Diseño de un espesador por gravedad y eras de secado para los lodos producidos en la planta de tratamiento de agua potable Acueductos La Enea Ltda.
Autor: Holguín Isaza, Carlos Andrés
Asesor: Morante García, Gonzalo (Thesis advisor)
Fecha: 2003-12
Programa: Bogotá - Medicina -Fisioterapia
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: En el presente trabajo se realiza una caracterización de las aguas de lavado de filtros y decantadores de la planta de tratamiento de agua potable “Acueductos la Enea Ltda.”, realizándole ensayos de caudal, sólidos sedimentables y sólidos suspendidos totales. Se diseña además un sistema de espesamiento por gravedad y secado en lechos de arena y grava para los lodos producidos durante el lavado de los decantadores y filtros, por medio de los datos obtenidos a nivel de laboratorio, a nivel piloto y a escala real. Se demuestra también que la reducción de volumen en las aguas de lavado de los filtros y decantadores es posible por medio de espesado por gravedad y secado en eras de arena y grava. A partir de los datos también se concluye que la reducción en la tasa retributiva será bastante considerable, pues el porcentaje de remoción de los sólidos suspendidos totales es bastante grande. / Abstract: Presently work is carried out a characterization of the waters of laundry of filters and decanters of the plant of treatment of drinkable water "Aqueducts the Enea Ltda"., carrying out him flow rehearsals, solid sedimentables and total suspended solids. It is also designed a thickening system by graveness and drying in channels of sand and it burdens for the muds taken place during the laundry of the decanters and filters, by means of the data obtained at laboratory level, at level pilot and real scale. It is also demonstrated that the reduction of volume in the waters of laundry of the filters and decanters is possible by means of having thickened by graveness and drying in eras of sand and it burdens. Starting from the data you also concludes that the reduction in the recompensing rate will be quite considerable, because the percentage of removal of the solids suspended totals is quite big.

PORTADA
DISEÑO DE UN ESPESADOR POR GRAVEDAD Y ERAS DE SECADO PARA LOS
LODOS PRODUCIDOS EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
"ACUEDUCTOS LA ENEA Ltda."
Autor:
Carlos Andrés Holguín Isaza
Código: 394024
Línea de profundización: Ingeniería Ambiental
Modalidad: Pasantía
Director Ad hoc:
Jhon Jaime Valencia
Director U.N:
Gonzalo Morante G.
Universidad Nacional de Colombia
Sede Manizales
Ingeniería Química
Manizales Diciembre de 2003CONTRAPORTADA
DISEÑO DE UN ESPESADOR POR GRAVEDAD Y ERAS DE SECADO PARA LOS
LODOS PRODUCIDOS EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
"ACUEDUCTOS LA ENEA Ltda."
Carlos Andrés Holguín Isaza
Universidad Nacional de Colombia
Sede Manizales
Ingeniería Química
Manizales Diciembre de 2003ÍNDICE GENERAL
Pág.
1. RESUMEN ......................................................................................... 1
2. ABSTRACT……………………………………………………………….. 2
3. INTRODUCCIÓN ............................................................................... 3
4. OBJETIVOS.....................................................................................… 4
4.1 GENERAL........................................................................................... 4
4.2 ESPECÍFICOS.................................................................................... 4
5. ANTECEDENTES...........................................................................… 5
5.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS LODOS…......................................…. 9
5.3 ESPESADO……………………………………………………………..... 13
5.3.1 Lodo de la planta Capim Fino de la ciudad de Piracicaba
Sao Paolo (Brasil)………………………………………………..……. 1 3
5.3.1.1 Espesado por flotación con aire disuelto ………………………… 13
5.3.1.2 Espesado por gravedad ………………………………………….... 13
5.4 DESHIDRATACIÓN DE LODOS.………………………………………. 14
5.4.1 Lechos de Secado y Lagunas de Lodos….………………………… 14
6. MATERIALES Y MÉTODOS.…………………………………………….. 15
7. RESULTADOS OBTENIDOS…………………………………………….. 18
7.1 RESULTADOS A NIVEL DE LABORATORIO…………….………….. 187.2 RESULTADOS A NIVEL PILOTO……………………………………… 25
7.3 VOLÚMENES DE AGUA DE LAVADO PRODUCIDA
EN EL DECANTADOR…………………………………………………… 27
7.3.1 Por balances de materia………………………………………………. 27
7.3.2 Medidos con el vertedero………………………………………..…… 27
7.4 ENSAYOS DE ESPESADO A ESCALA REAL………………..……… 28
7.5 PROMEDIOS………………………………………………………..……. 30
7.5.1 Filtros……………………………………………………………..……... 30
7.5.2 Decantadores…………………………………………..………………. 30
7.6 DATOS DE SECADO…………………………………………..………… 31
8. DISEÑO DEL ESPESADOR Y LAS ERAS DE SECADO……..……… 32
8.1 DISEÑO DEL TANQUE ESPESADOR POR GRAVEDAD…..……... 32
8.1.1 Volumen……………………………………………………..…………. 32
8.2 ERAS DE SECADO DE ARENA Y GRAVA……………………..……. 39
8.2.1 Obtención del área…………………………………………..………… 39
8.2.2 Dimensionamiento…………………………………………….……… 39
8.2.3 Materiales de construcción……………………………………….…. 40
8.3 PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS
TOTALES EN LAS AGUAS DE LAVADO POR MEDIO DEL
ESPESADOR POR GRAVEDAD…..…................................................. 42
9. CONCLUSIONES…………………………………………………..…… 43
BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………..…………. 44
ANEXOS……………………………………………………………..……… 46ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Características de los lodos generados en las plantas
de tratamiento de agua potable …………………………………………..…… 9
Tabla 2. Concentración de metales presentes en la fase sólida
de los lodos de plantas de tratamiento de agua potable……………………. 11
Tabla 3. Características de los lodos generados por los decantadores…… 11
Tabla 4. Sistemas de remoción de agua de los lodos utilizados
en Estados Unidos……………………………………………………………… 12
Tabla 5. Prácticas de disposición de lodos en los Estados Unidos
en grupos de población………………………………………………………… 12
Tabla 6. Sólidos sedimentables a tiempo final obtenidos por el
método estándar………………………………………………………………… 18
Tabla 7. Porcentaje de lodo promedio a nivel piloto………………………… 25
Tabla 8. Caudales y volúmenes promedio medidos con el vertedero
para el tren de filtros de la planta 2…………………………………………… 25
Tabla 9. Caudales y volúmenes promedio medidos con el vertedero
para el decantador 2…………………………………………………………….. 26
Tabla 10. Cálculo del volumen de agua de lavado para el
decantador 2 por balances de materia………………………………………… 27
Tabla 11.Cálculo del volumen de agua de lavado para el
decantador 2 por medio de las medidas de caudal del vertedero………….. 27
Tabla 12. Agua de lavado y sólidos sedimentables a escala real
para los decantadores 1 y 2…………………………………………………….. 28Tabla 13. Porcentajes de sólidos y de humedad de los lodos sometidos
a secado a diferentes tiempos………………………………………………….. 31
Tabla 14. Ciclo de entradas y salidas de materia al tanque espesador
y a las eras de secado…………………………………………………………... 34
Tabla 15. Porcentajes de remoción de sólidos suspendidos totales
por espesado……………………………………………………………………… 44ÍNDICE DE GRÁFICAS
Pág.
Gráfico 1. Plano de planta de “Acueductos la Enea Ltda.”………………….. 8
Gráfica 2. Sólidos Sedimentables en decantadores 1 y 2…………………… 21
Gráfica 3. Sólidos sedimentables en filtros de la planta 2…………………… 22
Gráfica 4. Agua de lavado y sólidos sedimentables a
escala real para los decantadores 1 y 2……………………………………….. 29
Gráfica 5. Porcentaje de sólidos para los lodos secados a
diferentes tiempos…………………………………………………….…………. 31
Gráfica 6. Remanente de lodo en el espesador……………………………... 36
Gráfica 7. Agua de lavado que entra al tanque espesador…………………. 36
Gráfica 8. Clarificado extraído del espesador………………………………… 37
Gráfica 9. Volumen máximo en el espesador………………………………… 37
Gráfica 10. Lodo espesado y lodo enviado a secar…………………………... 38
Gráfica 11. Tanque espesador de lodos………………………………………… 40
Gráfica 12. Eras de secado de arena y grava………………………………….. 4 3ÍNDICE DE ABREVIATURAS
°C: GRADOS CELSIUS.
DBO: DEMANDA BIOLÓGICA DE OXÍGENO.
DQO: DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO.
HUM.: HUMEDAD
Min.: MINUTOS.
pH POTENCIAL DE HIDROGENIONES.
Prom.: PROMEDIO.
PTAP: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE.
SED: LODO SEDIMENTADO.
SOL: SÓLIDOS.
SS: SÓLIDOS SEDIMENTABLES.
ST: SÓLIDOS TOTALES.
SV: SÓLIDOS VOLÁTILES.
uT.: UNIDADES TURBIDIMÉTRICAS.
Vol.: VOLUMEN.
h.: HORAS.
REM.: REMANENTE DE LODO EN EL TANQUE ESPESADOR.
Ent.: ENTRADA.Sal.: SALIDA
MAX.: MÁXIMO.
Tot.: TOTAL.
V1: VÁLVULA DE ALIMENTACIÓN AL DECANTADOR 1
V2: VÁLVULA DE ALIMENTACIÓN AL DECANTADOR 2
V3: VÁLVULA DE DESCOLE A LA QUEBRADA CIMITARRA
V4: VÁLVULA DE FONDOS DEL DECANTADOR 2.
V6: VÁLVULA DE ENTRADA AL CONO DE AIREACIÓN.
V5: VÁLVULA DE FONDOS DEL DECANTADOR 1
V7: VÁLVULA DE LODOS DEL DECANTADOR 1
V8: VÁLVULA DE LODOS DEL DECANTADOR 2
F4.1 FILTRO 4 DE LA PLANTA 1
F1.2: FILTRO 1 DE LA PLANTA 2
F2.2: FILTRO 2 DE LA PLANTA 2.
F4.2 FILTRO 4 DE LA PLANTA 2
F1: TREN DE FILTROS DE LA PLANTA 1.
F2: TREN DE FILTROS DE LA PLANTA 2.
D1: DECANTADOR 1.
D2: DECANTADOR 2.ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO A: Pág.
DATOS DE CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS DE
LAVADO DE DECANTADORES Y FILTROS 47
ANEXO B:
DATOS DE LOS LODOS RECOGIDOS EN LAS CANECAS Y
CANTIDAD DE ESPESADO DESPUÉS DE 6 HORAS 57
ANEXO C:
CAUDALES MEDIDOS EN EL VERTEDERO 59
ANEXO D:
DATOS DE SECADO EN LAS ERAS PILOTO 63
ANEXO E:
NUEVO PROCEDIMIENTO DE LAVADO DE DECANTADORES 6 5
ANEXO F:
ENSAYOS DE ESPESADO A ESCALA REAL. 67
ANEXO G
PROCEDIMIENTOS ESTÁNDAR PARA LA DETERMINACIÓN
DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES SÓLIDOS
SEDIMENTABLES Y HUMEDAD 70
ANEXO H
COSTOS 74
ANEXO I
FORMULAS 771. RESUMEN
En el presente trabajo se realiza una caracterización de las aguas de lavado de filtros y
decantadores de la planta de tratamiento de agua potable “Acueductos la Enea Ltda.”,
realizándole ensayos de caudal, sólidos sedimentables y sólidos suspendidos totales.
