DISENO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE A

DISEÑO DE UNA PLANTA
DE TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES
CURSO: Ingeniería de Aguas Residuales
PROFESORA: Hiraida Pérez Palomares
ALUMNOS




Licla Tomayro ,Luis
Molina Ramírez, Mario
Pimentel García ,Rocío
Velásquez Tasilla ,Cesar
19 de mayo , 2014
Ingeniería de Agua Residuales 1
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Contenido
1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
3. MARCO TEORICO
3.1. NORMAS LEGALES
3.2. LINEAMIENTO Y ORIENTACION BASICA PARA EL DISEÑO
4. METODOLOGIA
5. DISEÑO HIDRAULICO ESTRUCTURAL
5.1. CAMARA DE REJAS
5.1.1. Descripción
5.1.2. Dimensionamiento
5.2. DESARENADOR
5.2.1. Descripción
5.2.2. Dimensionamiento
5.3. CANALETA PARSHALL
5.3.1. Descripción
5.3.2. Dimensionamiento
5.4. TANQUE IMHOFF
5.4.1. Descripción
5.4.2. Dimensionamiento
5.4.3. Eficiencia
Ingeniería de Agua Residuales 2
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
5.5. LECHO DE SECADO
5.5.1. Descripción
5.5.2. Dimensionamiento
5.6. HUMEDADAL VERTICAL
5.6.1. Descripción
5.6.2. Dimensionamiento
5.6.3. Eficiencia
5.7. HUMEDAL HORIZONTAL
5.7.1. Descripción
5.7.2. Dimensionamiento
5.7.3. Eficiencia
6. RESULTADOS
6.1. Dimensiones de las unidades de tratamiento
6.2. Tiempo de retención parcial y total
6.3. Eficiencia parcial y total
7. CONCLUSIONES
8. BIBLIOGRAFIA
Ingeniería de Agua Residuales 3
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
1.
INTRODUCCIÓN
El uso de los recursos naturales a través de la época ha venido provocando un efecto dañino
sobre nuestros ecosistemas. El caso del agua es uno de los ejemplos más claros: un mayor
suministro de agua significa una mayor carga de aguas residuales y por ende un mayor impacto
sobre el medio ambiente. Debido a esta preocupación, las aguas residuales han sido tratadas
desde principios del Siglo XX y la tecnología utilizada ha ido avanzando, de modo que en la
actualidad podemos tratar prácticamente todo tipo de ellas. Hoy en día, el proceso de
tratamiento de aguas residuales tiene un menor impacto económico, todo dependerá de las
unidades de tratamiento que se empleen.
Las aguas residuales en comunidades rurales a diferencia de las aguas residuales urbanas, (las
cuales son tratadas por lo menos en un buen porcentaje) , son generalmente son vertidas a un
cuerpo de agua ya sea un rio o lago, sin haber recibido algún tratamiento previo,
contaminándolos y siendo el origen de enfermedades que afectan posteriormente a la propia
comunidad.
En este trabajo se presenta una alternativa para el tratamiento de aguas residuales de una
comunidad rural, para lo cual se ha diseñado un sistema que cuenta con un pre tratamiento
(Cámara de rejas y
Desarenador), tratamiento primario (Tanque Imhoff ) y tratamiento
secundario (sistema de humedales).Este sistema se ha diseñado con el fin de obtener la mayor
remoción de DBO, solidos suspendidos y coliformes fecales , de tal manera que el efluente
cumpla con la normatividad vigente para el vertimiento a un cuerpo de agua .
2.
OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para una comunidad rural que no cuenta
con sistema de alcantarillado para un periodo de 20 años.
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS



