Diseño DE UNA Planta DE Tratamiento DE AGUA Residual PARA LA Ciudad DE SAN JOSE DE Cucuta PDF

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DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARA LACIUDAD DE SAN JOSE DE CUCUTA.DORIS JESSENNIA USECHE CORREDOR 1113439JHON JAIRO JAIMES IBARRA 1112481JUAN ANDRES RODRIGUEZ ARENAS 1160961UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAPLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA ELECTRONICA...

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DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARA LA CIUDAD DE SAN JOSE DE CUCUTA.

DORIS JESSENNIA USECHE CORREDOR 1113439 JHON JAIRO JAIMES IBARRA 1112481 JUAN ANDRES RODRIGUEZ ARENAS 1160961

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIA PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA ELECTRONICA SAN JOSE DE CUCUTA 2019

DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARA LA CIUDAD DE SAN JOSE DE CUCUTA.

DORIS JESSENNIA USECHE CORREDOR 1113439 JHON JAIRO JAIMES IBARRA 1112481 JUAN ANDRES RODRIGUEZ ARENAS 1160961

Trabajo para la asignatura de formulación y evaluación de proyectos: MSc. ING. EDWIN JOSÉ VERA ROZO

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIA PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA ELECTRONICA SAN JOSE DE CUCUTA 2019

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION

7

2. PLANTEAMIENTO

8

3. JUSTIFICACIÓN

9

4. TIPO DE PROYECTO

10

4.1. Tipo de proyecto

10

4.2. Alcances

10

5. LIMITACIONES

11

5.1. Limitaciones

11

5.2. Delimitaciones

11

6. OBJETIVOS

12

6.1. Objetivo general

12

6.2. Objetivos específicos

12

7. MARCO REFERENCIAL

13

7.1. Antecedentes

13

7.2. Marco Teórico

14

7.3.Marco conceptual

20

7.4. Marco legal

22

8. DISEÑO METODOLÓGICO

23

8.1. Generalidades 8.1.1. Ubicación geográfica 8.1.2. Limites 8.1.3. Clima 8.1.4. Fuentes hídricas 8.1.5. Población y caudales 8.1.6. Planta de tratamiento de aguas residuales PTAR 9. CRONOGRAMA

37

10. PRESUPUESTO

38

11. CONCLUSIONES

40

12. BIBLIOGRAFÍA

41

ANEXOS

LISTA DE TABLAS

Tabla1. Población censada DANE Tabla 2. Población proyectada DANE Tabla 3. Dotación neta y bruta Tabla 4. F. Mayoración Tabla 5. Datos siglas Tabla 6. Población proyectada métodos y demanda de agua doméstica. Tabla 7. Canal de Entrada Tabla 8. Parámetros rejillas Tabla 9. Rejilla Tabla 10. Desarenador. Tabla 11. Zanjón de oxidación. Tabla 12. Parámetros de diseño de sedimentadores. Tabla 13. Sedimentador. Tabla 14. Actividades de operación.

LISTA DE FIGURAS



Figura 1. Rejilla. Fuente quimtia medio ambiente.

15



Figura 3. Ubicación geográfica ciudad de Cúcuta, fuente Google Maps.

16



Figura 4: Proceso de planta de la PTAR. Fuente: Propia.

29

TABLA DE ANEXOS

PLANOS

42

ANALISIS DEL MERCADO Y PROJECT CHARTER

44

ENCUESTAS

46

TABULACIÓN ENCUESTAS

46

1.

INTRODUCCION

Uno de los componentes más abundantes de la naturaleza es el agua, el cual cubre aproximadamente las tres cuartas partes de la superficie de la tierra. Pero varios factores limitan la disponibilidad de agua para su uso humano, como por ejemplo las aguas residuales al no ser tratadas, producen impactos negativos al medio ambiente. El diseño de esta planta de tratamiento de aguas residuales tiene como finalidad la solución definitiva para el sistema de aguas residuales de la ciudad de Cúcuta, que actualmente no posee una PTAR, ofreciendo diseño, operación eficiente, y cumpla su función auto depuradora, beneficiando a los habitantes de enfermedades que puedan ser transmitidas por el mal manejo de estas aguas, del mismo modo contribuir con la disminución de la contaminación al rio Pamplonita. Una planta de tratamiento es un sistema que reproduce los mecanismos de depuración que tienen lugar naturalmente en el suelo y las aguas. En las plantas de tratamiento se optimizan los procesos físicos y bioquímicos, así como los costos que ello implica, haciendo un uso intensivo del área y procurando conseguir la mayor eficiencia posible, a la vez que se respetan las restricciones o exigencias de la normativa con el objeto de proteger el cuerpo receptor (ecosistema) y no afectar los usos que el hombre realiza del mismo.

