DISEO DE BY PASS:

Donde: L = b = ancho del vertedero = 0.22 m H = altura del agua sobre el vertedero = Y (Tirante) = 0.022 m

Calculo de la pendiente en el By Pass:

4. 3 DATOS DEL EMISOR DE INGRESO A LA PANTALLA:

Dimetro (De): 4 pulgadas 0.1 m

Velocidad del emisor (Ve):

Pendiente del emisor (Se):

Perdida de la carga en la transicin (Wft):

Desnivel entre el fondo de la tubera y el fondo del canal (Z):

Calculo del material retenido en las rejas:

ABERTURA (mm)CANTIDAD (litros de material cribado/m3 de agua residual)

200.038

250.023

350.012

400.009

Tasa = 0.023 l/m3Caudal promedio = Qp = 0.0004 m3/s 36 m3/da

Material retenido:

4. 4 DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR:

Datos:

caudal promedio de desage: caudal mximo de desage: caudal mnimo de desage: Velocidad horizontal de flujo (Remocin de partculas con dimetro medio igual a 0.2 mm) Tasa de acumulacin de arena B = 0.28rea mxima de seccin transversal (Ast):

Tirante mximo en el canal:

rea superficial del desarenador (As):

Dnde: Tad = Tasa de aplicacin de desage (m3/m2h) Tad debe estar entre

Longitud til del desarenador (L):

Verifiquemos que sea como mnimo 25 ; Se cumple con lo esperado, es decir queda verificado.Calculo de la pendiente del fondo del canal:

Dimensionamiento de la tolva:Cantidad de material retenido (Vad)

Donde: Vad = Volumen de arena diariaQp = Caudal promedioTaa = 0.03 L/m3 Promedio de limpieza (PL):Asumiendo PL = 5 dasVTV: entonces la tolerancia tiene una capacidad de?

Determinacin de las dimensiones:

4. 5 DISEO DE LA CANALETA PARSHALLCaudales de diseo:

Ecuacin:

De la tabla 1 4:

Tomamos el valor de:

W (cm)Capacidad: l/sRadio (m)

7.6MnimaMxima-

0.8553.8

Ahora ubicamos en la tabla las dimensiones estandarizadas de Canales Parshall

Entonces en el grafico ubicamos los valores:h = 0.022mG = 0.305 m VISTA LONGITUDINALH = 0.027 m E = 0.457 m F = 0.152 m D = 0.259 m C = 0.178 m B = 0.457 m N = 0.057 m K = 0.025 m VISTA PLANTAW = 0.076 m

4. 6 TANQUE IMHOFF

Diseo del sedimentador:

Caudal de diseo, m3/hora (Qp):

rea del sedimentador (As, en m2):

Donde: Cs: Carga superficial, igual a 1 m3/ (m2hora) Volumen del sedimentador (Vs, en m3):

R: tiempo de retencin hidrulica, entre 1.5 a 2.5 horas (recomendable 2 horas)

El rea tiene una relacin 4:1, entonces Largo Ancho = 1.5 m2

h = 0.5 m30600.6 m0.3 m

Profundidad = H + h = 1.83 m + 0.5 m = 2.33 mDiseo del digestor:

Volumen de almacenamiento y digestin (Vd, en m3), para el problema asumimos T = 15 C

Temperatura CFactor de capacidad relativa (fcr)

52.0

101.4

151.0

200.7

> 250.5

1 m1 m0.6 m0.25 m0.25 m

rea de natas = 2 1 m 2.4 m = 4.8 m2

rea Total = (2 1 m + 2 0.25 m + 0.6 m) 2.4 m = 7.44 m2

Superficie libre total =

5.3 m1 m1 m0.6 m0.25 m0.25 m3.1 m2.9 m

= 0.9 m1.8 m1.55 m3060

Profundidad til = 4.8 m Profundidad total = Profundidad til + 0.5 m = 5.3 m

DISEO DEL TANQUE IMHOFF:

4.7 DISEO DE LAGUNA ANAEROBICA

Poblacion=450 habDotacion= 100 L/hab.dia

Caudal:Q = P D 0.8Q = 450 100 0.8Q = 36 m3/dia

PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO PRIMARIO

DBO: 200 mg/l DBO: 120 mg/lSS: 300 mg/l SS: 120 mg/lCF: 107 NMP/100 ml CF: 107 NMP/100 ml

TRATAMIENTO SECUNDARIO % DBO = 80 % DBO= 24 mg/l% SS = 90 % SS= 12 mg/lCF = 1 - 2.5 CF= 105 NMP/100 ml

Asumiendo:

TH=50 L/m2.diaTH=Q/A Donde: A= Q/TH = 720 m2

Relacin largo/ ancho: L/W = 2 2k2 4 = 720 m2 k = 10 m

Por el tamao que implicara un solo humedal, se har uso de 4 humedales En humedales se recomienda no sobrepasar en:

TH: 40 50 L/m2.diaTO: 05 08 gr/m2.dia

Carga orgnica aplicada por humedal: el caudal queda dividido para cuatro lagunas, asi q entra a cada laguna un caudal de 9 m3/da.

