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6.0 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
1. Fuente
La fuente de abastecimiento será a través de aguas superficiales, provenientes de las partes altas de la localidad de Huambos, el cual descargará mediante una Línea de Conducción de 100 mm de diámetro a la Planta de Tratamiento de Agua Potable de Filtración Rápida proyectado.
2. Objetivo del tratamiento
El objetivo del tratamiento del agua en la localidad de Huambos, es la remoción de los contaminantes fisicoquímicos y microbiológicos hasta los límites establecidos en las normas de calidad vigentes en el país, para ser destinado al consumo humano de la población.
6.3 Ubicación
La Planta de Tratamiento de Agua Potable, esta ubicado entre las cotas 2477 m.s.n.m y la cota 2481 m.s.n.m y tiene un área aproximada de 891.36 m2.
La zona presenta bajo riesgo sísmico, no es inundable, al encontrarse en la parte alta del cerro.
Así mismo se ha proyectado las vías de acceso para acceder a ella, por el contrario no dispone de energía eléctrica, por lo que se esta considerando una línea de media tensión para suministrar la energía necesaria para las áreas administrativas de la planta y su iluminación, siendo el funcionamiento de la planta netamente por gravedad
Si bien es cierto que el terreno esta libre de inundaciones, no lo esta de las precipitaciones por lo que se ha considerado lo siguiente:
- Los bordes de las unidades y los pisos de los ambientes donde se efectuará el almacenamiento de productos químicos, o donde se localizarán las unidades básicas para el funcionamiento de la planta, están situados por lo menos a 0.50m, por encima del nivel del terreno.
- La estabilidad de la construcción de las unidades ha sido calculada teniendo en cuenta el reglamento Nacional de Construcciones (Norma Técnica E Suelos y Cimentaciones).
6.4 Normas de Calidad 6.4.1 Tratamiento Debido a que el agua del canal de regadío, presenta altas turbiedades en épocas de invierno, esta deberá someterse a tratamiento, toda vez que serán destinadas al consumo humano. Para épocas de estiaje, en el cual el agua presenta poca turbiedad, el agua será by- paseado a las unidades de filtración y posterior desinfección
2.. Calidad de Aguas Potable Deseada
Las condiciones que debe cumplir o aproximarse el agua tratada a la salida de la planta, según las Normas de calidad de agua potable del Perú se indica en el siguiente cuadro. CUADRO N°6. REQUISITOS DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO Características Físicas Límite máximo permisible Turbidez No debe exceder de 5 NTU Color No debe exceder de 5 UC. Olor y sabor No debe tener Exceso de mineral soluble No debe tener
CUADRO N°6. REQUISITOS DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO Características Químicas Límite máximo permisible Plomo 0,1 mg/l Flúor 2,0 mg/l Arsénico 0,05 mg/l Selenio 0,5 mg/l Fierro 0,3 mg/l Manganeso 0,2 mg/l Magnesio 125,0 mg/l Zinc 15,0 mg/l Cloruros 250,0 mg/l Sulfatos 250,0 mg/l Sólidos totales 1.000,0 mg/l
Tipo II- B: Aguas superficiales provenientes de cuencas, con características básicas definidas en el cuadro 6.4 y que exijan coagulación para poder cumplir con los patrones de potabilidad.
CUADRO N° 6. CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS
Parámetro TIPO I TIPO II – A TIPO II – B
DBO (^) media (mg/L.) DBO (^) máxima (mg/L.) Coliformes totales Coliformes termoresistentes (+)
0 – 1, 3 < 8, 0
1,5 – 2, 4 < <
2,5 – 5 5 < <
En el 80% de un número mínimo de 5 muestras mensuales. (+) Anteriormente denominados coliformes fecales.
6.5 Configuración de la Planta La disposición de las unidades de tratamiento esta orientada de tal forma que la circulación en esta sea eficiente y que su funcionamiento sea completamente por gravedad, aprovechando la energía hidráulica para su funcionamiento
Las unidades que conforman la planta de tratamiento son: 01 Canal de Repartición de agua cruda. 02 Sedimentadores. 03 Floculador. 01 Canal de repartición de agua floculada. 02 Decantadores. Las unidades están dispuestas de modo tal que el flujo del agua se realiza completamente por gravedad.