2.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente la ciudad de Cúcuta crece poblacionalmente, con un promedio de cuatro (4) personas por hogar, con ello aumentan las necesidades básicas y las descargas residuales causando impactos negativos sobre el medio ambiente. La ciudad de Cúcuta, no cuenta con una Planta De Tratamiento De Aguas Residuales, por lo tanto los vertimientos o entregas de aguas residuales se hacen directamente al rio Pamplonita sin ningún tipo de tratamiento o control. La comunidad no tiene saneamiento básico que permita minimizar los índices de contaminación ambiental mejorando los recursos hídricos del rio Pamplonita.

3.

JUSTIFICACIÓN

Es de gran importancia para la salud, el bienestar de la población, el desarrollo del país, y para la mitigación de los impactos ambientales negativos tratar las aguas, debido a que son utilizadas indiscriminadamente como en el riego de cultivos, donde los agricultores causantes de contaminación, pueden ocasionar enfermedades gastrointestinales, por la utilización de aguas residuales sin tratar. El presente proyecto tiene como iniciativa de una Planta de Tratamiento De Aguas Residuales (PTAR), se establece con el objetivo de crear e implementar un sistema de aguas residuales para la ciudad de Cúcuta, mejorando la calidad del rio Pamplonita, minimizando los impactos ambientales y enfermedades que pueden causar.

4.

TIPO DE PROYECTO Y ALCANCES

4.1.Tipo de proyecto: La investigación aplicada es de tipo experimental explicativa, utilizando el método científico. 4.2. Alcances:o E funcionamiento de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales tiene como propósito reducir la contaminación ambiental, provocada por las descargas ya que la entrega aguas residuales se hace directamente al rio Pamplonita, sin ningún tipo de tratamiento, buscando la opción más óptima y viable que beneficie no solo la parte ambiental sino a la comunidad de Cúcuta.

5.

LIMITACIONES

5.1. Limitaciones: 

Ante la disponibilidad de adquirir terreno, para la planta de tratamiento de aguas residuales necesario en la ciudad de Cúcuta ya que la cuidad está bastante urbanizada.



El costo en los servicios de agua, aumentaría debido a la construcción y mantenimiento de la planta de tratamiento.

5.2. Delimitaciones: Este proyecto está diseñado para realizar e implementar en la ciudad de Cúcuta.

6.

6.1.

OBJETIVOS

Objetivo General:

Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para la ciudad de Cúcuta, Norte de Santander.

6.2. 

Objetivos Específicos: Recopilar información primaria con la que se tendrá en cuenta el diseño de la PTAR de la ciudad de Cúcuta.



Caracterizar las aguas residuales de la ciudad de Cúcuta, definiendo los principales contaminantes presentes en ellas y sus posibles afectaciones con el fin de establecer un tratamiento eficiente.



Diseñar los procesos de tratamiento requeridos teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas, topográficas, y socioeconómicas de la ciudad.



Diseñar la planta de tratamiento de aguas residuales requerido para controlar los parámetros necesarios

7. MARCO REFERENCIAL 7.1.

Antecedentes:

Título: Desempeño de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de São João de Iracema (Brasil). Autor: Matsumoto, Tsunao, Sanchez Ortiz, Iván Andrés. Algunos de los más importantes parámetros medidos en las plantas de tratamiento de aguas residuales -PTAR- son: materia orgánica, sólidos y organismos fecales. El objetivo de este trabajo fue realizar el diagnóstico del desempeño de la PTAR de São João de Iracema en la remoción de dichos parámetros. [1].

Título: Evaluación de lodos de PTAR municipales como inóculos en la digestión anaerobia de biorresiduos. Autor: Brayan Alexis, Parra Orobio

La cantidad y calidad del inóculo empleado en los procesos de Digestión Anaerobia (DA), incide significativamente sobre la biodegradabilidad y la cantidad de metano que se produce. Esta investigación evaluó el efecto de la procedencia de inóculos de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales (PTAR) sobre la producción de metano como una fuente de energía renovable, a partir de la DA de Biorresiduos de Origen Municipal (BOM), analizando como aspectos claves la relación Sustrato-Inóculo (S/I) y la capacidad buffer del inóculo. [2]. Título: tratamiento de aguas residuales de una industria procesadora de pescado en reactores anaeróbicos discontinuos. Autor: Marin Leal, Julio César En el presente trabajo se evaluó el tratamiento de las aguas residuales de una industria procesadora de pescado de la ciudad de Manta (Ecuador), en reactores anaeróbicos discontinuos, y se estableció su adecuación a las normas ambientales vigentes en materia de vertido. [3].