Se diseña además un sistema de espesamiento por gravedad y secado en lechos de
arena y grava para los lodos producidos durante el lavado de los decantadores y filtros,
por medio de los datos obtenidos a nivel de laboratorio, a nivel piloto y a escala real.
Se demuestra también que la reducción de volumen en las aguas de lavado de los
filtros y decantadores es posible por medio de espesado por gravedad y secado en eras
de arena y grava.
A partir de los datos también se concluye que la reducción en la tasa retributiva será
bastante considerable, pues el porcentaje de remoción de los sólidos suspendidos
totales es bastante grande.2. ABSTRACT
Presently work is carried out a characterization of the waters of laundry of filters and
decanters of the plant of treatment of drinkable water "Aqueducts the Enea Ltda".,
carrying out him flow rehearsals, solid sedimentables and total suspended solids.
It is also designed a thickening system by graveness and drying in channels of sand and
it burdens for the muds taken place during the laundry of the decanters and filters, by
means of the data obtained at laboratory level, at level pilot and real scale.
It is also demonstrated that the reduction of volume in the waters of laundry of the filters
and decanters is possible by means of having thickened by graveness and drying in
eras of sand and it burdens.
Starting from the data you also concludes that the reduction in the recompensing rate
will be quite considerable, because the percentage of removal of the solids suspended
totals is quite big.3. INTRODUCCIÓN
La planta de tratamiento de agua potable "Acueductos la Enea Ltda.", es un acueducto
privado que surte agua a la empresa “PROGEL” y que anteriormente surtía también a la
desaparecida empresa “DERIVADOS DEL AZUFRE”.
Los desechos de la planta de tratamiento se generan principalmente en los
desarenadores, los decantadores y los filtros. Los desarenadores no representan un
problema para el acueducto, pues los sedimentos son principalmente arena y se puede
devolver a la quebrada sin pagar por estos tasa retributiva, además estas son recogidas
aguas abajo como material de río.
El problema lo constituyen las aguas de lavado de los ocho filtros cada 48 horas o antes
dependiendo de la turbiedad del agua efluente (generalmente los Martes, Jueves,
Viernes y Domingo), y la purga de los dos decantadores cada semana los Viernes, o
antes dependiendo de las cantidades de lodos en los mismos. Estas aguas de lavado
contienen altas cargas de sólidos y material en suspensión que deben ser removidas.
Los lodos producidos contienen además un alto contenido de humedad, la cual debe
ser retirada por métodos físicos, para hacer más fácil su manejo y disposición final.4. OBJETIVOS
4.1 General:
Diseñar un sistema de espesado por gravedad y eras de secado de arena y grava para
los lodos producidos en el lavado de decantadores y filtros de la planta de tratamiento
de agua potable “Acueductos la Enea Ltda.".
4.2 Específicos:
1 Determinar las características de las aguas de lavado de los decantadores y filtros
de la planta de tratamiento de agua potable “Acueductos la Enea Ltda.”.
2 Diseñar y dimensionar un tanque espesador para los lodos provenientes del lavado
de los decantadores y filtros.
3 Determinar las condiciones de operación del tanque espesador.
4 Diseñar y dimensionar los lechos de secado de arena, determinando sus
condiciones de operación.
5 Determinar la reducción en las concentraciones de sólidos suspendidos de las
aguas de lavado vertidas a la quebrada Cimitarra antes y después del tratamiento
basados en los ensayos pilotos.6 Calcular por escalado el volumen promedio de los lodos antes y después de cada
operación (espesado y secado en lechos de arena y grava).5. ANTECEDENTES
5.1 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA
La planta de tratamiento de agua potable “Acueductos La Enea Ltda.” es un acueducto
privado, el cual se surte de agua cruda de la quebrada Manizales y realiza el siguiente
tratamiento en la misma:
El agua cruda llega a un cono de aireación, el cual sirve además como igualador de
caudales, de allí se distribuye a las dos plantas compactas donde se realiza la mezcla
rápida y lenta con el floculante y el coagulante (dosificado por medio de bombas
peristálticas), para la posterior sedimentación dentro del los mismos tanques.
El agua clarificada es recogida por colectores de tubo con orificios en la parte superior y
llevada a un tren de filtros.
La planta posee 8 filtros rápidos que operan por gravedad, de los cuales 4 filtran el agua
proveniente del decantador 1 y 4 el agua del decantador 2.
Al agua efluente de los filtros se le ajusta el pH (entre 7.2 y 7.6) adicionándoles
Hidróxido de Calcio y se clora de modo que el cloro residual sea 0.2 mg/L con el gas
Cloro antes de pasar a los tanques de almacenamiento.
Cada planta puede procesar un caudal máximo de 79 L/seg. y utiliza como coagulante
Sulfato de Aluminio clase A y una poli sulfamida producida por la empresa “Protecnica
Ingeniería S.A.”, denominado “profloc 1986”.El consumo promedio de agua potable por parte de PROGEL es de 65 L/seg., con
consumos máximos de 75 L/seg.
A continuación se presenta un diagrama general de la planta.Gráfico 1. Plano de planta de “Acueductos la Enea Ltda.”.5.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS LODOS
Las siguientes tablas presentan las características de los lodos provenientes de plantas
de tratamiento de agua potable de acuerdo a diferentes autores desde 1968 hasta
1998, luego de las cuales se enumerarán algunos de los sistemas de remoción de agua
de los lodos usados en EE.UU., además de algunos métodos de disposición final para
los mismos. Finalmente, se presentarán algunas investigaciones hechas en Brasil sobre
espesado, deshidratación de lodos, remoción de agua por circulación forzada, lechos de
secado de arena y grava y lagunas de secado de lodos.
Tabla 1. Características de los lodos generados en las plantas de tratamiento de agua
potable (1):
DBO DQO pH ST SV SS
Autor / año
(mg / L) (mg / L) (mg / L) (mg / L) %SS
Neubauer 500 a 1100 a 20% a
30 a 150 6.0 a 7.6 -
(1968) 15000 16000 30%
Sutherland 100 a 669 a 4300 a
7.0 25% 80
(1969) 232 1100 14000
Bugg 1162 a 4380 a
380 6.5 a 6.7 20% -
(1970) 15800 14000
Albrecht 500 a 3000a
30 a 100 5.0 a 7.0 20% 75
(1972) 10000 15000
Culp 340 a
40 a 150 7.0 - - -
(1974) 5000
Nilsen
100 2300 - 10000 30% -
(1974)
Singer 30 a
30 a 300 - - - -
(1974) 5000Tabla 1 (Continuación). Características de los lodos generados en las plantas de
tratamiento de agua potable (1):
DBO DQO pH ST SV SS
Autor / año
(mg / L) (mg / L) (mg / L) (mg / L) %SS
Cordeiro
320 5150 6.5 81575 20.7% -
(1981)
Vidal
449 3487 6.0 a 7.4 21972 15% -
(1990)
Vidal
173 1776 6.7 a 7.1 6300 73% -
(1990)
Cordeiro
- 5600 6.4 30275 26.3% -
(1993)
Patrizze
- - 5.55 6112 19% -
(1998)
Patrizze
- - 6.8 6281 - -
(1998)
En la tabla anterior se puede ver que las características de los lodos generados en las
plantas de tratamiento de agua potable son muy variables, esto hace necesario que se
realice la caracterización de las aguas de lavado para las condiciones existentes en la
planta de tratamiento.Tabla 2. Concentración de metales presentes en la fase sólida de los lodos de plantas
de tratamiento de agua potable* (1):
Metales PTAP 01 PTAP 02 PTAP 03
Aluminio (mg / L) 3965.00 391 325
Bario (mg / L) - 0.22 0.18
Cadmio (mg / L) 0.14 0.02 0.02
Calcio (mg / L) 142.00 - 0.08
Plomo (mg/L) 2.32 0.20 0.30
Cloro - 35 36.3
Cobre 1.47 0.12 0.2
Cromo Total 3.82 0.06 0.09
Hierro Total 3381.00 129 166
Hierro soluble - 6.14 0.12
Magnesio 27.00 2.87 1.38
Manganeso 1.86 7.80 3.44
Manganeso soluble - 4.57 1.00
Mercurio - - -
Níquel 2.70 0.14 0.12
Potasio 49.97 7.37 7.55
Sodio 311.00 29.3 63.0
Zinc 2.13 0.7 0.98
*Situadas en el estado de Sao Paulo (Brasil)
Tabla 3. Características de los lodos generados por los decantadores (1):
PARÁMETROS VALOR
pH 6.4
DQO (mg / L) 5600
Sólidos Totales (ST) (mg / L) 30275
Sólidos Totales Fijos (STF) (mg / L) 22324
Sólidos Totales Volátiles (STV) (mg / L) 7951
Sólidos Suspendidos Totales (mg / L) 27891
Sólidos Suspendidos Totales fijos (mg / L) 22034
Sólidos Suspendidos Totales volátiles (mg / L) 5857
Sólidos sedimentables (mL / L) 710
Masa específica de los lodos (g / cm3) 265
Nitrógeno Total (mg / L) (NTK) 280
P-PO (mg / L) 97.8
4Tabla 4. Sistemas de remoción de agua de los lodos utilizados en Estados Unidos (1):
% con relación a
TIPOS DE SISTEMA Número de plantas
469 PTAP
Espesado en lagunas 318 67.8
Reciclaje de lodos 68 14.5
Espesado por gravedad 61 13.0
Calentamiento y
55 11.7
descongelado
Lechos de secado 47 10.0
Filtros Prensa 20 4.3
Centrifugación 12 2.6
Filtros a vacío 4 0.9
Recuperación de cal 1 0.2
Recuperación de sulfato
1 0.2
de Aluminio
Otros 71 15.1
Tabla 5. Prácticas de disposición de lodos en los Estados Unidos en grupos de
población (1)*:
MAYOR
PRACTICA DE 10 A 25 25 A 50 20 A 100
DE 100
DISPOSICIÓN MILLARES MILLARES MILLARES
MILLARES
Aplicación al suelo 37.8 20.2 24.1 20.7
Descarga en sistemas
20.5 32.1 25.5 20.7
de drenaje sanitarios
Terreno municipal 24.4 25.7 20.4 20.7
Terrenos 9.4 20.2 15.7 22.9
Descarga directa en
13.4 11.9 15.7 14.1
cursos de agua
Otros 6.3 4.5 7.4 10.6
* La tabla anterior es presentada por el autor citado (1) sin las unidades respectivas.5.3 ESPESADO
En la escuela de San Carlos (Brasil) se llevaron a cabo ensayos de flotación y
sedimentación de dos plantas de tratamiento de agua, con lo que obtuvieron los
siguientes resultados (1):
5.3.1 Lodo de la planta Capim Fino de la ciudad de Piracicaba Sao Paolo (Brasil). Esta
planta recibe agua del río Corumbataí, y posee una capacidad de tratar 1100 L/s. Esta
planta es de tipo convencional, con zona de mezcla rápida, floculación, decantación,
filtración y desinfección final. Como coagulante se emplea Sulfato de Aluminio.
El sistema de Decantación está compuesto de cuatro unidades convencionales de
forma rectangular horizontal. Dos de los decantadores disponen de removedores
mecánicos, con aspiración de lodo por sifón.