La planta en general esta distribuida en serie, es decir primero se ingresa a una unidad donde se realiza un proceso antes de ingresar a la siguiente unidad. Pero dado que la fuente superficial presenta dos tipos de calidad de agua durante un año hidrológico, esta requerirá de dispositivos que permitan by pasear las unidades de floculación y decantación cuando la calidad del agua no requiera de estas unidades^1 Las unidades en paralelo han sido calculadas teniendo en consideración de que una de ellas permanecerá inoperativa o en limpieza, por lo que las otras unidades deberán absorber el caudal respectivo. Las diferentes estructuras administrativas y operativas están situadas dentro de
910 m2 de área de la planta y ubicadas de acuerdo al flujo de personas involucradas en la operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de agua. El acceso a las diferentes áreas de operación y mantenimiento se realizará mediante veredas y/o vías de circulación. El dimensionamiento hidráulico ha sido desarrollado considerando los caudales mínimos y máximos para cada una de las unidades de tratamiento, así mismo se ha tenido en consideración la optimización en el uso de los recursos necesarios para su construcción.
6.6 Grado de Tratamiento
1.. Estudio de Agua Cruda
La caracterización de la fuente de agua Río, ha determinado el grado de tratamiento de la misma diferenciándose dos épocas claramente diferenciadas y que corresponden a los meses de abril a Noviembre (época de Estiaje) y de Diciembre a Marzo (época de lluvias-avenidas).
2.. Muestreos
Se han realizado los muestreos de agua al nivel fisicoquímico como bacteriológico, en base a la cual se determino el grado de tratamiento a realizar en cada época del año, o cuando se presentes altos valores de turbidez.
CUADRO N° 6. ANÁLISIS FISICOQUÍMICOS DEL AGUA DELRÍO
PARÁMETRO Época de Avenida Turbiedad inicial 200 UNT Turbiedad del a prueba 162 UNT PH 7. Alcanilidad inicial 82 mg CaC0 3 /L Dosis optima de coagulante 60.0 mg/L Concentración 1.0% Tiempo total de floculación 15 min
3.. Ensayos
Los ensayos realizados para determinar la tratabilidad son:
Prueba de Jarras Mediante este ensayo se ha determinado la concentración óptima del reactivo,
competentes del agua. Inicialmente la planta tendrá capacidad para producir 6.74 l.p.s, por el carácter modular que tiene la planta de tratamiento de agua potable.
6.. Tratamiento
6...1... Coagulantes y Sustancia Químicas
A) Coagulantes a ser empleados El tipo de coagulantes a ser empleados en la planta de tratamiento de agua corresponden Sales de Aluminio Al 3+^ y Sales de Fierro Fe 3+d^ y cuyo nombre
comercial es el Sulfato de Alumina y Cloruro Férrico, al haber sido estos evaluados mediante la prueba de jarras y que han ofrecido buenos resultados en la formación de flóculos y por ende en la calidad del efluente.
Sulfato de Aluminio AL 2 (SO 4 ) (^3) De color blanco viene en tanto de forma granular como en solución, la primera presentación se encuentra en el mercado en sacos de 25 Kg y con 65% de pureza. La dosis a emplear es de 30 a 35 ppm de acuerdo a las pruebas de jarras realizadas en el laboratorio.
Polímeros de Aluminio
AL 6 (OH)^612 + En ciertas condiciones las sales de aluminio pueden condensarse llegando a la formación de polímeros capaces de coagular y flocular. De propiedades excepcionales han de prepararse en el mismo lugar
B) Cantidad Considerando la dosis optima del sulfato de alumina, y que el producto comercialmente es vendido con una concentración del 65% de pureza, se emplearán para un caudal de 6.74 l/s un peso aproximado del reactivo de 1. Tonelada/mensual
C) Dosificación de coagulantes y otras sustancias químicas. El coagulante sulfato de Aluminio, para ser aplicado directamente al agua cruda, deberá de tener la concentración óptima de 1% determinado en el ensayo de Jarras.