Título: Evaluación del desempeño de la planta de tratamiento de aguas residuales urbanas de ILHA Solteira (SP) por lagunas facultativas primarias. Autor: Sanchez Ortiz, Iván Andrés Matsumoto, Tsunao El objetivo principal de esta investigación fue evaluar el desempeño de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Ilha Solteira-sp durante las diferentes épocas climáticas del año. Se realizó un levantamiento batimétrico de las lagunas facultativas primarias, un monitoreo de 24 horas y el seguimiento de su desempeño en 3 etapas de colecta de 3 meses de duración cada una. [4]

7.2.

Marco Teórico:

En Colombia a partir del desarrollo industrial y el rápido crecimiento de la población se vio afectado los cauces naturales y el deterioro de los ecosistemas presentes en ellos, lamentablemente las industrias no encaminaban su interés en estos problemas ambientales. Por esta razón es necesaria desarrollar proyectos de saneamiento ambiental que se centraron en la construcción de plantas de tratamiento de agua residuales para mejorar las condiciones del rio Pamplonita.

ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LA PTAR

Tratamiento preliminar. Los tratamientos preliminares habitualmente son físicos e implican la reducción de sólidos en suspensión y el acondicionamiento de las aguas residuales para los posteriores procesos de tratabilidad Los tratamientos preliminares fundamentales en un sistema de tratamiento de aguas residuales, son: Cribado. El cribado es la operación utilizada para separar el material grueso del agua, mediante el paso de ella por una criba o rejilla. El sistema de rejilla es el sistema más utilizado para remover el material contaminante grueso como basuras, de acuerdo con el método de limpieza, las rejillas son de limpieza manual o mecánica. (ROMERO, 2002)

Figura 1. Rejilla. Fuente quimtia medio ambiente

Desarenador. Esta estructura tiene como objetivo eliminar mediante la sedimentación las arenas, gravas, barro, las partículas más o menos finas de origen inorgánico de manera que la arena retenida no arrastre materias contaminadas, presentes en el agua captada, con el fin de evitar que se produzcan sedimentaciones en los canales y conductos, para proteger las partes móviles de los equipos contra la abrasión y evitar sobrecarga de sólidos en las unidades de tratamiento bilógico.

Figura 2. Desarenador Fuente, Raul Castañeda 2005

Tratamiento secundario. Método de tratamiento mediante los cuales consiguen la remoción de contaminantes por actividad biológica, El tratamiento secundario se aplica cuando se desea eliminar las sustancias orgánicas biodegradables disueltas o en suspensión. El tratamiento secundario también es efectivo en la remoción de nitrógeno.

Zanjón de oxidación. El zanjón de oxidación lo desarrollo Pasveer en 1953, en Holanda, y dos años después se puso en operación el primer prototipo en voorschoten. En 1956, en nittenan, se construyó el primer zanjón alemán. (ROMERO, 2002)

El zanjón de oxidación puede ser una alternativa económica en poblaciones medianas, de 1000 a 60000 habitantes, que dispongan de suministro eléctrico confiable y donde la disponibilidad de terreno es escasa y su costo alto. (ROMERO, 2002) Zanjón de oxidación es un proceso de lodos activados del tipo de aireación prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas, para la aireación y mezcla. Usa aireadores mecánicos del tipo de cepillos horizontales, de jaula o de discos. (ROMERO, 2002) Los tratamientos primarios tales como rejillas y desarenadores normalmente preceden a las zanjas de oxidación. Algunas veces se incluye sedimentación primaria antes de las zanjas, pero este no es el diseño típico. Se pueden necesitar filtros terciarios después de la sedimentación dependiendo de los requisitos de descarga del efluente. La desinfección es requerida y puede necesitarse re aireación antes de la descarga final. El agua que fluye por las zanjas de oxidación es aireada y mezclada con lodo recirculado del sedimentador secundario. (Folleto informativo de tecnología de aguas residuales: zanjas de oxidación, 1999)

Aireadores de superficie tales como los de rotores de cepillo, de disco, de chorro o de difusor de burbuja fina son usados para recircular el licor mezclado para acelerar el crecimiento microbiano; al mismo tiempo la velocidad resultante asegura el contacto de los microorganismos con el afluente de agua residual. La aireación aumenta drásticamente el nivel de oxígeno disuelto (O.D.), pero este disminuye debido a que la biomasa consume oxígeno a medida que el licor mezclado se desplaza por la zanja. Los sólidos se mantienen en suspensión a medida que el licor mezclado circula alrededor de la zanja. (Folleto informativo de tecnología de aguas residuales: zanjas de oxidación, 1999). “Cuando los rotores actúan de manera intermitente, la capacidad de aireación por hora debe ser aumentado.” (The use of oxidation ditches for treatment of sewage from small communities., 2001)

Aireación prolongada. La aireación prolongada se enmarca dentro los procesos de fangos activos. En él, el agua residual, tras una etapa de pretratamiento (desbaste, desarenado y desengrasado) se introduce en una cuba de aireación o reactor biológico en el que se mantiene un cultivo bacteriano en suspensión - denominado licor mezcla- y formado por un gran número de microorganismos agrupados en flóculos o grumos.