TO = (DBO afluente x Q) /A = (120 mg/L x 9 m3/da) /200 m2

TO = 5.4 gr/m2.dia

Tiempo de retencin (T):

Q=V/T T= V/Q T = [(L x W x Prof.) x n]/ Q T = (10 x 20 x 1.3 x 0.5)/36 T = 4

Donde:

n = porosidad n=0.5

20 m10 mm = 31

L= 20m W=10m

CORTE LONGITUDINAL

CORTE TRANSVERSAL

5. ANALISIS DEL DISEO

5. 1 MATERIALES DE CONSTRUCCIONEl sistema propuesto es a base de materiales inertes que no permiten su deterioro por corrosin o incrustaciones. El tanque Imhoff es de concreto armado. Las tuberas diversas en PVC, cartuchos de fibra de vidrio y los materiales filtrantes inertes.5. 2 ANALISIS DE CRITERIOSSegn la OMS, y sus criterios de construccin como vemos en el cuadro N 4 debido a los caudales de diseo, es recomendable usar el tanque Imhoff, adems no se especifica qu tipo de terreno tiene la zona del campamento minero, por ello se asume que se puede cavarse a la profundidad requerida para el tanque.5. 3 ESTANDARES NACIONALES DE CALIDAD DE AGUA - DS N 002-2008 MINAMSegn el DS 002-2008 MINAM que define los estndares de calidad de agua decimos que la cantidad de carga orgnica sobrepasa los estndares, y concluimos que esta agua tratada solo sirve para conservar el ambiente acutico (Categora 4 del DS 002-2008 MINAM), aunque podra cumplir parcialmente con los requerimientos para ser agua de riego, la cantidad de Coliformes Totales, es muy alta, siendo peligroso su uso en la agricultura y la ganadera.5.4 LMITES MXIMOS PERMISIBLES PARA LOS EFLUENTES DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS O MUNICIPALES. DS N 003 - 2010 MINAMLos lmites mximos permisibles se pueden aplicar siempre y cuando los parmetros se analicen antes de la descarga al cuerpo de agua, al igual que en el caso de los ECAS, la cantidad de Coliformes Totales sobrepasa el lmite, aunque la DBO y SS estn por debajo de la norma, es recomendable un tratamiento con cloro, o algn desinfectante, el cual podra disminuir los CT, hasta lmites tolerables.6. CONCLUSIONES

- El proceso de tratamiento de agua residual para el campamento minero es factible tanto tcnico como econmico.- La conexin directa de la planta de tratamiento, por gravedad al alcantarillado representa un ahorro, por cuanto se minimiza la necesidad de equipos electromecnicos.

- Los materiales de construccin de los equipos de la planta son inertes al deterioro por corrosin o incrustacin lo cual le da un tiempo de vida largo.

- Por las caractersticas de las aguas residuales, es indispensable que la dicha planta contenga un pre-tratamiento.

- El lugar escogido para la construccin de la planta de tratamiento es el adecuado, ya que se encuentra a una distancia prudente de la poblacin, lo cual evitara molestias para los vecinos.

- El agua obtenida solo sirve para conservar la vida acutica, no tiene otro uso, ya que la carga orgnica es an muy alta, y requiere ms tratamiento, es recomendable algn tipo de desinfeccin, para su uso en la agricultura o ganadera.

7. RECOMENDACIONES

- Es aconsejable darle prioridad al proyecto de la planta de tratamiento, ya que es un problema con mayor impacto.

- Se sugiere mantener un estricto control de todos los procesos de la planta de tratamiento, iniciando en su construccin y llegando hasta en su operacin diaria.

- La contratacin de una empresa dedicada al mantenimiento de plantas de tratamiento sera la mejor opcin para el funcionamiento ptimo de la misma.

- Debe de tomarse en cuenta el instructivo de operaciones de la planta para su buen funcionamiento y eficiencia.

- Siempre disear pensando en cmo se construir la estructura. En un buen diseo siempre se consideran los procesos constructivos.

8. BIBLIOGRAFIA

APLICACIN DE LA BIOTECNOLOGA EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES, Disponible en http://bio-ecos.com/docs/PROTOCOLO%20APLICACIN%20DE%20LA%20BIOTECNOLOGIA%20EN%20EL%20TRATAMIENTO%20DE%20AGUAS%20RESIDUALES.pdf

DELGADILLO ZURITA, Marcelo y CONDORI CARRASCO, Luisa Jimena.PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CON MACRFITAS PARA COMUNIDADES CERCANAS AL LAGO TITICACA. Disponible en: . ISSN 2075-8936.

DISEO DE LOS COMPONENTES DE LA PLANTA, Universidad de Oriente de San Miguel, El Salvador . Disponible en: http://www.univo.edu.sv:8081/tesis/009023/009023_Cap4.pdf

ESTANDARES NACIONALES DE CALIDAD DEL AGUA DS N 002 - 2008 MINAM. Disponible en http://www.minam.gob.pe/dmdocuments/ds_002_2008_eca_agua.pdf

LMITES MXIMOS PERMISIBLES PARA LOS EFLUENTES DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS O MUNICIPALES. DS N 003 - 2010 MINAM

MANUAL DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN POBLACIONES RURALES , MINISTERIO DEL AGUA, VICEMISTERIO DE SERVICIOS BASICOS, 2007 http://www.emagua.gob.bo/bmmaya/DOCS/VARIOS/02%20MAN%20OpeMan%20STAR%20rural.pdf

MANUAL TCNICO DE DIFUSIN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA ALBERGUES EN ZONAS RURALES, MINCETUR, 2008 Disponible en : http://www.mincetur.gob.pe/Turismo/Otros/caltur/pdfs_documentos_Caltur/Gestion_Ambiental/Aguas_servidas.pdf

SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO UTILIZADOS EN EL MBITO RURAL , CAPITULO 2 , CEPIS OMS 2006. Disponible en http://www.paho.org/Spanish/DD/PED/ImpactoDesastresAguaRural_cap2.pdf

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN PEQUEAS COMUNIDADES. CAPITULOII TANQUE IMHOFF . Disponible en http://sallavor.org/resources/tanques+immhoff.pdf

9. ANEXOS