Se han considerados dos tanques de preparación de solución del sulfato de Aluminio de 4.6 m3 de volumen útil para un período de operación de 8 horas, el cual contiene un agitador por tanques
El tanque de sulfato esta conformada por una estructura de concreto resistente a sulfatos, y a la cual están conectadas tres líneas a mencionar; una proviene del agua filtrada (PVC de 1”), la otra va hacia la unidad de mezcla rápida (Acero Inoxidable de 1 ½”), y la tercera va al sistema de desagües (PVC de 2”)
D) Dosificadores
Sulfato de Alumina El sistema seleccionado para el Sulfato de Alumina del tipo gravimetrico con un periodo de mezcla de 10 minutos, y cuyo tanque de preparación está ubicado en el segundo piso de la casa de químicos y desde el cual se suministrará mediante una línea de acero inoxidable de 11/2” el reactivo hacia la unidad de mezcla rápida. Alternativamente podrá instalarse dos bombas dosificadoras del tipo pistón, el cual ofrece la suficiente flexibilidad (dial de caudal de selección) para operar entre caudales de 0.0034 a 0.0052 GPM requerido para conducir el sulfato de alumina a una concentración de 1% y que mezclada con el agua producirá una dosis de 35 ppm.
E) Almacenamiento El almacenamiento de reactivos químicos (Cal, Sulfato de Aluminio, Polimeros, Sulfato de Cobre) tiene la capacidad para una reserva comprendida de cuatro meses, el ingreso de reactivos a la planta se realizará mediante una rampa de 1.0 m de profundidad que permitirá la carga y descarga de las bolsas de reactivo a nivel. El almacenamiento de los cilindros de cloro se realizará en una caseta provista de un tecle y un sistema de monorriel mediante el cual se realizará la carga y descarga de los cilindros de cloro de 980 Kg.
a) El área neta del almacén de reactivos es de 66 m2 y ha sido calculada
considerando el consumo promedio de la sustancia a almacenar.
b) El área del almacén tiene corredores perimetrales y centrales de 1.20 m de
ancho, para tener acceso a las diversas rumas de material y poder programar su empleo, de acuerdo al orden llegada, esto es, primero el más antiguo.
la adición de reactivos químicos que, por medio de mecanismos de agregación o de adsorción, anulan las fuerzas repulsivas o actúan sobre la hidrófila de las partículas coloidales, o por una aglomeración de coloides "descargados", que resulta de diversas fuerzas de atracción entre partículas puestas en contacto, en primer lugar hasta la obtención de un grosor de 0.1 micra aproximadamente, y después por agitación exterior en las unidades llamadas floculadores.
A) Ensayo de Jarras Los parámetros óptimos de diseño de la unidad, gradiente de velocidad (G) y tiempo de retención (T) han sido seleccionarse mediante ensayos con el equipo de prueba de jarras.
B) Selección Se ha elegido un Floculador Hidráulico Horizontal con capacidad para 6.74 l/s, Las pantallas son removibles con tabiques de madera machihembrada, y planchas de PVC,
6.7.7.4 Decantadores Laminares El objeto de los decantadores es el de sedimentar los floculos formados en la unidad anterior.
A) Decantadores de placas paralelas. La tasa superficial de aplicación en los decantadores se ha determinará en función de la velocidad de sedimentación de las partículas que deben ser removidas, según la relación:
Vs = Q / (fA)
Donde: Vs = Velocidad de sedimentación en m./s. Q = Caudal que pasa para la unidad en m^3 /s. A = Área superficial útil de la zona de decantación en m 2 f = Factor de área, adimensional.
El factor de área para unidades de flujo ascendente está determinado por la expresión:
f = [se α (sen α + L cos α )] / S
Donde: α = ángulo de inclinación de las placas o tubos en grados = 60º. L = Longitud relativa del modulo, >= 12, adimensional (L= l/e o L= l/d). l = Largo del elemento tubular o de placa en m. d = Diámetro interno de los elementos tubulares, en m. e = Espaciamiento normal entre placas paralelas sucesivas, en m. S = Factor de eficiencia (1.0 para placas planas paralelas),
La velocidad de sedimentación debe ser determinada mediante ensayos de laboratorio.