Se emplearon polímeros de alto y bajo peso molecular, aniónicos, catiónicos y no
iónicos, en diferentes dosis para ambos ensayos, de flotación por aire disuelto y de
espesado por gravedad.
5.3.1.1 Espesado por flotación con aire disuelto. Los mejores resultados se dieron con
dosis de 4.5 g / Kg. de SST de polímero catiónico, de alto peso molecular. Se obtuvo un
porcentaje teórico de sólidos en el lodo de 7.1 %, turbidez del sobrenadante de 1.0 uT.
5.3.1.2 Espesado por gravedad. Los mejores resultados se obtuvieron con el polímero
catiónico de alto peso molecular, en dosis de 10.26 g / Kg. Se obtuvo un porcentaje
teórico de sólidos en los lodos de 4.6% y un sobrenadante con una turbidez de 1.5 uT
Al comparar los métodos anteriores se puede ver que el espesado por flotación además
de usar dosis más bajas, la eficiencia del espesado es mayor, además pudieron
apreciar que los lodos de esta planta que usa Sulfato de Aluminio espesaron mejor con
un polímero catiónico para ambos tipos de espesado (1).
5.4 DESHIDRATACIÓN DE LODOS5.4.1 Lechos de Secado y Lagunas de Lodos (1). Según Neubauer, quien realizó
experiencias con estaciones piloto de lechos de secado, en un medio con temperatura
ambiente entre 20 y 27 ºC y una humedad relativa entre 72 y 93%, el drenado del agua
disminuía hasta cesar completamente en 24 h, y el secado por evaporación duraba
entre 24 y 72 horas.
Los lodos provenían de coagulación con Sulfato de aluminio, de las estaciones de
tratamiento de agua potable de Shoremont, Rochester, N.Y., con capacidad de 1300
L/Seg., y Wolcot, N.Y., con caudales de 42 L/seg.
O’Brian y Gere, observaron que los lodos de estaciones de tratamiento de agua potable
dispuestos en lechos de secado, cuyo afluente contenía concentraciones de 1% de
sólidos después de un intervalo de tiempo de 70 a 100 horas, producían un residuo con
20 % en sólidos.
Adrian y Nebkler, describieron la estación de tratamiento de agua potable de
Rinconada, en California, que empleaba lechos de secado para lodos y agua de lavado
de filtros (después de recuperación de agua), mostrando que la capacidad máxima de
lodo utilizada era 60 cm.6. MATERIALES Y MÉTODOS
Para determinar las características de las aguas de lavado, se realizaron 20 muestreos
de los filtros y 11 muestreos del decantador, los cuales cubren un periodo de 3 meses.
El parámetro para definir la cantidad de muestreos fue el tiempo que fijó el acueducto
para la obtención de los datos, disponiendo solo 3 meses para realizar los muestreos.
Es de anotar que en la propuesta se planteó realizar 29 muestreos para filtros, de los
cuales solo se pudieron realizar 20 debido a que en algunas ocasiones se debieron
lavar los filtros en las horas de la madrugada, siendo imposible la toma de las muestras.
El tiempo de lavado de los filtros es de aproximadamente 6 min. y tienen una variación
rápida de las cargas al comienzo y al final del lavado.
A la salida de los filtros se recolectaron muestras de 9 Litros cada 20 seg. Las muestras
se depositaron en canecas de 220 Litros donde se formó una muestra compuesta
(cantidades iguales a intervalos constantes de tiempo) para su posterior caracterización.
En el caso del decantador 1, se realizaron únicamente dos muestreos, debido a que el
punto de muestreo se encontraba muy lejos del decantador (aproximadamente 40
metros aguas abajo del fondo del decantador), por lo tanto había mucha acumulación
de lodos en la canaleta de conducción, además no era posible medirle el caudal, pues
la salida de los lodos a la quebrada son unos escalones, por lo que no se podía instalar
un vertedero y por lo turbulento era muy posible perder las aspas de un molinete en
caso de usarlo.
Para el decantador 2 se hizo el muestreo en la canaleta de conducción de los lodos a 5
metros aproximadamente de la tubería de descarga en el fondo del decantador, donde
se instaló además un vertedero para realizar el seguimiento del caudal.
Usando el método estándar (el cual se presenta en el Anexo G), se les hicieron a todas
las muestras los ensayos de sólidos sedimentables y sólidos suspendidos totales
(Anexo A).En cada muestreo de filtros se midieron varios caudales (cada 20 seg. para los filtros y
cada minuto para los decantadores), con estos caudales se halló un único caudal
promedio por medio de la fórmula 1 del Anexo J
El caudal de las aguas de lavado se midió por medio de un vertedero localizado en la
canaleta de conducción de aguas de lavado, a 5 metros aproximadamente de la tubería
de descarga del decantador 2.
El espesado a nivel piloto se realizó en canecas de 220 L las cuales se llenaron con las
aguas de lavado, por medio de un balde aforado, tomando 7 litros de muestra cada
minuto para el decantador, y alrededor de 9 litros cada 20 seg. para los filtros.
El lodo recogido se dejó reposar 6 horas, y después se le retiró el clarificado haciendo
sifón con una manguera y recolectando muestras del mismo para los análisis antes
mencionados.
Por medio de los datos de Sólidos sedimentables en el cono Imhoff, se definió el tiempo
de retención, el cual se obtuvo como un promedio de los tiempos que tardaron en
sedimentar los lodos hasta que la variación de volumen con respecto al tiempo fuera
despreciable.
Los volúmenes de lodo que deberán pasar a los lechos de secado se obtienen por
escalados de los datos obtenidos en el cono.
El porcentaje de remoción de sólidos se calculó con base en los sólidos suspendidos
totales de las aguas de lavado (iniciales) y los sólidos suspendidos totales del agua
clarificada de las canecas de 220 L (finales).
Durante el secado de los lodos en las eras piloto se tomaron muestras con el fin de
determinarles la humedad, tomando alícuotas separadas 3 cm. una de la otra y
utilizando una espátula para tomarlas a diferentes alturas y con una frecuencia en la
toma de muestras de 24 hora.La humedad se midió llevando la muestra a una estufa a 105°C durante cuatro horas y
una hora en el desecador, para ser pesada luego, repitiendo el proceso hasta obtener
peso constante (método estándar).
Los datos de caudal de agua percolada no se realizaron debido a que la poca cantidad
de agua que percolaba de los lodos era absorbida por la arena y no salía por la tubería
de drenado.7. RESULTADOS OBTENIDOS
7.1 RESULTADOS A NIVEL DE LABORATORIO
Con los resultados siguientes se planea encontrar un promedio de los lodos
sedimentables de las muestras tomadas a las aguas de lavado de los filtros y
decantadores, los cuales servirán para determinar por escalado los volúmenes de lodos
que se sedimentarán en el tanque espesador.
Los siguientes son los valores para los sólidos sedimentables a tiempo final (mL. de
lodo sedimentado / L de agua de lavado) que se obtuvieron a partir de las muestras de
lavado de filtros y decantadores por medio del cono de Imhoff.
Tabla 6. Sólidos sedimentables a tiempo final* obtenidos por el método estándar**
(Anexo G)
LAVADO D 1 D 2 F 1.2 F 2.2 F 4. 2 F 4.1
DIA (mL/L) (mL/L) (mL/L) (mL/L) (mL/L) (mL/L)
1 175 170 ---- ---- ----- -----
2 ---- ---- ----- 16 22 -----
3 ---- ---- ----- 12 15 -----
4 180 200 ---- ---- ----- -----
5 140 150 ---- ---- ----- -----
6 ---- ---- 7 11 9 ----
7 ---- ---- 12 19 16 ----
8 ---- 120 5 5.5 ----
9 ---- ---- 7.5 10 6 ----
10 ---- ---- 10 18 12 ----
11 ---- ---- 11 13 8 ----
12 ---- 265 --- 6 3 ----
13 ---- ---- 13 15 13 ----Tabla 6 (Continuación). Sólidos sedimentables a tiempo final* obtenidos por el método
estándar**
LAVADO D 1 D 2 F 1.2 F 2.2 F 4. 2 F 4.1
DIA (mL/L) (mL/L) (mL/L) (mL/L) (mL/L) (mL/L)
14 ---- 8 6.5 8.5 ----
15 ---- 510 ---- 4.5 1.9 ----
16 ---- ---- ---- 4.2 2.0
17 ---- 650 ---- ---- 44 1.5
18 ---- ---- ---- ---- 9.0 3.5
19 ---- 468 ---- 7.0 8.0 ----
20 ---- ---- 20 28 ----
21 ---- 100 ---- 8.5 10.5 ----
22 ---- 470 ---- 18 16 ----
23 ---- 220 ---- 10 7.5 ----
Promedio (mL) 165 302.1 11.2 13.2 12.1 2.3
% (Vol./Vol.) 16.5 30.21 1.12 1.32 1.21 0.23
Intervalo 140-180 100-650 7-13 4.5-20 3-44 1.5-3.5
DESVIACIÓN
17.80 179.16 2.343 5.169 9.804 1.041
ESTÁNDAR
COEFICIENTE
13.206 62.201 20.919 39.159 81.025 45.26
DE VARIACIÓN
VALOR
180 650 13 20 44 3.5
MÁXIMO.(mL/L)
*Entiéndase por tiempo final el momento en que la variación del volumen de lodo
sedimentado con respecto al tiempo es despreciable.
** Los datos a diferentes tiempos se encuentran en el anexo A
El filtro 3 de la planta 2 no se tuvo en cuenta para los muestreos debido a que se
encontraba en un proceso de cambio del material filtrante, y de los colectores. Los filtros
de la planta 1 no se muestrearon tampoco, pues aún tenían los colectores y el material
filtrante viejos.
El filtro 4, de la planta 1solo se muestreó en algunas ocasiones después de que se le
hizo el cambio anteriormente mencionado, pues solo se disponía de 3 recipientes para
la recolección de muestras y se debía incluir el muestreo de los decantadores, pues
estos son los que producen la mayor cantidad de sólidos suspendidos.SÓLIDOS SEDIMENTABLES EN DECANTADORES 1 Y 2
(NIVEL LABORATORIO)
700
600
500
)L/Lm(
400
D 1
NEMULOV
D 2
300
200
100
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
DIA
Gráfica 2. Sólidos Sedimentables en decantadores 1 y 2.SÓLIDOS SEDIMENTABLES EN FILTROS DE LA PLANTA 2
50
45
40
35
)L/Lm(
30
F1.2
25 F2.2 NEMULOV
F4.2
20
15
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
DIA
Gráfica 3. Sólidos sedimentables en filtros de la planta 2.7.2 RESULTADOS A NIVEL PILOTO
A continuación se presentan los porcentajes de lodo espesado promedio que se
obtuvieron llenando canecas de 220 L con las aguas de lavado de filtros y
decantadores, tomando alícuotas iguales a intervalos constantes de tiempo, dejando
reposar por 6 horas la muestra y midiendo el volumen final de lodos sedimentados,
además se tabulan los caudales medidos con el vertedero para el tren de filtros de la
planta 2 y el decantador 2 con sus respectivos volúmenes:
Tabla 7. Porcentaje de lodo promedio a nivel piloto*
% de lodo espesado prom.
