PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE CONVENCIONAL (FILTRO GRAVITACIONAL)

Transcripción

1 PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE CONVENCIONAL (FILTRO GRAVITACIONAL) Generalidades Cuando se necesita tratar caudales mayores de agua, se recurre a la solución de filtros gravitacionales, esta solución corresponde a la construcción de estructuras apropiadas para el tratamiento del agua según los parámetros de la misma, y para cuyos casos más usuales, se ha definido soluciones tipo para dichas obras, cubicando para diversos tamaños, cubriendo los rangos que habitualmente se encuentran en Chile. En el presente capítulo se aborda la revisión de dichas soluciones tipo para Planta de Tratamiento de Agua Potable Convencionales. Esquema de Proceso De acuerdo con los criterios de dimensionamiento de las obras, se ha definido como planta compacta aquellas con caudales de tratamiento superiores a 60 l/s e inferiores a 800 l/s Los procesos de tratamiento a utilizar para la potabilización se han definido a partir de los siguientes parámetros del caudal afluente: Turbiedad. Concentración de sólidos suspendidos. Contenido de hierro y/o manganeso. El parámetro de turbiedad se ha discriminado en rangos limitados para 10 UNT y 250 UNT. También se ha consultado discriminar si el agua procesada presenta contenido de Fe y Mn que sea necesario abatir. Luego, según lo indicado se ha resuelto definir la siguiente categorización para las PTAP Convencionales:

2 CLASIFICACIÓN PTAP CONVENCIONALES (Q > 60 L/S) Por lo tanto, esquemas modelo de las plantas compactas se listan a continuación. Tipo B.1: Planta convencional de agua superficial con turbiedad inferior a 10 UNT. En este caso la planta cuenta con un módulo de mezcla rápida de coagulante por difusión a través de bombeo por un canal y un filtro por gravedad con filtrado con doble capa de arena y carbón antracita. Tipo B.2: Planta convencional con turbiedad entre 10 UNT y 250 UNT. Debido al incremento en el nivel de turbiedad de las aguas captadas, adicional a los elementos presentados en el caso inicial (mezcla rápida por difusión y filtros por gravedad) se agregan módulos de floculación hidráulica y un sedimentador de alta tasa de placas paralelas como tratamientos adicionales previos al filtrado. Tipo B.3: Planta convencional con turbiedad superior a 250 UNT. Si la turbiedad del afluente a la planta supera los 250 UNT, se contempla un predecantador anterior a la mezcla rápida para la floculación. Con el fin de mejorar la eficiencia de esta unidad, previo al predecantador se hace una mezcla rápida previa con coagulante. El diagrama de flujo que representa los tres tipos de planta descritas anteriormente, es el que se muestra a continuación:

3 DIAGRAMA DE PROCESO PARA PLANTAS CONVENCIONALES

4 Bases de diseño Caudales de Diseño El caudal de operación de una PTAP determina si esta planta corresponde a una Planta Compacta o Convencional. En caso que este parámetro sea mayor o igual a 60 l/s, entonces se podrá utilizar la Planta Convencional como una solución eficiente de implementar en la empresa modelo. Parámetros de Tratamiento De acuerdo a los parámetros de turbiedad y contenido de hierro y/o manganeso, se definen los procesos de tratamiento a utilizar de acuerdo a los siguientes rangos mostrados en la tabla siguiente. TIPO DE TRATAMIENTO DE ACUERDO AL TIPO DE PLANTA Y TURBIEDAD DEL AFLUENTE Si la turbiedad del afluente es alta (superior a 250 UNT) se considera realizar una presedimentación del afluente considerando una mezcla rápida previa con coagulante para mejorar la eficiencia de la sedimentación. Además del parámetro de turbiedad se considera la concentración de hierro y/o manganeso. Según indicaciones en la Tabla 1 de la norma NCh409/1-2005, si la concentración de hierro supera los 0,3 mg/l y/o la concentración de manganeso supera los 0,1 mg/l, se considera la adición de un oxidante previo a la mezcla rápida. Si se considera realizar la presedimentación del afluente, el oxidante se agrega antes de la mezcla rápida previa a la presedimentación.