La velocidad longitudinal máxima de flujo se calculará por
Vo = (NR/8) 1/2 Vs, Donde N (^) R = Numero de Reynolds.
La velocidad máxima de flujo en los módulos debe ser Vo = 0.17 m./s.
El N (^) R entre placas es de 199.
La unidad tiene forma rectangular de 2.7 m de ancho por 5.50 m de largo y de 4.2 m de alto
Los módulos está conformados por placas planas de PVC, de 2.75 m de ancho por 1.20 de alto con 0.56 de espesor, con una vigueta de soporte en la parte central del decantador para soportar a las placas en su punto medio.
Los módulos de decantación estarán inclinados a 60º con respecto a la horizontal., y separados 20.5 cm unos de otras.
El ingreso de agua al decantador se realizara mediante unas ventanas de 0.125 m x 0.417 m ubicados en el fondo del canal de distribución La altura de agua sobre las placas será de 1.00 m. La recolección de agua decantada se efectuará mediante dos tubos de H.D. de DN 400 mm con perforaciones en la parte superior, estas perforaciones serán de 2" de diámetro y estarán separadas cada 0.25 m. Este sistema funcionará
deberá estar constituida por gravilla no mas fina que 1.6 mm. Ni mayor de 8 mm de diámetro, y la capa inferior por grava de 19 mm de diámetro o mayor. La granulometría y el espesor de la grava dependen del tipo de drenaje. Para determinar los espesores de las capas de grava se tendrán en cuenta las siguientes condiciones:
- La altura de cada subcapa de grava no será menor que dos veces el tamaño de grava de esa capa, cualquiera que sea ese tamaño.
- La altura total de la grava sobre los drenes no será menor que 30 cm.
d) Sistema de lavado
- El lavado se realizará con agua filtrada proveniente de las otras unidades
- La cantidad de agua usada en el lavado no deberá sobrepasar el 3% del agua filtrada producida.
- La expansión del lecho filtrante estará en el rango del 30% lavado con agua, deberá encontrarse entre los siguientes límites:
- Tasa de lavado Solo con flujo ascendente:
- Tasa de retrolavado: 0.6. m 3 /(m 2 .min)
Lavado con flujo proveniente de las otras unidades. El número de filtros depende de la relación entre la tasa de filtración (Vf) y la velocidad de lavado (Vl). Es necesario que todos los filtros estén interconectados, ya sea mediante un canal lateral o a través del falso fondo. El Sistema de recolección de agua de lavado esta conformado por una canaleta en forma de “U” de 0.50 X 0.30 m adosadas a los extremos del filtro y con una separación sobre el medio filtrante expandido de 101 cm medidos al nivel del vertedero. Estas canaletas tendrán la capacidad para recolectar el 130% del caudal de lavado.
Sistema de drenaje Diseño La unidad de filtración ha sido diseñada para recoger el agua filtrada y distribuir el agua de lavado en la forma más uniforme posible, para ello es el
agua ingresará lateralmente
Sistemas de control de los filtros El sistema de control de los filtros se realizará mediante válvulas compuerta por tener un menor costo operación
La carga hidráulica se considerará por encima del nivel del vertedero de salida de la batería de filtros.
La carga hidráulica se calculará de tal manera que al iniciar la carrera un filtro recién lavado, la tasa de filtración no exceda de 1.5 veces la tasa promedio de diseño.
Se ha considerarse un aliviadero regulable en el canal de distribución de agua sedimentada para limitar la carga hidráulica.
Medidor de pérdida de carga En cada unidad se instalará medidor de pérdida de carga constituido por piezómetro en decímetros.
(Ver Calculo de Dimensionamiento de Filtros Rapidos de tasa Declinante y Lavado Mutuo)
6... Desinfección
El cloro es el reactivo más utilizado para la desinfección del agua. Posee un poder oxidante remanente muy elevado, que favorece la destrucción de las materias orgánicas. Su acción bactericida puede explicarse por la destrucción de las enzimas indispensables para los agentes patógenos.