EQUIPO (L de lodo espesado / L de
muestra )
Planta 1 25.7
Planta 2 29.32
Filtro 1 (Planta 2) 1.22
Filtro 2 (Planta 2) 1.05
Filtro 4 (Planta 2) 0.94
Filtro 4 (Planta 1) 1.04
* Los datos puntuales se encuentran en el anexo B
Tabla 8. Caudales y volúmenes promedio medidos con el vertedero para el tren de
filtros de la planta 2.*
V V
Q Q TOTALPROM MÁXIMO
DIA TOTALPROM MÁXIMO Para 4 filtros Para 4 filtros
(L/ seg.) (L/ seg.)
(m3) (m3)
15 103.7 110.84 131.124 139.645
16 90.21 94.26 111.860 120.652
17 94.98 97.34 128.028 131.214
18 82.67 90.50 98.873 108.238
PROMEDIO 92.89 98.235 117.471 124.937
* Los valores puntuales se encuentran en el anexo C.
Para calcular los datos anteriores se promediaron los valores de caudal contenidos en
la tabla 1 del Anexo C.Los volúmenes se calcularon usando los tiempos de lavado contenidos en la Tabla 1 del
Anexo C teniendo en cuenta que el tiempo es un promedio de los tiempos medidos y los
filtros que no se muestrearon se asumieron como una aproximación al promedio.
Tabla 9. Caudales y volúmenes promedio medidos con el vertedero para el decantador
2.*
Q Q V V
DIA Total promedio Máximo Total promedio Máximo
(L/seg.) (L/seg.) (m3) (m3)
17 112.29 118.04 126.882 133.385
19 123.74 131.78 141.060 150.229
PROMEDIO 118.05 124.91 133.971 141.807
*Los valores puntuales se encuentran en el anexo C7.3 VOLÚMENES DE AGUA DE LAVADO PRODUCIDA EN EL DECANTADOR
7.3.1 Por balances de materia:
Tabla 10. Cálculo del volumen de agua de lavado para el decantador 2 por balances de
materia.
PARÁMETRO VALOR
DIÁMETRO DEL DECANTADOR 1 (m) 14.3
DESCENSO DEL NIVEL DE AGUA DURANTE
0.6
LAVADO (m)
ENTRADA DE AGUA PROMEDIO AL
55
DECANTADOR 1 (L/seg.)
TIEMPO DE LAVADO (mm:ss) 22:50
VOLUMEN QUE ENTRA EN 22 min.50 seg. (m3) 75.35
VOLUMEN POR DESCENSO DE NIVEL(m3) 96.37
VOLUMEN TOTAL DESALOJADO DURANTE
171.72
LAVADO (m3)
7.3.2 Medidos con el vertedero.
Tabla 11. Cálculo del volumen de agua de lavado para el decantador 2 por medio de las
medidas de caudal del vertedero.
PARÁMETRO VALOR
CAUDAL PROMEDIO SIN ABRIR VÁLVULA DE FONDOS (L/seg.). 119.12
TIEMPO DE LAVADO SIN APERTURA DE FONDOS (seg.). 1260
VOLUMEN DESALOJADO ANTE DE ABRIR FONDOS (m3) 150.09
CAUDAL PROMEDIO CON APERTURA DE FONDOS (L/seg.). 121.48
TIEMPO QUE DURARON ABIERTOS LOS FONDOS (seg.) 110
VOLUMEN DESALOJADO DESPUÉS DE ABRIR FONDOS (m3) 13.36
VOLUMEN TOTAL DESALOJADO (m3) 163.45
Al comparar los datos anteriores se puede ver que difieren en un 4.8 %, lo que nos
muestra que los valores medidos en el vertedero no son muy diferentes a los obtenidos
por un balance de materia.7.4 ENSAYOS DE ESPESADO A ESCALA REAL
Los ensayos de sedimentación a escala real se pudieron realizar gracias a que en el
sector de la planta de Progel se pudo adecuar un tanque de aproximadamente 340 m3
para tal fin.
Para la adecuación del tanque fue necesario la construcción de una compuerta provista
de una válvula de cortina de 4 pulgadas en la parte inferior del mismo para desalojar los
lodos.
También fue necesario extender alrededor de 45 metros de tubería de 10 pulgadas de
diámetro, y poner una compuerta con válvula en el descole a la quebrada cimitarra.
El volumen dentro del tanque espesador se midió por medio de unas líneas de aforo
que se pintaron en la pared del tanque.
Los resultados obtenidos en dicho tanque se presentan a continuación:
Tabla 12. Agua de lavado y sólidos sedimentables a escala real para los decantadores
1 y 2*
AGUA DE LAVADO (m3) LODO
ENSAYO
SEDIMENTADO(m3)
D1 D2
1 220 ---- 55
2 110 95 105
3 80 90 113
4 170 98
5 72 95 60
6 90 85 90
*el valor del ensayo 4 corresponde a la suma de los volúmenes de las aguas de lavado.AGUA DE LAVADO Y SÓLIDOS SEDIMENTABLES A
ESCALA REAL PARA LOS DECANTADORES 1 Y 2
250
200 )3m(
D 1
150
NEMULOV
D 2
100 SED
50
0
D1+D2
1 2 3 4 5 6
ENSAYO
Gráfica 4. Agua de lavado y sólidos sedimentables a escala real para los decantadores
1 y 2.
Donde: D1= Decantador 1
D2= Decantador 2
SED = Sólidos Sedimentados en 24 horas (excepto el ensayo 5 que fue a
36 horas).
En el primer ensayo solo se pudo muestrear un decantador pues la cantidad de agua de
lavado de los dos decantadores excedía la capacidad del tanque, pues aún no se había
optimizado el lavado de los mismos.
El lavado de los decantadores se modificó después del primer ensayo con el fin de
minimizar los gastos de agua y hacer más eficiente el mismo, estos cambios se pueden
ver en el tiempo de lavado y en la cantidad de agua de lavado. El nuevo procedimiento
se presenta en el Anexo E.7.5 PROMEDIOS
A continuación se presentan los promedios de los datos que se tomaron a escala real:
7.5.1 Filtros:
Tiempo de lavado promedio (4 Filtros) (minutos): 20:00
Volumen agua de lavado promedio (4 Filtros) (m3): 120
Lodo sedimentado Promedio m3: 1.06
El tiempo de lavado en los ensayos a escala real corresponde a un valor dado por la
directora técnica del acueducto Magnolia Villamil, la cual fijó el tiempo de lavado de 5
minutos para cada filtro.
El volumen de agua de lavado promedio de los filtros se calcula a partir de los datos de
lavado de filtros contenidos en el anexo C.
El lodo sedimentado promedio se calculó a partir de la Tabla 7, ya que a escala real el
lodo sedimentado por los filtros era muy pequeño para ser medido mediante las líneas
de aforo pintadas en el tanque.
7.5.2 Decantadores:
En los siguientes promedios no se incluyen los datos correspondientes al 1er ensayo,
pues estos se tomaron antes de hacer la optimización en el lavado de los decantadores.
Tiempo de lavado promedio para un decantador: 9:54
Volumen agua lavado promedio para un decantador (m3): 86
Lodo sedimentado promedio para un decantador (m3): 47
Los valores anteriores para los decantadores corresponden a promedios de los datos
reales contenidos en el Anexo G.7.6 DATOS DE SECADO
Tabla 13. Porcentajes de sólidos y de humedad de los lodos sometidos a secado a
diferentes tiempos*
TIEMPO INICIAL 24 HORAS 72 HORAS
ENSAYO
% SOL. % HUM. % SOL. % HUM. % SOL. % HUM.
1 27.58 72.5 43.72 56.28 N.M.** N.M.
2 25.88 74.12 40.25 59.75 N.M. N.M.
3 10.81 89.19 34.31 65.69 N.M. N.M.
4 19.90 80.10 34.96 65.14 45.63 54.37
5 15.50 84.50 30.52 69.48 41.78 58.22
6 18.98 81.02 37.20 62.80 42.12 57.88
7 16.51 83.49 36.63 63.37 43.20 56.80
8 18.92 81.08 40.78 59.22 45.05 54.95
PROMEDIOS 16.77 83.23 35.73 64.27 43.56 56.44
*Los datos correspondientes al ENSAYO 1 Y 2 no se incluyeron a la hora de tomar los
promedios pues estos lodos permanecieron demasiado tiempo espesando, por lo que
sedimentaron mucho.
** N.M. = no fue posible el procesamiento de los datos, pues dieron valores negativos al
ser mayor el peso final que el inicial, al parecer por demasiada humedad en el gel
absorbente del desecador.
% DE SÓLIDOS PARA LOS LODOS SECADOS
Vs.TIEMPO
50
40 SODILÓS
T=0
30
T= 24 h
20
T= 72 h ED
10 %
0
1 2 3 4 5 6 7 8
ENSAYO
Gráfica 5. Porcentaje de sólidos para los lodos secados a diferentes tiempos.8. DISEÑO DEL ESPESADOR Y LAS ERAS DE SECADO
8.1 DISEÑO DEL TANQUE ESPESADOR POR GRAVEDAD
8.1.1 Volumen: Para determinar su volumen se tendrá en cuenta la manera como
operará el tanque sedimentador, el cual lo hará del siguiente modo:
9. Día 1: se carga el tanque con las aguas de lavado del Decantador 1.
1.1 Tres horas después se retira el clarificado del tanque y se lava el tren de filtros
de la planta 1, retirando el clarificado 6 horas después.
1.2 Se carga el lecho de secado con el lodo sedimentado.
9. Día 2: Se realiza el lavado de la planta 2 siguiendo el mismo procedimiento del
día uno, pero dejando el lodo en el tanque sedimentador.
9. Día 3: Se lava el tren de filtros de la planta 1, se retira el clarificado (6 horas
después de cargado el tanque) y se deja de nuevo el lodo en el tanque
sedimentador.
9. Día 4: Se lava el tren de filtros de la planta 2 y se pasa el lodo remanente en el
tanque a las eras de secado, después de que a estas se les ha retirado el lodo
seco.
9. Día 5: Se lava el tren de filtros de la planta 1, se retira el clarificado y se
conservan los lodos en el tanque.9. Día 6: Se lavan los filtros de la planta 2 se retira el clarificado y se mantiene el
lodo en el tanque espesador.
9. Día 7: Se lava el tren de filtros de la planta 1 retirando el clarificado y
conservando el lodo en el tanque.
Se descarga el lodo del lecho de secado.
8. Día 8: Comienza de nuevo el ciclo teniendo en cuenta que los filtros se lavan
cada dos días, los decantadores cada semana, el lecho de secado se carga los
días 1 y 4 y se descarga los días 4 y 7.
En la siguiente tabla se presenta el procedimiento anterior con los volúmenes
respectivos, los cuales son promedios de los datos reales:Tabla 14. Ciclo de entradas y salidas de materia al tanque espesador y a las eras de secado.
Día
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
D1 D2 D1 D2
odavaL
F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 ne
F2 F2 F2 F2 F2 F2 F2
Rem. 0 0 48.96 49.92 0 0.96 1.92 2.88 0 48.96 49.92 0 0.96 1.92
datnemideS
Ent. 230.7 230.7 120 120 120 120 120 230.7 230.7 120 120 120 120 120 euqnaT
Sal. 181.74 181.74 119.04 119.04 119.04 119.04 119.04 181.74 181.74 119.04 119.04 119.04 119.04 119.04
V . 168 168 168.96 169.92 120 120.96 121.92 170.88 168 168.96 169.92 120 120.96 121.92
max
Tot. 48.96 48.96 49.92 50.88 0.96 1.92 2.88 51.84 48.96 49.92 50.88 0.96 1.92 2.88
Sal. No No No Si No No Si No No No Si No No Si ohceL odaces
Ent. 48.96 No No 50.88 No No No 51.84 No No 50.88 No No No
*Todos los datos contenidos en la tabla se encuentran en metros cúbicos.REMANENTE DE LODO EN EL ESPESADOR
60
50
)3m(
40 NEMULOV
30
20
10
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
DIA
Gráfica 6. Remanente de lodo en el espesador.
