Informe ejecutivo tanque de homogenización PDF

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Informe ejecutivo tanque de homogenización...

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UNIVERSIDAD MANUELA BELTRÁN ESPECIALIZACIÓN EN AGUAS Y SANEAMIENTO AMBIENTAL DISEÑO 1 DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA RESISUAL DISEÑO DE TANQUE DE HOMOGENIZACIÓN Adrian Amaya, Diana Lombana, Natalie Muñoz, Yesid Viquez. Introducción Las aguas residuales son aguas contaminadas con diferentes características fisicoquímicas, lo cual depende de su procedencia, si es doméstica, industrial y/ o comercial. Por otro lado, al llegar estas aguas residuales a través de la red de alcantarillado a la planta de tratamiento, llegan con diferentes caudales por lo cual es necesario controlar estas variaciones de caudal junto con las concentraciones de las características que posea el agua. El tanque de homogenización es una estructura, la cual tiene la finalidad de amortiguar las variaciones de caudal que en estas se presentan, generando así un caudal de salida constante a las unidades posteriores en la planta. De igual manera esta unidad minimiza y controla las características variables de las aguas residuales. En el presente proyecto, se calcula el volumen del tanque por medio de los flujos acumulados que se generan en el mismo, y de acuerdo con este, se presentara el diseño correspondiente. Finalmente, se determina el efecto de esta unidad a las concentraciones de los parámetros de DBO, Solidos suspendidos totales y Amonio. Volumen del tanque de homogenización El tanque de homogenización se diseñó con base en los datos suministrados de agua Residual durante cada hora de un día. Los datos suministrados fueron los siguientes: Tabla 1. Datos suministrados de caudal, DBO, SST y Amonio. Intervalo (t)

Q (m3/s)

DBO (mg/L)

SST (mg/L)

Amonio (mg/L)

M-1

0,275

150

80

10

1_2

0,22

115

60

25

2_3

0,165

75

88

22

3_4

0,13

50

67

30

4_5

0,105

45

90

100

5_6

0,1

60

110

125

6_7

0,12

90

150

140

7_8

0,205

130

200

132

8_9

0,355

175

240

122

9_10

0,41

200

270

110

10_11

0,425

215

262

80

11_N

0,43

220

240

70

N_1

0,425

220

215

50

Fuente: UMB,2019

Continuación Tabla 2. Datos suministrados de caudal, DBO, SST y Amonio. Intervalo DBO SST Amonio Q (m3/s) (t) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 0,405 210 210 80 1_2 2_3

0,385

200

205

52

3_4

0,35

190

199

64

4_5

0,325

180

200

67

5_6

0,325

170

220

51

6_7

0,33

175

250

48

7_8

0,365

210

275

45

8_9

0,40

280

250

52

9_10

0,40

305

200

69

10_11

0,38

245

183

70

11_M

0,345

180

115

76

Fuente: UMB,2019

Para determinar el volumen total de almacenamiento del tanque de homogenización se realizaron los siguientes cálculos: 1. Se halló el volumen aportado durante cada hora, multiplicando el caudal por el tiempo. 2. Luego se promedió el volumen aportado durante cada hora y con ese dato se determinó el volumen promedio acumulado durante cada hora, el cual se halla, situando en la primera hora el promedio de los volúmenes y la siguiente hora se suma el anterior volumen promedio acumulado más el promedio de los volúmenes por hora. 3. Se determinó el flujo acumulado tomando el primer volumen (a la primera hora) y se le suma el volumen de la siguiente hora. 4. Se construyó una gráfica volúmenes promedio acumulado y de flujo acumulado. 5. Se revisa el punto de la gráfica en donde el flujo acumulado sea el mínimo y se hace una resta entre ese volumen y el valor del volumen promedio acumulado a esa misma hora. Cálculos efectuados: Tabla 3. Cálculos para hallar el flujo acumulado.

0,275

Volumen Aportado durante el periodo de tiempo m3 990

Volumen Promedio acumulado Q 1106

Flujo acumulado (m3) 990

1_2

0,22

792

2213

1782

2_3

0,165

594

3319

2376

3_4

0,13

468

4425

2844

4_5

0,105

378

5531

3222

5_6

0,1

360

6638

3582

6_7

0,12

432

7744

4014

Intervalo (t)

Q (m3/s)

M-1

Fuente: Autores

Continuación Tabla 4. Cálculos para hallar el flujo acumulado. Intervalo (t)

Q (m3/s)

Volumen Aportado durante el periodo de tiempo m3

Volumen Promedio acumulado Q

Flujo acumulado (m3)