En caso que la biomasa permanezca en el sistema por un periodo más largo, del orden de 18 a 30 días (de allí el nombre de aireación prolongada) recibiendo la misma carga de DBO del agua residual cruda que el sistema convencional, habrá menor disponibilidad de alimento de bacterias. La cantidad masa-de biomasa (kgSSVTA) es mayor que en el sistema de lodos activados convencional, el volumen del reactor aerobio es también más elevado, y el tiempo de retención

del líquido oscila entre 16 y 24 horas, por lo tanto, hay menos materia orgánica por unidad de volumen del tanque de aireación y también por unidad de biomasa de reactor. Como consecuencia, las bacterias, para sobrevivir, pasan a utilizar de forma más intensa en sus procesos metabólicos la propia materia orgánica biodegradable componente de sus células. Esta materia orgánica celular es convertida en gas carbónico y agua a través de la respiración. Esto corresponde a una estabilización de la biomasa que ocurre en el propio tanque de aireación. (SPERLING, 2014)

Una relación ampliamente utilizada por los diseñadores y operadores de plantas de tratamiento es la llamada carga de lodo, o relación A/M (alimento/microorganismo), o también F/M (food-tomicroorganism ratio). Dicha relación se basa en el concepto de que la cantidad de alimento o sustrato disponible por unidad de masa de los microorganismos está relacionada con la eficiencia del sistema. Así, se puede entender que, cuanto mayor sea la carga de DBO proporcionada a un valor unitario de biomasa (elevada relación A/M), menor será la eficiencia en la asimilación de este sustrato, pero, por otro lado, menor será también el volumen requerido para el reactor. Inversamente, cuanto menos DBO sea proporcionada a las bacterias (baja relación A/M), mayor será la avidez por el alimento, implicando una mayor eficiencia en la remoción de la DBO, junto con el requisito de un mayor volumen para el reactor. En la situación que la cantidad de alimento proporcionada es muy baja, entra a prevalecer el mecanismo de la respiración endógena, característico de los sistemas de aireación prolongada. (SPERLING, 2014) Tipos de tanques de sedimentación:

Tanques de flujo horizontal: son rectangulares en planta, con el fondo inclinado hacia una

•

tolva de extracción de lodos en el extremo de entrada. Tanques de flujo radial: son circulares en planta, con el fondo inclinado hacia un pozo

•

central; el afluente ingresa por el centro, en un nivel inferior al del vertedero perimetral de salida, existiendo un flujo tanto radial como ascensional, de velocidad decreciente entre la entrada y la salida. Tanques de flujo ascensional: pueden ser cuadrados o circulares en planta, constituidos

•

como una pirámide o invertido, con el fondo fuertemente hacia un pozo central; el afluente entra por el centro y fluye hacia abajo, para luego moverse radial y ascensionalmente hacia el vertedero de salida. (ROMERO, 2002)

Los tanques de sedimentación también se clasifican según el método de recolección y extracción de lodos. 

Tanques de flujo horizontal con recolección manual y remoción mediante vaciado del tanque.



Tanques de flujo horizontal con recolección mecánica y remoción mediante vaciado del tanque.



Tanques de flujo ascensional con recolección mediante asentamiento en una tolva profunda y extracción mediante presión provista por una cabeza diferencial.



Tanques de flujo horizontal y de flujo radial con recolección mecánica y extracción mediante presión provista por una cabeza diferencial.

7.3.

Marco Conceptual

Saneamiento básico. Es el mejoramiento y la preservación de las condiciones sanitarias óptimas de Fuentes y sistemas de abastecimiento de agua para uso y consumo humano. Disposición sanitaria de excrementos.

Aguas residuales. Son los líquidos que han sido utilizados en las actividades diarias de una ciudad (domésticas, comerciales, industriales y de servicios). Las aguas residuales se clasifican Como: •

Aguas Residuales Municipales. Residuos líquidos transportados por el alcantarillado de

una ciudad o población y tratados en una planta de tratamiento municipal.

•

Aguas Residuales Industriales. Las Aguas Residuales provenientes de las descargas de

Industrias de Manufactura. Las Aguas Residuales también se definen por su contenido de contaminantes que esta porta.

•

Aguas negras a las aguas residuales provenientes de inodoros, es decir, aquellas que

transportan excrementos humanos y orina, ricas en sólidos suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales.

•

Aguas grises a las aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos y lavadoras,

que aportan sólidos suspendidos, fosfatos, grasas y coliformes fecales, esto es, aguas residuales domésticas, excluyendo las de los inodoros.

•

Aguas negras industriales a la mezcla de las aguas negras de una industria en