AGUA DE LAVADO QUE ENTRA AL TANQUE
250
200
)3m(
150
NEMULOV
100
50
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
DIA
Gráfica 7. Agua de lavado que entra al tanque espesador.CLARIFICADO EXTRAIDO DEL ESPESADOR
200
180
160
)3m(
140
120
NEMULOV
100
80
60
40
20
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
DIA
Gráfica 8. Clarificado extraído del espesador.
VOLUMEN MÁXIMO EN EL ESPESADOR
180
160
140
120 )3m(
100 NEMULOV
80
60
40
20
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
DIA
Gráfica 9. Volumen máximo en el espesador.LODO EN EL ESPESADOR Y LODO ENVIADO A SECAR
60
50
40 LODO EN EL )3m(
ESPESADOR
LODO ENVIADO NEMULOV
30
A SECADOR
20
10
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
DIA
Gráfica 10. Lodo espesado y lodo enviado a secar.
El remanente es la cantidad que se encuentra en el tanque desde el día anterior, por
esta razón el remanente del primer día es cero, pues este es el día inicial.
El volumen que entra al tanque espesador es la cantidad de agua de lavado que recibe
el tanque ese día, el promedio de agua de lavado para un tren de filtros (cuatro) es de
120 m3 y para el decantador el volumen de agua de lavado es de 110.7 m3.
Para el primer día, el volumen total que entra es de 110.7m3 + 120 m3, con lo que se
obtiene un total de 230.7 m3, este valor es diferente al valor máximo pues al los 110.7
m3 de agua de lavado del decantador, ya se ha retirado 62.7 m3 de clarificado antes de
que entren los 120 m3 de agua de lavado de los filtros.
El volumen que sale del espesador es el clarificado que se retira del mismo luego de
haberse sedimentado el lodo. Para el decantador el volumen de clarificado promedio es
de 62.7 m3 y para los filtros el clarificado es de 119.04 m3.El primer día se retiran del tanque espesador el clarificado de un tren de filtros y de un
decantador, lo cual representa un volumen de 181.74 m3.
El volumen máximo es la mayor cantidad que permanece en el tanque (lodo y
clarificado) durante un cierto tiempo ese día.
El primer día se lava primero el decantador 1, al retirarse el clarificado permanecen en
el tanque los 48 m3 de lodo espesado, por tanto al lavar el tren de filtros se acumulan
en el tanque el lodo mas los 120 m3 de agua de lavado del tren de filtros, por lo tanto el
volumen máximo para ese día es de 168 m3.
El volumen total es el lodo que permanece en el tanque después de retirar todo el
clarificado, y es el mismo que queda de remanente para el día siguiente menos el lodo
enviado a las eras.
Como se puede ver en la tabla 11, el volumen máximo que se prevé para el tanque
espesador, con base en los promedios estadísticos calculados es de:
V = 170.88 m3
Máximo
Tomando un sobre diseño del 30 % (sugerido por el ingeniero civil Juan Bernardo
Botero Botero), tenemos un volumen total para el tanque espesador de:
Volumen total del espesador = 170.88 * 1.30
Volumen total del espesador = 222.14 m3Gráfica 11. Tanque espesador de lodos.8.2 ERAS DE SECADO DE ARENA Y GRAVA
8.2.1 Obtención del área. Utilizando los valores de sólidos sedimentables obtenidos a
escala real y teniendo en cuenta el procedimiento como opera el tanque de
sedimentación tenemos:
El volumen máximo de lodo a secar será el recogido en el tanque espesador desde el
día 5 hasta el día 8 (ver Tabla 14), tiempo durante el cual se lavan dos veces el tren de
filtros de la planta 1 (F1), dos veces el tren de filtros de la planta dos (F2), y una vez el
decantador (D1), lo cual equivale a un volumen de 51.84 m3.
Para obtener el área total del lecho tenemos:
VOLUMEN DE LODO A SECAR = 51.84 m3
ALTURA DEL LODO EN EL LECHO = 30 cm.
Por lo tanto el área de las eras de secado será:
Área = 51.84 m3 / 0.30 m. = 172.8 m2
8.2.2 Dimensionamiento. Para definir el largo y el ancho de las eras de secado no se
tiene un criterio fijo, teniéndose más en cuenta la disposición del terreno para fijarlos,
sin embargo de acuerdo al capítulo 9 pagina 295 del libro “Purificación del Agua”, del
Ingeniero Jairo Romero, de la escuela colombiana de ingeniería, se recomienda
construir mínimo dos eras de secado.
La ingeniera civil Isabel Cristina Castaño sugirió que para un área total de 172.8 m2 lo
mas conveniente era construir 4 eras de secado de 9 m de largo y 4.8 m ancho, pues
esto facilitará las labores de recolección del lodo seco. Con las dimensiones anteriores
cada era tendrá 43.8 m2 de área.Las eras tendrán una profundidad de 1 m, de los cuales 10 cm. son para el tubo
colector, sobre el cual se dispondrán 10 cm. de grava con un tamaño entre 3/8 de
pulgada y 3/4 de pulgada, encima de estos se pondrán 10 cm. de grava de un tamaño
entre 1/8 de pulgada y 3/8 de pulgada, para terminar con 30 cm. de arena de tamaño
entre tamiz N° .00 y N° 4, quedando 40 cm. de los cuales se usarán 30 cm. para la el
secado de lodos y 10 cm. de borde libre.
Para el drenaje se dispone en las eras un falso fondo con una pendiente del 1% con
respecto al ancho y un tubo colector en el centro de la misma en tubería dren de 10
cm. (ver figura 10).
Los valores de la pendiente, tamaño de la tubería de drenaje y tamaños de la arena y la
grava son recomendados en el libro purificación del agua (ver apéndice 1).
El lodo que entra a las eras será recibido una canaleta perforada desmontable, la cual
evitará la erosión de la arena y ayudará a una distribución uniforme del lodo.
Los tiempos de secado será de 72 horas, tiempo durante el cual ya se ha alcanzado
unos niveles de humedad que permiten su recolección con palas (ver Gráfica 5 y Tabla
13).
Los días en que se cargan y descargan las eras de secado pueden verse en la Tabla 14
y la Gráfica 10.
8.2.3 Materiales de construcción. Las paredes de las eras se construirán en ladrillo y
llevarán un recubrimiento en cemento como impermeabilizante, la losa del piso de las
mismas será en concreto impermeabilizado.
Para la canaleta de distribución de lodos se usan tubos en PVC de 25 cm. perforados y
cortados a la mitad longitudinalmente.Gráfica 12. Eras de secado de arena y grava.8.3 PORCENTAJES DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES EN LAS
AGUAS DE LAVADO POR MEDIO DEL ESPESADOR POR GRAVEDAD.
Tabla 15. Porcentajes de remoción de sólidos suspendidos totales por espesado*
SÓLIDO SUSPENDIDOS TOTALES (g / L)
EQUIPO AGUA DE % DE
CLARIFICADO
LAVADO REMOCIÓN
FILTROS 1.06 0.0192 98.18
DECANTADORES 35.71 0.0177 99.95
*Los datos de sólidos suspendidos totales para el agua de lavado y el clarificado se
calcularon usando la fórmula (5) del Anexo J, usando los datos del anexo A.
El porcentaje de remoción se calculó mediante la fórmula (4) Anexo J.9. CONCLUSIONES
! Si se implementa el sistema de espesamiento y tratamiento de lodos puede
separarse y reutilizarse 98 % del agua de lavado de los filtros y más del 50% del
agua de lavado de los decantadores.
! La sedimentación de los lodos del decantador es muy rápida y se alcanza casi
totalmente en 2 horas.
! Los lodos de los filtros no sedimentan tan rápido, pero al mezclarse con los lodos
del decantador la sedimentación se acelera.
! El agua clarificada que se obtiene posee cantidades mínimas de sólidos
suspendidos totales (alrededor de 0.02 g / L).
! El porcentaje de sólidos en el agua de lavado fluctúa:
Entre 5 - 6 % de sólidos en el agua de lavado de los Decantadores.
Entre 0.08 y 0.10 % de sólidos en el agua de lavado de Filtros.
! El porcentaje de sólidos promedio en el lodo espesado es 35.73 % para el lodo
secados por 24 h (mezcla lodos de los Decantadores y de los filtros).
! El porcentaje de sólidos de los lodos que se secaron durante 72 horas fue en
promedio 43.56%.
! El cambio en el procedimiento de lavado de los decantadores significó una
disminución en el agua de lavado de más de 90 m3 por decantador.
! Los promedios obtenidos a nivel piloto fueron muy similares a los obtenidos a
escala real.
! Los lodos espesados que pasaron a las eras de secado de arena y grava piloto
no capacidad de drenaje suficiente para atravesar la arena y producir
precolación.BIBLIOGRAFÍA
1. PENALVA R, Marco A, Noçoes Gerais de Tratamento e Disposiçao Final de Lodos
de Estaçoes de Tratamento de Agua.
Editorial ABES 1999.
2. METCALF Y EDDY, Ingeniería de las Aguas Residuales, Volumen 2.
Editorial Mc Graw Hill, Tercera edición 1995.
3. NEMEROW, Nelson L. Aguas Residuales Industriales Teorías, Aplicaciones y
Tratamiento.
H. Blume ediciones. España 1977.
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Editorial de la Escuela Colombiana de Ingeniería. 1999
5. HERNANDEZ, Muñoz. Depuración de Aguas Residuales colección Senior N° 9.
Editorial Parainfo 1992.
6. GERARD, Kiely. Ingeniería Ambiental Fundamentos, entornos, tecnologías y
sistemas de gestión Vol. 2.
Editorial Mc Graw Hill 1999.
7. RAMALHO. Tratamiento de las Aguas Residuales.
Barcelona Reverté 1991.8. SAWYER, Clair. Chemistry for Environmental Engineering
Editorial Mc Graw Hill 1994.
9. VELASCO G, Mauricio. Tesis: Análisis y tratamiento de lodos Producidos en la
Planta de Aguas Residuales de Hilados y tejidos Única S.A.
10. GIRALDO, Gloria Inés, Manual de tratamiento de aguas
11. NOVAK, john. The Blinding of the Sludge During Filtration.
Revista Journal Water Pollution Control Federation. Vol. 60 N° 2.
12. BLOWEN, P.T. Sludge Treatment, Utilization and Disposal.
Revista Journal Water Pollution Control Federation. Vol. 62 N° 4.
13. VESILIIND, P. Aarne Capillary Suction Time as Fundamental Measure.
Revista Journal Water Pollution Control Federation. Vol. 60 N° 2.
14. Decreto 1594 del 26 de Junio de 1984
15. PHILLIP L. Thompson and WAYNE L. Paulson Dewaterability of alum and ferric
coagulation sludges
Revista Journal American Water Works Association Vol 90 Abril / 1998.