5 Criterios de Diseño En el presente capítulo se determinara los criterios de diseño, para el dimensionamiento de cada una las obras asociadas a las PTAP. Conexiones La conexión entre los diferentes procesos considerados en el tratamiento se hará mediante tuberías. Cuando se dispone de múltiples unidades de un determinado elemento se colocaran tuberías distribuidoras y colectoras al siguiente proceso. La velocidad de diseño de las tuberías es de 1,0 m/s para las plantas convencionales. Cámaras de llegada y salida En la entrada y salida de la planta se consideran cajas de control de sección cuadrada considerando un tiempo de retención de 10 segundos con profundidad de 1,0 m. Mezcla rápida Para el dimensionamiento de las unidades de mezcla rápida se consideran dos tipos: Mezcla rápida mediante canaleta Parshall. Mezcla rápida mediante difusor con bomba. De acuerdo al tipo de planta se utilizan los diferentes métodos de mezcla rápida. TIPO DE TRATAMIENTO DE ACUERDO AL TIPO DE PLANTA Y TURBIEDAD DEL AFLUENTE Si la turbiedad del afluente es alta y se requiere del uso de un presedimentador, se realiza la mezcla rápida del coagulante utilizando la canaleta Parshall utilizada para medir el caudal afluente a la planta.

6 La canaleta Parshall se dimensiona de acuerdo al caudal afluente de acuerdo con la siguiente tabla: DIMENSIONAMIENTO DE CANALETA PARSHALL PARA MEZCLA RÁPIDA Fuente: Discharge Measurements Structures. International Institute for Land Reclamation and Improvement ILRI. En el caso de plantas convencionales se utiliza la canaleta Parshall ubicada en la entrada de la planta. Si la turbiedad del afluente es alta, esta mezcla rápida se utilizará para la mezcla del coagulante previo a la presedimentación. Para la mezcla del coagulante para la floculación/filtración, se utilizará un difusor en línea. Para el dimensionamiento del sistema bombeo para la mezcla rápida por difusión se utilizaran los siguientes criterios.

7 CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO DE BOMBA DE DIFUSOR EN LÍNEA Presedimentador Se utilizará presedimentador cuando los niveles de turbiedad excedan las 250 UNT. Previo a ésta unidad se realiza una mezcla rápida de coagulante para mejorar el proceso de sedimentación. El presedimentador utilizado es de placas paralelas que mejora la eficiencia del sistema. Los criterios de dimensionamiento del presedimentador se presentan en la siguiente tabla. CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO PRESEDIMENTADOR Para dimensionar las placas paralelas se consideran placas inclinadas 60º con la horizontal espaciadas cada 0,15 m. cubriendo la mitad de la profundidad y el largo del decantador excepto los primeros dos metros.

8 Floculador Se utilizará floculador cuando los niveles de turbiedad excedan las 10 UNT. Para plantas convencionales se utilizará un floculador hidráulico. Los criterios de dimensionamiento del floculador utilizado en plantas convencionales se presentan en la siguiente tabla. CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO FLOCULADOR HIDRÁULICO Se ha estimado que el área de las placas paralelas de los floculadores es de seis veces la longitud del floculador considerando un espaciamiento entre placas igual a la mitad del ancho del canal y un ancho de ¾ del ancho del canal en el floculador. Decantador Este tipo de unidades se utiliza en las plantas tipo convencionales si la turbiedad excede los 10 UNT. Los criterios de dimensionamiento son los siguientes:

9 CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO DECANTADOR HIDRÁULICO Para dimensionar las placas paralelas se consideran placas inclinadas 60º con la horizontal espaciadas cada 0,15 m cubriendo la mitad de la profundidad y el largo del decantador excepto los primeros dos metros. Filtros Se utilizarán filtros como nivel de tratamiento mínimo requerido después de una mezcla rápida. Para plantas convencionales se utilizarán filtros rápidos. Los criterios de dimensionamiento de filtros rápidos utilizado en plantas convencionales se presentan en la siguiente tabla. CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO FILTROS RÁPIDOS