7_8

0,205

738

8850

4752

8_9

0,355

1278

9956

6030

9_10

0,41

1476

11063

7506

10_11

0,425

1530

12169

9036

11_N

0,43

1548

13275

10584

N_1

0,425

1530

14381

12114

1_2

0,405

1458

15488

13572

2_3

0,385

1386

16594

14958

3_4

0,35

1260

17700

16218

4_5

0,325

1170

18806

17388

5_6

0,325

1170

19913

18558

6_7

0,33

1188

21019

19746

7_8

0,365

1314

22125

21060

8_9

0,40

1440

23231

22500

9_10

0,40

1440

24338

23940

10_11

0,38

1368

25444

25308

11_M

0,345

1242

26550

26550

Valor Promedio

0,307

1106

13828

12026

Fuente: Autores

Gráfico 1. Volumen del tanque de homogeneización. Fuente: Autores.

Se obtuvo que el volumen más bajo en el flujo acumulado estaba en la hora 7, donde el flujo acumulado era de 4.752 m3 y el volumen promedio acumulado era de 8.850 m3. La resta de estos dos valores indica el volumen del tanque de homogenización el cual es 4.098 m3 . El diseño del tanque de homogenización se puede ver en las siguientes ilustraciones.

TANQUE DE HOMOGENIZACION V=4098 M3

PLANTA ESQUEMA / SIN ESCALA

Ilustración 1. Esquema en planta de tanque de homogenización . Fuente: Autores.

N.T.

TANQUE DE HOMOGENIZACION V=4.098 M3

SECCION ESQUEMA / SIN ESCALA

Ilustración 2. Esquema de la sección del tanque de homogenización. Fuente: Autores.

El volumen resultante del método gráfico fue de 4.098 m3, una vez hallado el volumen, se procedió a determinar las dimensiones del tanque bajo los siguientes criterios. •

•

•

Se asume que no existen restricciones de área, situación en la cual se buscara que el tanque no sea muy profundo, debido a que a mayor profundidad, mayor será la dificultad para su construcción. Se debe tener en cuenta que el volumen hallado corresponde al volumen necesario para llevar el proceso de homogenización, es decir que este volumen no contempla ningún tipo de borde libre. Dentro de las dimensiones del tanque es de suma importancia tener en cuenta la cota del elemento que entrega el agua residual al tanque de homogenización (tubería ó canal), normalmente como predecesor a la estructura de homogenización se instala o construye un tratamiento preliminar, a fin de evitar que al tanque lleguen partículas discretas y/o elementos de gran tamaño, como bolsas plásticas, trapos y basura en general.

Para este caso, asumimos una profundidad de 8 m. 4098 𝑚3

Área del tanque:

𝐴=

Para un tanque de forma cuadrada:

2 𝐿 = √512 ,25 𝑚2 = 22,63 𝑚.

8𝑚

= 512,25 𝑚2

Podemos afirmar que las dimensiones en planta del tanque son de 23 m. X 23 m. Para esta dimensión tenemos un área de 529 m2 Recalculamos la profundidad del tanque 𝐻=

4098 𝑚3 = 7,7467 𝑚. 529 𝑚2

En conclusión, las medidas del tanque de homogenización corresponden a 23 m X 23 m X 7,75 m. Comportamiento de las cargas contaminantes en el tanque Para revisar el comportamiento de las cargas contaminantes a la salida del tanque de homogenización primero se calculó la carga no homogenizada de cada parámetro multiplicando la concentración del parámetro con el caudal y se convirtió a Kg/h. Tabla 5. Cargas de DBO, SST y Amonio no homogenizadas. NO HOMOGENIZADA Intervalo (t)

Q (m3/s)

Volumen Aportado durante el periodo de tiempo m3

Volumen Almacenado durante el periodo de tiempo (m3)

DBO (mg/L)

Carga de DBO (kg/h)

SST (mg/L)

Carga de SST (kg/h)

Amonio (mg/L)

Carga de Amonio (kg/h)

9

0,355

1278

172

175

224

240

307

122

156

10

0,41

1476

542

200

295

270

399

110

162

Fuente: Autores.

Continuación Tabla 6. Cargas de DBO, SST y Amonio no homogenizadas. Intervalo (t)

Q (m3/s)

Volumen Aportado durante el periodo de tiempo m3

Volumen Almacenado durante el periodo de tiempo (m3)

DBO (mg/L)

Carga de DBO (kg/h)

SST (mg/L)

Carga de SST (kg/h)

Amonio (mg/L)

Carga de Amonio (kg/h)