El cloro disuelto en el agua reacciona con su disolvente según la reacción: Cl2 + H2O HCLO + HCl
que va acompañada de la reacción secundaria: HCLO CLO- + H+
El sentido de desplazamiento de estas reacciones de equilibrio depende del PH del medio. Si el PH es inferior a 2, todo el cloro se encuentra en forma molecular a PH 5, el cloro molecular ha desaparecido totalmente,
hasta la zona de almacenamiento y de utilización.
b) Almacenamiento El tiempo de almacenamiento será el necesario para cubrir el lapso desde que se efectúa el pedido hasta que los cilindros llegan al almacén, estimados en 15 días. El almacén de cloro esta sobre el nivel natural del terreno, con buena ventilación y protegido de los rayos solares. El sistema de ventilación esta ubicado en la parte baja de los muros. Mediante un ducto de 0.60 m x 0.60 m protegido con una malla de alambre.
E) Seguridad La estación de cloración contar con equipos de seguridad personal para fugas de cloro gas, Estos podrán ser máscaras antigás o sistemas de aire comprimido, los mismos que se ubicaran fuera de la caseta de cloración, pero muy cercanos a ella.
Por lo que se refiere a la toxicología del cloro, se admite que las reacciones fisiológicas a del hombre son las siguientes:
CUADRO N°6. TOXICOLOGÍA DEL CLORO
Percepción en el hombre Dosis ml/m3 – ppm Contenido admisible del aire respirado sin peligro durante 8 horas de trabajo
Olor perceptible 15. Irritación de la garganta a partir de 30. Tos provocada a partir de 40. Máximo para estancia de corta duración 40 a 60 Peligroso incluso en caso de corta duración 1,
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Los términos empleados en esta norma tienen el significado que se expresa:
1 Absorción
Fijación y concentración selectiva de sólidos disueltos en el interior de un material sólido, por difusión. 2 Adsorción
Fenómeno fisicoquímico que consiste en la fijación de sustancias gaseosas, líquidas o moléculas libres disueltas en la superficie de un sólido.
3 Afluente Agua que entra a una unidad de tratamiento, o inicia una etapa, o el total de un proceso de tratamiento. 4 Agua potable
Agua apta para el consumo humano.
5 Algicida Compuesto químico utilizado para controlar las algas y prevenir cambios en el olor del agua, debido al crecimiento desmedido de ciertos tipos microscópicos de algas.
6 Bolas de lodo Resultado final de la aglomeración de granos de arena y lodo en un lecho filtrante, como consecuencia de un lavado defectuoso o insuficiente. 7 Caja de filtro
Estructura dentro de la cual se emplaza la capa soporte y el medio filtrante, el sistema de drenaje, el sistema colector de agua de lavado, Etc.
8 Carga negativa o columna de agua negativa
Pérdida de carga que ocurre cuando la pérdida de carga por colmatación de filtros supera la presión hidrostática y crea un vacío parcial.
9 Carrera de filtro Intervalo entre dos lavados consecutivos de un filtro siempre que la filtración sea continua en dicho intervalo. Generalmente se expresa en horas. 10 Coagulación
Proceso mediante el cual se desestabiliza o anula la carga eléctrica de las partículas presentes en luna suspensión posterior aglomeración en el floculador.
11 Colmatación de filtro
Efecto producido por la acción de las partículas finas que llenan los intersticios del medio filtrante de un filtro o también por el crecimiento biológico que retarda el paso normal del agua. 12 Efluente
Agua que sale de un depósito o termina una etapa o el total de un proceso de tratamiento.
Proceso de remoción de partículas discretas por acción de la fuerza de gravedad.
25 Tasa de aplicación superficial Caudal de agua aplicado por unidad de superficie.
26 Tasa declinante de filtración Condición de operación de un filtro en el que la velocidad de filtración decrece a medida que se colmata el filtro. 27 Tratamiento de agua
Remoción por métodos naturales o artificiales de todas las materias objetables presentes en el agua, para alcanzar las metas especificadas en las normas de calidad de agua para consumo humano.
28 Turbiedad del origen coloidal Turbiedad medida en una muestra de agua luego de un período de 24 horas de sedimentación.