16. www.jrc.es
17. www.dep.state.pa.us
18. www.cfe.cornell.edu
19. www.gencat.esANEXO A
DATOS DE CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS DE LAVADO DE DECANTADORES
Y FILTROS
Sólidos sedimentables y sólidos suspendidos totales del las aguas de lavado de filtros y
decantadores, sólidos suspendidos totales de los clarificados.
Tabla 1. Caracterización del agua de lavado de decantadores DIA 1.*
PARÁMETRO DECANTADOR DECANTADOR
1 2
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 225 235
1 hora. 200 210
Tiempo final: 4:12 175 170
Sólidos suspendidos totales (g/L) 16.585 22.68
Sólidos Totales (g/L): 17.854 19.802
*Los datos anteriores son de una muestra compuesta tomada cada 30 seg. en el
descole a la quebrada Cimitarra, del agua mezclada del lavado de filtros y
decantadores.
Para el clarificado del cono Imhoff se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
CLARIFICADO CLARIFICADO
PARÁMETRO
DECANTADOR 1 DECANTADOR 2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.045 0.1025Tabla 2. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 2.
FILTRO 2 FILTRO 4
PARÁMETRO
(PLANTA 2) (PLANTA 2)
Tiempo de lavado (mm:ss) 05:50 08:00
Sólidos sedimentables (mL/L):
1 hora. 16 17
Tiempo final: 3horas 51min. 16 22
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.185 0.602
Sólidos Totales (g / L) 0.302 0.717
Tabla 3. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 3
FILTRO 2 FILTRO 4
PARÁMETRO
(PLANTA 2) (PLANTA 2)
Tiempo de lavado (mm:ss) 06:30 07:20
Sólidos sedimentables (mL / L):
45 min. 12.5 16
1 hora. 13 16
Tiempo final: 4:30 12 15
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.565 0.559
Sólidos totales (g/L) 0.719 0.686
Para el clarificado del cono Imhoff se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Parámetro Clarificado Filtro 2 Clarificado Filtro 4
Sólidos suspendidos Totales 0.043 g / L 0.044 g / LTabla 4. Caracterización del agua de lavado de Decantadores. DIA 4*
Parámetro Decantador 1 Decantador 2
Tiempo de lavado (mm:ss) 25:58 22:49
Sólidos sedimentables (mL / L):
45 min. 220 232
1 hora. 200 225
Tiempo final: 4:00 180 200
Sólidos suspendidos totales (g/L) 17.46 21.95
Sólidos totales (g/L) 18.694 19.819
*Para los decantadores la muestra fue compuesta tomando cada 30 seg. un volumen
constante de agua de lavado en el descole a la quebrada cimitarra.
Para el clarificado del cono Imhoff se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado
Parámetro
Decantador 1 Decantador 2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.018 0.011
Tabla 5. Caracterización del agua de lavado de Decantadores. DIA 5*
Parámetro Decantador 1 Decantador 2
Tiempo de lavado (mm:ss): 24:30 22:54
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 200 225
1 hora. 190 210
1hora: 42 min. 170 200.
3horas: 10 min. 150 175
Tiempo final: 5horas 58 min. 140 150
Sólidos suspendidos totales ( g/L) 20.51 20.53
*Las muestras anteriores se recolectaron en el sitio de vertimiento a la quebrada
Cimitarra, en dos canecas de 220 Litros de capacidad, tomando muestras de volumen
constantes cada 30 seg. para cada Decantador, con el fin de recolectar lodos para el
secador de arena.Para el clarificado del cono Imhoff se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado
Parámetro
Decantador 1 Decantador 2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.043 0.0212
Tabla 6. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 6*
Filtro 1 Filtro 2 Filtro 4
Parámetro
(Planta. 2) (Planta 2) (Planta 2)
Tiempo de lavado (mm:ss) 05:08 06:27 06:08
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 9 16.5 17
1 hora. 8 16 15
3horas: 43 min. 7 12 10
Tiempo final: 5:36 7 11 9
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.765 1.024 1.430
*Las muestras anteriores se recolectaron en tres canecas de 220 Litros de capacidad,
tomando muestras de volumen constante cada 10 seg. a la salida de cada filtro, con el
fin de recolectar lodos para el secador de arena.
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
F1.2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales(g/L) 0.0151 0.012 0.009Tabla 7. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 7
Parámetro Filtro 1.2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 05:10 06:13 06:50
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 15 24 20
1 hora. 14 22 18
2 horas. 13 21.5 17.5
3 horas. 13 20.5 17
Tiempo final: 4horas 40 min. 12 19 16
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.780 1.081 0.901
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
F1.2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos Totales (g/L) 0.034 0.024 0.021
Tabla 8. Caracterización del agua de lavado de filtros y Decantadores. DIA 8*
Parámetro Decantador 1 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 19:30 05:06 05:20
Sólidos sedimentables (mL/L):
1 hora. 150 4 8
2 horas. 180 5 7
Tiempo final: 4horas 120 5 5.5
Sólidos suspendidos totales (g/L) 15.45 0.889 0.675
*La muestra de la planta 1 la compone una mezcla de las aguas de lavado de filtros y
decantadores, y se recolectó en la zona de vertido a la quebrada, las muestras de los
filtros se tomaron a la salida de cada filtro.
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
D1 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos Totales (g/L) 0.010 0.0283 0.0236Tabla 9. Caracterización del agua de Lavado de filtros. DIA 9
Parámetro Filtro 1.2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 04:55 06:07 06:21
Sólidos sedimentables (mL/L):
1 hora. 9.0 11 11.5
2 horas. 8.0 11 8.0
3 horas 8.0 10 7.5
Tiempo final: 4:00 7.5 10 6.0
Sólidos suspendidos Totales (g/L) 0.551 0.677 0.649
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
F1.2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.031 0.034 0.038
Tabla 10. Caracterización del agua de Lavado de filtros. DIA 10
Parámetro Filtro 1.2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 05:00 05:38 06:00
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 16 27 22
1 hora 15 26 21
2 horas 13.5 23.5 18.5
3 horas 12 21.5 17
4 horas 11 20 14
5 horas 11 19 13.5
6 horas 10 18 12
7 horas 10 18 12
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.242 0.348 0.288
Las muestras de los filtros se tomaron a la salida de cada filtro.
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
F1.2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0117 0.0087 0.013Tabla 11. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 11
Parámetro Filtro 1.2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 05:10 05:20 05:30
Sólidos sedimentables (mL/L):
1 hora 13 15 11
2 horas 16 min. 11 13.5 8
3 horas 28 min. 10.5 13 8
4 horas 11 13 8
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.564 0.581 0.651 L
Las muestras de los filtros se tomaron a la salida de cada filtro.
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
F1.2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0207 0.0206 0.0203
Tabla 12. . Caracterización del agua de lavado de filtros y Decantadores. DIA 12
Parámetro Decantador 2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) --- 04:50 05:00
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 360 4.5 2.5
1 hora. 340 6 3
2 horas. 300 6 3
3 horas 275 6 3
3 horas 49 min. 265 6 3
Sólidos suspendidos totales (g/L) 27.32 0.240 0.192
La muestra del decantador se tomó en la recamara 10 metros aguas abajo de las
válvulas de purga y las muestras de los filtros se tomaron a la salida de los mismos.Tabla 13 Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 13
Parámetro Filtro 1.2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 04:40 05:20 05:30
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 20 24 23
1 hora. 19 22 21
2 horas. 16 19 18
3 horas 14 17 15
4 horas 13 16 14.5
5 horas 13 15.5 13.5
6 horas 13 15.5 13.5
7 horas 13 15 13
Sólidos suspendidos totales(g/L) 0.345 0.414 0.382
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
F1.2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.007 0.0048 0.0076
Las muestras de los filtros se tomaron a la salida de cada filtro.
Tabla 14. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 14
Parámetro Filtro 1.2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 04:40 05:30 05:40
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 12.0 13.0 12.0
1 hora. 11.0 12 .0 11.0
2 horas. 8.0 8.5 10.0
3 horas 7.5 7.5 9.0
4 horas 7.0 7.0 9.0
5 horas 8.0 7.0 9.0
6 horas 8.0 6.5 8.5
7 horas 8.0 6.5 8.5
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.514 0.585 0.528Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
F1.2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0108 0.0105 0.0100
Tabla 15. Caracterización del agua de lavado de filtros y Decantadores. DIA 15
Parámetro Decantador 1 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 17:08 04:45 04:50
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 780 3.5 0.4
1 hora. 705 4.0 0.8
2 horas. 620 3.5 1.2
3 horas 580 3.5 1.2
4 horas 550 4.5 1.8
5 horas 530 4.5 1.8
6 horas 510 4.5 1.9
Sólidos suspendidos totales (g/L) 54.7 0.552 0.218
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado
Parámetro
F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0195 0.00975Tabla 16. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 16
Parámetro Filtro 4.1 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 04:24 05:10
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 0.5 7.0
1 hora. 0.6 6.3
2 horas. 1.4 5.0
3 horas 1.5 4.5
4 horas 1.7 4.5
5 horas 2.0 4.2
6 horas 2.0 4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.348 0.805
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado
Parámetro
F4.1 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0213 0.0175
Tabla 17. Caracterización del agua de lavado de filtros y Decantadores. DIA 17
Parámetro Decantador 1 Filtro 4.1 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 18:50 05:22 06:15
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 910 0.8 78
1 hora. 890 1.2 67
2 horas. 800 1.25 58
3 horas 745 1.5 50
4 horas 700 1.5 46
5 horas 680 1.5 44
6 horas 650 1.5 44
Sólidos suspendidos totales (g/L) 75.54 0.416 0.952
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado
Parámetro
F4.1 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0198 0.0063Tabla 18. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 18
Parámetro Filtro 4.1 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 04:10 05:45
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 14 1.6
1 hora. 13 1.8
2 horas. 11 2.5
3 horas 10 3.0
4 horas 9 3.0
5 horas 9 3.5
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.138 0.358
Tabla 19. Caracterización del agua de lavado de filtros y Decantadores. DIA 19
Parámetro Decantador 1 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 19:00 05:42 06:00
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 945 8.5 9
1 hora. 920 8.0 9
2 horas. 680 7.5 8
3 horas 570 7.0 8
4 horas 525 7.0 8
5 horas 495 7.0 8
6 horas 468 7.0 8
Sólidos suspendidos totales (g/L) 59.91 0.811 0.952
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Parámetro Clarificado Clarificado Clarificado
D 2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0213 0.021 0.028Tabla 20. Caracterización del agua de lavado de filtros. DIA 20
Parámetro Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 04:55 05:40
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 35 45
1 hora. 30 40
2 horas. 25 35
3 horas 21 29
4 horas 21 28.5
5 horas 20 28
6 horas 20 28
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.506 0.598
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Parámetro Clarificado Clarificado
F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0124 0.0122
Tabla 21. Caracterización del agua de lavado de filtros y Decantadores. DIA 21
Parámetro Decantador 1 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) ----- 05:37 06:50
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 140 8.0 10
1 hora. 120 8.0 11
2 horas 115 8.0 11
3 horas 110 8.0 10
4 horas 105 8.0 10
5 horas 100 8.5 10.5
6 horas 100 8.5 10.5
7 horas 100 8.5 10.5
Sólidos suspendidos totales (g/L) 13.305 1.005 0.976
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
D 2 F2.2 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0138 0.019 0.0178Tabla 22. Caracterización del agua de lavado de filtros y Decantadores. DIA 22
Parámetro Decantador 2 Filtro 2.1 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) ---- 06:00 06:30
Sólidos sedimentables (mL/L):
1 hora. 700 19 19
2 horas. 600 18 17
3 horas 550 18 16
4 horas 510 18 16
5 horas 470 18 16
Sólidos suspendidos totales (g/L) 47.715 1.029 1.261
Para el clarificado de las canecas se tuvo el siguiente valor de sólidos suspendidos:
Clarificado Clarificado Clarificado
Parámetro
D 2 F2.1 F4.2
Sólidos suspendidos totales (g/L) 0.0022 0.0252 0.0268
Tabla 23. Caracterización del agua de lavado de filtros y Decantadores. DIA 23
Parámetro Decantador 2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo de lavado (mm:ss) 15:30 06:15 07:30
Sólidos sedimentables (mL/L):
45 min. 330 10.5 7.0
1 hora. 310 10.5 7.0
2 horas. 275 10 7.0
3 horas 250 10 7.0
4 horas 230 10 7.5
5 horas 225 10 7.5
6 horas 220 10 7.5
Sólidos suspendidos totales (g/L) 33.675 0.560 0.392
A menos que se indique lo contrario en la tabla, las muestras de filtros fueron tomadas a
la salida de cada filtro.ANEXO B
DATOS DE LOS LODOS RECOGIDOS EN LAS CANECAS Y CANTIDAD DE
ESPESADO DESPUÉS DE 6 HORAS
Datos de los lodos recogidos en las canecas y cantidad de espesado después de 6
horas.