10 El lavado de los filtros se ejecuta por retrolavado utilizando las demás unidades. No se considera tanque de lavado de filtros ya que se utiliza el tanque de agua potable. Definición de cubicaciones Obra Civil Hormigones y Aceros El volumen de hormigón se calcula de forma simplificada asumiendo un único espesor de muros y placas para todas las obras analizadas. Se utiliza hormigón tipo H-30 para la construcción de las obras y hormigón tipo H-5 para la construcción de plantillas de nivelación del piso bajo las estructuras. Los volúmenes de hormigón tipo H-30 consideran muros exteriores, muros separadores, placa inferior y placas intermedias, si son requeridas. El volumen de concreto tipo H-5 corresponde al área de la estructura en planta multiplicada por un espesor de plantilla. El acero de refuerzo se calcula considerando una cuantía de 80 kg/m3 de concreto. Excavaciones y rellenos El volumen de excavación de tuberías se calcula como una zanja de 1,1 m de profundidad y con un ancho igual al diámetro de la tubería más 0,6 m. Así mismo, se considera una cama de arena de 0,1 m de altura como soporte de la tubería. El volumen de excavación para estructuras se ajusta por medio de un factor del 35% adicional, que corresponde al volumen de relleno estructural. El volumen de material para botadero corresponde a la diferencia entre el volumen de excavación menos el volumen de relleno considerando el esponjamiento del material.

11 Tuberías y Accesorios En esta partida se consideran las tuberías de conexión entre las diferentes unidades de tratamiento, así como las tuberías que conforman los distribuidores/colectores requeridos para distribuir los afluentes cuando se cuenten con más de un elemento de un determinado proceso. Estos distribuidores/colectores están compuestos por accesorios como tes, codos, reducciones y ampliaciones. La longitud de tuberías perforadas colectoras de los floculadores y sedimentadores/decantadores se calcula mediante la tasa de vertimiento definida en los criterios de diseño. En el caso de los filtros rápidos se instalan tuberías perforadas de longitud igual al ancho de los filtros espaciadas 0,5 m. Equipos La categoría de equipos está compuesta por válvulas, bombas, dosificadores de químicos y el equipamiento de laboratorio de la planta. Se considera la instalación de válvulas en las siguientes situaciones: A la entrada y salida de la planta. Una en la entrada de cada presedimentador Una en la entrada de cada floculador/flocodecantador. Una en la entrada de cada decantador. Una en la entrada y salida de cada filtro. Una en la entrada y salida de cada filtro para las tuberías de lavado de filtros. Una para la tubería de purga de filtros rápidos. Una para el bypass del floculador-decantador y una para el bypass del presedimentador. Adicionalmente se consideraron bombas de retrolavado de filtros y bombas para la mezcla rápida por difusión, si son requeridas. En el caso de equipos como medidores y dosificadores se contabilizaron dos unidades del mismo elemento como equipo de reserva.

12 Instalaciones Eléctricas Para las PTAP Compactas se incluyen aquellas instalaciones eléctricas necesarias para el funcionamiento de la planta. Las instalaciones consultadas son las siguientes: Empalme eléctrico Suministro y montaje de subestación Suministro y montaje Tablero General (TG) Suministro y montaje Tablero Distribución de Fuerza y Control (TDFyC) Suministro y montaje Alimentador General (TG - TDFyC) Suministro e instalación de malla de tierra Suministro y montaje Instalación interior Suministro y montaje Instalación exterior Prueba de instalaciones eléctricas Para las instalaciones de control se consultaron las siguientes: Enlaces de control Montaje y Confeccionado de Instrumentos La valorización de los ítems anteriormente señalados se realizó correlacionándola con la potencia de cada componente.