11

0,425

12

0,43

1530

965

215

329

262

401

80

122

1548

1407

220

341

240

372

70

108

13

0,425

1530

1831

220

337

215

329

50

77

14

0,405

1458

2183

210

306

210

306

80

117

15

0,385

1386

2462

200

277

205

284

52

72

16

0,35

1260

2616

190

239

199

251

64

81

17

0,325

1170

2680

180

211

200

234

67

78

18

0,325

1170

2744

170

199

220

257

51

60

19

0,33

1188

2825

175

208

250

297

48

57

20

0,365

1314

3033

210

276

275

361

45

59

21

0,40

1440

3367

280

403

250

360

52

75

22

0,40

1440

3701

305

439

200

288

69

99

23

0,38

1368

3962

245

335

183

250

70

96

24

0,345

1242

4098

180

224

115

143

76

94

1

0,275

990

3982

150

149

80

79

10

10

2

0,22

792

3668

115

91

60

48

25

20

3

0,165

594

3155

75

45

88

52

22

13

4

0,13

468

2517

50

23

67

31

30

14

5

0,105

378

1789

45

17

90

34

100

38

6

0,1

360

1043

60

22

110

40

125

45

7

0,12

432

368

90

39

150

65

140

60

8

0,205

738

0

130

96

200

148

132

97

Valor Promedio Valor Máximo Valor Mínimo

0,307

1106

2296

170

213

182

222

70

75

439

401

162

17

31

10

Fuente: Autores.

Luego se determinó el efecto del tanque de homogenización sobre las cargas de DBO, SST y Amonio, teniendo en cuenta el volumen almacenado en cada periodo de tiempo, y se determinan las concentraciones de los parámetros analizados con las que salen del tanque. Por medio de la siguiente ecuación se determina la concentración media de cada parámetro en el caudal que sale del tanque en cada periodo de tiempo analizado, al estar mezclado.

𝑋𝑜𝑐 =

(𝑉𝑖𝑐 ∗ 𝑋𝑖𝑐 ) + (𝑉𝑠𝑝 ∗ 𝑋𝑠𝑝 ) 𝑉𝑖𝑐 ∗ 𝑉𝑠𝑝

Donde, Xo es la concentración media de DBO, SST o Amonio en el caudal que sale del tanque durante el periodo de tiempo considerado (mg/L) Vic es el volumen de agua residual que entra durante el periodo considerado (m3) Xic es la concentración media de DBO, SST o Amonio existente en el tanque al final del periodo de tiempo anterior (mg/L) Vsp es el volumen de agua residual existente en el tanque al final del periodo de tiempo anterior (m3) Xsp es la concentración de DBO, SST o Amonio contenida en el tanque al final del periodo de tiempo anterior (mg/L) Los resultados del calculo de las concentraciones de DBO, SST y Amonio homogenizadas se observan en la siguiente tabla junto con las cargas contaminantes de los mismos.

Tabla 7. Cargas de DBO, SST y Amonio Homogenizadas. HOMOGENIZADA

Intervalo (t)

Q (m3/s)

Volumen Aportado durante el periodo de tiempo m3

Volumen Almacenado durante el periodo de tiempo (m3)

Concentración Homogenizada de DBO durante el periodo de tiempo (mg/L)

Carga de DBO Horaria (kg/h)

Concentración Homogenizada de SST durante el periodo de tiempo (mg/L)

Carga de SST Horaria (kg/h)

Concentración Homogenizada de Amonio durante el periodo de tiempo (mg/L)

Carga de Amonio Horaria (kg/h)

9

0,355

1278

171,75

175,00

193,59

240,00

265,50

122,00

134,96

10

0,41

1476

541,5

197,39

218,37

266,87

295,23

111,25

123,07

11

0,425

1530

965,25

210,40

232,75

263,27

291,25

88,17

97,54

12

0,43

1548

1407

216,31

239,30

248,94

275,39

76,98

85,16

13

0,425

1530

1830,75

218,23

241,42

231,26

255,83

62,92

69,61

14

0,405

1458

2182,5

214,58

237,38

221,83

245,40

70,49

77,98

15

0,385

1386

2462,25

208,92

231,12

215,30

238,17

63,31

70,04

16

0,35

1260

2616

202,51

224,03

209,78

232,07

63,54

70,30

17

0,325

1170

2679,75

195,56

216,33

206,76

228,73

64,61

71,48

18

0,325

1170

2743,5

187,79

207,74

210,78

233,18

60,48

66,90

19

0,33

1188

2825,25

183,93

203,47

222,63

246,29

56,71

62,73

20

0,365

1314

3033

192,20

212,62

239,26

264,68

52,99

58,62

21

0,4

1440

3366,75

220,47

243,89

242,72

268,50

52,67

58,27

22

0,4

1440

3700,5

245,79

271,91

229,92

254,35

57,56

63,68

23

0,38

1368

3962,25

245,58

271,67

217,26

240,34

60,92

67,39

24

0,345

1242

4098

229,93

2...