Tabla 1. Lodos recogidos a nivel piloto y volumen de espesado después de 6 horas
para el decantador 1 y los filtros 1, 2 y 4 de la planta 2.
DIA D 1 (L) F 1.2 (L) F 2.2 F 4.2 (L)
Muestra Espe- Muestra Espe- Muestra Espe- Muestra Espe-
recogida sado recogida sado recogida sado recogida sado
8 220 26.4 ---- ---- 200 1.1 198 1.08
9 --- --- 196 2.6 220 2.92 220 2.41
10 --- --- 220 2.8 220 3.2 220 3.0
11 --- --- 195 1.85 216 1.8 220 1.84
12 220 42.8 --- --- 164 0.82 180 0.78
13 --- --- 198 3.45 220 4.01 220 4.05
14 --- --- 188 1.6 220 2.2 220 2.4
15 141.6 65.07 --- --- 220 2.1 220 0.75
16 ---- ---- 220 10.5
17 ---- ---- 220 1.8
18 220 3.5 220 4.0
19 220 4.4 220 4.2
20 220 1.87 220 2.31
21 220 3.1 220 2.9
22 220 2.2 220 1.65Tabla 2. Lodos recogidos a nivel piloto y volumen de espesado después de 6 horas
para el decantador 2 y el filtros 4 de la planta 1.
PLANTA 2 FILTRO 4
(L) Planta 1 (L)
DIA
Muestra ESPE- Muestra Espe-
recogida sado recogida sado
16 220 105.31 190.2 3.00
17 ---- ----- 192.7 0.95
18 220 61.6 ----- ----
19 ---- ----- ---- ----
20 220 22.3 ----- -----
21 220 83.4 ---- ----
22 200 45.4 ---- ----
Los datos de espesado anteriores tienen una variación alta de un día al otro debido a
que la quebrada Manizales de donde se surte de agua el acueducto puede aumentar o
disminuir en un intervalo corto de tiempo (10 a 20 min.) la turbiedad y por ende los
sólidos suspendidos totales, hasta en un 900%, esta variación puede darse varias
veces durante un día y al día siguiente no presentarse ni una sola vez, esto provoca
que la cantidad de lodos en los filtros y decantadores sea variable.ANEXO C
CAUDALES MEDIDOS EN EL VERTEDERO
Tabla 1: Caudales medidos en el vertedero para los filtros 1, 2 y 4 de la planta 2.
DIA Parámetro F 1.2 Filtro 2.2 Filtro 4.2
Tiempo lavado (mm:ss) 04:40 05:30 05:40
15 Caudal promedio (L/seg.) 105.19 111.94 93.97
Volumen Promedio (m3) 29.453 36.940 31.949
Tiempo lavado (mm:ss) ---- ---- 04:57
16 Caudal promedio (L/seg.) ---- ---- 90.21
Volumen Promedio (m3) ---- ---- 27.965
Tiempo lavado (mm:ss) ---- 05:37 ----
17 Caudal promedio (L/seg.) ---- 94.98 ----
Volumen Promedio (m3) ---- 32.01 ----
Tiempo lavado (mm:ss) 05:00 04:10 05:45
18 Caudal promedio (L/seg.) 82.67 95.63 97.35
Volumen Promedio (m3) 24.801 23.907 33.585
Tiempo lavado (mm:ss) ---- 05:42 06:00
19 Caudal promedio (L/seg.) ---- 124.90 97.35
Volumen Promedio (m3) ---- 42.717 35.044
Los caudales anteriores se midieron con un vertedero rectangular de una sola abertura,
el cual se instaló en la canaleta de conducción de lodos a aproximadamente 5 m aguas
debajo de la salida del decantador 2 (Ver Gráfica 1)DIA 15. Caudales medidos para los filtros 1, 2 y 4 de la planta 2.
F 1.2 F 2.2 F 4.2
(L/seg.) (L/seg.) (L/seg.)
81.43 118.85 91.43
101.63 111.94 94.81
118.85 108.49 94.81
118.85 108.49 94.81
Caudal máximo (L/seg.): Qmáximo = 118.85
Caudal promedio (L/seg.): Q = 97.35
p
Volumen promedio (L): V = 35044.29
p
DIA 16. Caudales medidos para el filtro 4 de la Planta 2.
F 4.2
(L/seg.)
80.79
87.48
94.26
94.26
94.26
Caudal máximo (L/seg.): Qmáximo = 94.26
Caudal promedio (L/seg.): Q = 90.21
p
Volumen promedio (L): V = 27965.1
pDIA 17. Caudales medidos para el Decantador de 2.
Decantador 2 F2.2
(L/seg.) (L/seg.)
97.34 97.34
107.68 97.34
107.68 97.64
107.68 93.92
109.41 93.92
111.13 93.92
116.31 93.92
118.04 93.92
118.04 93.92
118.04 93.92
118.04
118.04
Caudal máximo D1 (L/seg.): Qmáximo = 118.04
Caudal promedio D1 (L/seg.): Q = 112.29
p
Volumen promedio D1 (L): V = 126882.99
p
Caudal máximo F2.2 (L/seg.): Qmáximo = 97.34
Caudal promedio F2.2 (L/seg.): Q = 94.98
p
Volumen promedio F2.2 (L): V = 320069.12
p
DIA 18. Caudales medidos para los Filtros de la Planta 2.
F 1.2 F 2.2 F 4.2
(L/seg.) (L/seg.) (L/seg.)
70.44 97.35 97.35.
73.72 93.91 97.35
80.36 97.35 97.35
90.50 93.91 97.35
90.50 97.35 97.35
90.50 93.91 97.35F 1.2 F 2.2 F 4.2
Caudal máximo (L/seg.): 90.50 97.35 97.35
Caudal promedio (L/seg.): 82.67 95.63 97.35
Volumen promedio (L): 24801 23907.5 33585.75.
DIA 19. Caudales medidos para el Decantador de 2 y filtros 2 y 4 de la planta 2. *
Decantador 2 F 2.2 F 4.2
(L/seg.) (L/seg.) (L/seg.)
131.78 135.18 97.35
131.78 128.36 97.35
128.36 121.48 97.35
124.93 114.59 97.35
123.21
123.21
121.48
121.48
123.48
121.48
121.48
121.48
121.48
121.48
121.48
121.48
(*) Los valores de caudal para el filtro 2 de la planta 2 son muy altos debido a que el
decantador se encontraba desaguando y este caudal se suma al del lavado de los filtros
antes de pasar por el vertedero.
D 2 F 2.2 F 4.2
Caudal máximo (L/seg.): 131.78 135.18 97.35
Caudal promedio (L/seg.): 123.74 124.9 97.35
Volumen promedio (L): 141060.75 42716.66 35044.29ANEXO D
DATOS DE SECADO
La humedad inicial es la del lodo mezclado de filtros y decantadores, espesado por 3
días o más. Solo el ensayo 1 se seco por separado.
Humedad expresada como kilogramos de agua / kilogramo de lodo espesado.
ENSAYO 1
DECANTADOR 1 DECANTADOR 2
Tiempo inicial: 73.48 72.50
24 horas: 57.91 56.28
36 horas: 54.79 53.21
ENSAYO 2
% de Sólidos % de Humedad
Tiempo inicial: 25.88 74.12
24 horas: 40.25 59.75
36 horas: 50.34 49.66
ENSAYO 3
% de Sólidos % de Humedad
Tiempo inicial: 10.81 89.19
24 horas: 34.86 65.69
36 horas: 42.87 57.13ENSAYO 4
% de Sólidos % de Humedad
Tiempo inicial: 19.90 80.10
24 horas: 34.86 65.14
48 horas: 43.90 56.10
72 horas: 45.63 54.37
ENSAYO 5
% de Sólidos % de Humedad
Tiempo inicial: 15.50 84.50
48 horas: 40.52 59.48
72 horas: 41.78 58.22
ENSAYO 6
% de Sólidos % de Humedad
Tiempo inicial: 18.98 81.02
24 horas: 37.20 62.80
H 48 horas: 40.60 59.40
ENSAYO 7
% de Sólidos % de Humedad
Tiempo inicial: 16.51 83.49
24 horas: 36.63 63.37
48 horas: 41.03 58.97
72 horas: 43.20 56.80
ENSAYO 8
% de Sólidos % de Humedad
Tiempo inicial: 18.92 81.08
24 horas: 40.78 59.22
48 horas: 43.32 56.68
72 horas: 45.05 54.95ANEXO E
NUEVO PROCEDIMIENTO DE LAVADO DE DECANTADORES:
1. Tomar la medida de la altura de los vástagos de las válvulas V1 Y V2 de
alimentación de los dos Decantadores (Ver Gráfica 1).
2. Suspender los filtros del Decantador 1.
3. Cerrar la válvula V3 de descole a la quebrada Cimitarra.
4. Abrir totalmente la válvula V2 de alimentación del Decantador 2.
5. Cerrar inmediatamente la válvula V1 de alimentación del Decantador 1 por
completo.
6. Si hay derrame en el cono, cerrar la válvula V6 de entrada a este hasta que no halla
derrame.
7. Abrir 12 vueltas la válvula V5 de fondos del Decantador 1*.
8. Cuando el nivel en el Decantador desciende hasta la mitad de la altura de la viga
que sostiene los tubos colectores (Aproximadamente 5:30 min.), cerrar la válvula V5
de fondos, y abrir la válvula V7 de los lodos por 20 seg.
9. Después de cerrar la válvula V7 de los lodos abra completamente la válvula V1de
alimentación del Decantador 1 y cierre la válvula V2 de alimentación al Decantador 2
y repita el proceso desde el numeral 6, pero con el otro Decantador.10.Al finalizar ponga de nuevo las válvulas V1 y V2 de alimentación en la posición que
se encontraban al iniciar el lavado.
* Las doce vueltas a la válvula V5 de fondos mencionado en el numeral 7 es un
procedimiento que se efectúa por parte de los operarios para asegurar que el descenso
del nivel dé el tiempo suficiente para lavar los colectores.
La diferencia de este procedimiento con relación al anterior reside en que en este nuevo
método de lavado se cierran las válvulas de entrada de agua cruda al decantador que
se está lavando, con lo cual se reducen el tiempo necesario para que el nivel del agua
llegue hasta la altura necesaria para permitir el lavado de los colectores del decantador,
lo cual hace que la cantidad de agua de lavado sea considerablemente menor.ANEXO F
ENSAYOS A ESCALA REAL
Ensayo 1
Decantador 1:
Descenso de nivel del decantador: 0.80 m
Tiempo de lavado (mm:ss) 20:34
Número de vueltas a la válvula: 13
Volumen de agua de lavado en el tanque: 220 m3
Lodo sedimentado a 24 h: 55 m3
Ensayo 2
Decantador 1:
Descenso de nivel del decantador: 0.708 m
Tiempo de lavado (mm:ss) 10:54
Número de vueltas a la válvula: 13
Volumen de agua de lavado en el tanque: 110 m3
Decantador 2:
Descenso de nivel del decantador: 0.636 m
Tiempo de lavado (mm:ss) 13:50
Número de vueltas a la válvula: 12
Volumen de agua de lavado en el tanque: 95 m3
Lodo sedimentado a 24 h (2 decantadores): 105 m3Ensayo 3
Decantador 1:
Descenso de nivel del decantador: 0.49 m
Tiempo de lavado (mm:ss) 7:00
Número de vueltas a la válvula: 13
Volumen de agua de lavado en el tanque: 80 m3
Decantador 2:
Descenso de nivel del decantador: 0.455 m
Tiempo de lavado (mm:ss) 7:30
Número de vueltas a la válvula: 12
Volumen de agua de lavado en el tanque: 90 m3
Lodo sedimentado a 24 h (2 decantadores): 113 m3
Ensayo 4
Tiempo de lavado (2 decantadores) 19:48
Número de vueltas a la válvula: 12
Volumen recogido (2 decantadores) 170 m3
Lodo sedimentado a 24 h (2 decantadores): 98 m3
Ensayo 5
Decantador 1:
Tiempo de lavado (mm:ss) 10:20
Número de vueltas a la válvula: 12
Volumen de agua de lavado en el tanque: 72 m3
Decantador 2:
Tiempo de lavado (mm:ss) 10:30
Número de vueltas a la válvula: 12
Volumen de agua de lavado en el tanque: 95 m3
Lodo sedimentado a 36 h (2 decantadores): 60 m3Ensayo 6
Decantador 1:
Tiempo de lavado (mm:ss) 9:03
Número de vueltas a la válvula: 12
Volumen de agua de lavado en el tanque: 90 m3
Decantador 2:
Tiempo de lavado (mm:ss) 10:04
Número de vueltas a la válvula: 12
Volumen de agua de lavado en el tanque: 85 m3
Lodo sedimentado a 24 h (2 decantadores): 90 m3
Ensayo 7
Tren de filtros planta 1:
Tiempo de lavado (minutos). 20
Volumen de agua de lavado en el tanque (m3): 122
Tren de filtros planta 2:
Tiempo de lavado (minutos): 20
Volumen de agua de lavado en el tanque (m3): 123
Ensayo 8
Tren de filtros planta 1:
Tiempo de lavado (minutos). 20
Volumen de agua de lavado en el tanque (m3): 119
Tren de filtros planta 2:
Tiempo de lavado (minutos): 20
Volumen de agua de lavado en el tanque (m3): 116ANEXO G
PROCEDIMIENTOS ESTÁNDAR PARA LA DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS
SUSPENDIDOS TOTALES SÓLIDOS SEDIMENTABLES Y HUMEDAD
A continuación se presentan los procedimientos de laboratorio que se siguieron para el
procesamiento de las muestras del lavado de filtros y decantadores.
1. DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS
Muestreo y almacenamiento:
El análisis se debe hacer lo más pronto posible, pues estas muestras no se pueden
preservar; se deben excluir las partículas flotantes o el material no homogéneo.
En caso de no poder hacer el análisis inmediatamente, almacene las muestras a 4°C,
para reducir al mínimo la descomposición microbiana.
Recolecte las muestras en botellas de vidrio resistente o material plástico, para impedir
que las muestras se adhieran a la pared.
Si las muestras contienen Hierro o Manganeso, debe analizarla rápidamente para
minimizar los posibles cambios físicos o químicos durante el almacenamiento.
Materiales y Equipo:
Placas de evaporación.Estufa.
Mufla.
Balanza analítica.
Embudo de filtración para discos de fibra de vidrio.
Bomba de vacío.
Cápsulas de porcelana de 100 mL.
Crisol de Gooch o disco de fibra de vidrio tipo Gelman A/E o equivalente, con diámetro
de 4 cm.
Probetas graduadas de 100 mL.
Pipetas.
Cono Imhoff
Sólidos suspendidos Totales:
Método de filtración en disco de fibra de vidrio:
Interferencias:
Se debe eliminar de la muestra las partículas gruesas flotables o los aglomerados
sumergibles de materiales no homogéneos, si se decide que su inclusión no es
deseable en el resultado final.Procedimiento:
Inserte el disco con la cara rugosa hacia arriba en el embudo de filtración, conecte el
vacío y lave el filtro con 20 mL. de agua destilada.
Continúe la succión hasta eliminar totalmente los residuos de agua.
Seque el filtro en la estufa a 103°C durante una hora. Si va a medir sólidos volátiles
calcine en la mufla a 500°C ± 50°C durante 20 minutos, enfríe en el desecador y pese.
Mida 100 mL de muestra o un volumen que proporcione entre 2.5 y 200 mg. de residuo.
Inserte el filtro en el embudo de filtración, conecte el vacío e inicie la succión.
Filtre la muestra previamente agitada a través del filtro de fibra de vidrio.
Lave con 3 porciones de 10 mL de agua destilada, continúe la succión por cera de 3
minutos. Seque el filtro en la estufa a 103°C - 105°C durante una hora, enfríe en el
desecador y pese.
Repita el ciclo de secado hasta peso constante.
Cálculos:
Sólidos Suspendidos Totales (mg / L) = (B-A) x 1000
mL de muestra filtrada
A: Peso del filtro vacío.
B: Peso del filtro mas el residuo seco en mg.Sólidos Totales 103°C - 105°C:
Procedimiento:
Caliente una cápsula de porcelana en la mufla a 550°C durante 1 hora, enfríe y pese.
Transfiera 100 mL. de la muestra o el volumen adecuado a la cápsula pesada (El
volumen de muestra está en relación con la cantidad de sólidos que contiene la
muestra, elija un volumen de muestra que proporcione un residuo entre 2.5 y 200 mg), y
evapore en una placa caliente, después lleve la cápsula con el agua evaporada a una
estufa a 103°C - 105°C durante 1 hora, enfríe la cápsula en el desecador y pese, repita
la operación hasta peso constante.
Cálculos:
Sólidos Totales (mg/L) = (B-A) x100
mL de muestra
A: Peso de la cápsula vacía en mg.
B: Peso de la cápsula más el residuo en mg.
Sólidos Sedimentables:
Los muestreos deben recolectarse en recipientes de vidrio resistente o recipientes
plásticos que minimicen las adherencias de partículas a las paredes. El análisis debe
efectuarse lo más pronto posible después de tomada la muestra, para evitar cambios
físicos o químicos por el almacenamiento, el máximo tiempo de almacenamiento es de
24 horas.
Procedimiento:
Agite la muestra y vierta un litro de esta en el cono Imhoff.
Deje sedimentar por 45 minutos.
Agite suavemente el líquido contenido en el cono con un agitador, o mediante rotación
del cono, para que se desprendan y sedimenten los sólidos de la pared del cono.
Reporte: Se expresan los resultados como:
Sólidos sedimentables (mL / L /1 hora).ANEXO H
COSTOS
Tanque espesador:
Características:
Volumen total del tanque: 222.14 m3.
Área: 63.47 m2.
Profundidad: 3.5 m.
Largo: 10.58 m.
Ancho: 6 m.
Espesor de pared: 0.25 m.Tabla 1. Costos del tanque espesador en concreto.
ÍTEM UNIDAD CANTIDAD VALOR VALOR
UNITARIO TOTAL
CONCRETO m3 12.70 203.414 2’583.358
PLACA PISO*
CONCRETO m3 28.14 330.000 9’286.200
MUROS
HIERRO * Kg. 7.500 2.200 16’500.000
EXCAVACIÓN * m3 223 9.380 2’091.740
ESTUDIO DE 450.000
SUELO**
TOTAL 30’911.298
*Valores cotizados por el ingeniero civil Jorge Hernán Cuervo Agudelo.
Tabla 2. Costos del tanque espesador en geomembrana*.
ÍTEM VALOR
EXCAVACIÓN* 2’091.740
ESTUDIO DE SUELO* 450.000
GEOMEMBRANA 2’000.000
TOTAL 4’541.740
* La excavación y el estudio de suelo fueron cotizados por el ingeniero civil Jorge
Hernán Cuervo Agudelo y la geomembrana por Roberto Salazar y Cia. para
geomembrana de 0.75 mm., el valor incluye los costos de instalación.Eras de secado de arena y grava
Características:
Número de eras de secado: 4
Área de cada era: 43.2 m2.
Largo de cada era: 9 m.
Ancho de cada era: 4.8 m.
Profundidad: 1 m.
Tabla 3. Costos de las cuatro eras de secado*
ÍTEM UNIDAD CANTIDAD VALOR VALOR
UNITARIO TOTAL
MURO EN
LADRILLO m2 110.4 17.433,2 1’925.729
TUBO DREN
100 MM. m 36 16938 609.768
COLOCACIÓN
GRAVA m3 9 40.500 364.500
COLOCACIÓN
ARENA m3 54 38.600 2’084.400
CONCRETO
LOSA PISO m3 17.38 203.414 3’535.335
TOTAL 8’ 519.732
*Valores cotizados por el ingeniero civil Jorge Hernán Cuervo Agudelo.ANEXO I
FORMULAS
∑
Q
Q = i (1)
n
Donde:
Q = caudal promedio total
Q = caudal promedio del muestreo i.
i
n = número de muestreos
El tiempo de lavado promedio se define como:
∑
t
t = i (2)
n
Donde:
t = tiempo de lavado promedio.
t = tiempo de lavado para el muestreo i.
i
El volumen del tanque de espesado por gravedad estará dado por la fórmula:
V = Q * t (3)
Donde:
V = Volumen.
Q = Caudal promedio total.
t = Tiempo de lavado promedio.SST *100
%deremoción =100− FINALES (4)
SST
INICIALES
Media Aritmética:
∑n
x
i
X = i=1 (5)
n
Donde:
x = media aritmética
X= valor del dato iésimo.
i
n= número de datos.
Desviación estándar:
∑n ( x)
x − 2
i Scx
σ= i=1 = (6)
n n
Donde:
σ = desviación estándar.
X= valor del iésimo dato.
i
x = media aritmética.
n = número de datos.
Scx= sumatoria de los cuadrados de los datos.
Coeficiente de variación:
C.V. = (σ / x ) * 100% (7)