Determinar las dimensiones de las unidades de tratamiento y el requerimiento del terreno
per cápita del sistema.
Determinar el tiempo de retención parcial y total del sistema.
Determinar la eficiencia parcial y global en el sistema.
Ingeniería de Agua Residuales 4
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
3.
MARCO TEORICO
3.1. NORMAS LEGALES
Normas relativas al Ente Rector del Sub Sector Saneamiento - Ministerio de
Vivienda, Construcción y Saneamiento
• Ley Nº 27792 - Ley de Organización y Funciones del Ministerio de Vivienda, Construcción y
Saneamiento, parte pertinente, publicada el 25 de julio de 2002. (Derogada por la Única
Disposición Complementaria Derogatoria de la Ley N° 30156 – Ley de Organización y Funciones del
Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento).
• Ley Nº 30156 – Ley de Organización del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento,
publicada el 19 de enero de 2014.
• Decreto Supremo Nº 002-2002-VIVIENDA - Aprueban Reglamento de Organización y Funciones
del Ministerio, parte pertinente (Titulo X, Capítulo II, artículos 29,30 y 32), publicado el 9 de
setiembre de 2002.
• Resolución Ministerial Nº 175-2003-VIVIENDA - Aprueban la regulación de los órganos de
menor nivel jerárquico que se encuentran en el ROF del Ministerio, así como de la Oficina de
Coordinación Sectorial y Promoción Institucional, publicada con fecha 28 de agosto de 2003 y
modificada mediante Resolución Ministerial Nº 103- 2009-VIVIENDA, publicada el 10 de marzo de
2009 (Parte pertinente, artículo 11º).
• Resolución Ministerial Nº 160-2010-VIVIENDA - Modifican estructura orgánica y regulación de
los órganos de menor nivel jerárquico que se encuentran en el ROF del Ministerio, aprobado por
Resolución Ministerial Nº 175-2003-VIVIENDA, publicada el 8 de octubre de 2010.
• Decreto Supremo Nº 002-2005-VIVIENDA - Precisan que diseño de políticas y normas en
materia de prestación de servicios de saneamiento a nivel nacional corresponde exclusivamente a
la Dirección Nacional de Saneamiento, publicada el 9 de enero de 2005.
Normas relativas al Organismo Regulador del Sub Sector Saneamiento SUNASS
• Decreto Ley Nº 25965 - Crean la Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento
(SUNASS), publicado el 19 de diciembre de 1992.
• Decreto Supremo Nº 017- 2001 - PCM - Aprueban el Reglamento General de la SUNASS,
publicado el 21 de febrero de 2001 y sus modificatorias.
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Relación de principales normas dictadas por el consejo directivo de SUNASS relativas a la
prestación de los servicios de saneamiento.
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 056-2008-SUNASS-CDAprueban “Lineamientos para la Revisión Extraordinaria de la Fórmula por Incorporación de
Proyectos y por Adelanto de Inversiones Previsto en el Plan Maestro Optimizado” y su exposición
de motivos, publicada el 6 de agosto de 2008.
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 066-2006-SUNASS-CD –
Aprueban Reglamento General de Reclamos de Usuarios de Servicios de Saneamiento y
Documento de Análisis de Impacto Regulatorio, publicada el 14 de enero de 2007 y modificada
por Resolución de Consejo Directivo Nº 088-2007-SUNASS-CD, Publicada el 31 de diciembre de
2007
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 003-2007-SUNASS-CDAprueba reglamento general de supervisión, fiscalización y sanción de la EPS, publicada en 18 de
enero del 2007.
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 009-2007-SUNASS-CDAprueba Reglamento General de Tarifas, publicada el 5 de febrero de 2007, modificada por
RCD052-2007-sunass-CD
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 011-2007-SUNASS-CDAprueba Reglamento de Calidad de la Prestación de Servicios de Saneamiento, publicada el 5 de
febrero de 2007, modificada por Resolución del Consejo Directivo Nº 100-2008-SUNASS-CD,
publicada el 17 de noviembre de 2008
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 025-2009-SUNASS-CDAprueba el Reglamento de Creación de Pequeñas Empresas de Saneamiento- PES, publicada el 6
de julio de 2009. 50
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 028-2010-SUNASS-CDAprueban Proyecto de Resolución de Consejo Directivo que modifica el “Reglamento General de
Supervisión, Fiscalización y Sanción de las EPS”, así como su Exposición de Motivos, y disponen su
publicación en la página web de la SUNASS, publicada el 7 de julio de 2010
Ingeniería de Agua Residuales 6
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 028-2010-SUNASS-CDAprueban Proyecto de Resolución de Consejo Directivo que modifica el “Reglamento General de
Supervisión, Fiscalización y Sanción de las EPS”, así como su Exposición de Motivos, y disponen su
publicación en la página web de la SUNASS, publicada el 7 de julio de 2010.
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 061-2010-SUNASS-CDModifican artículos del Reglamento de Calidad de la Prestación de Servicios de Saneamiento,
publicada el 6 de enero de 2011
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 016-2011-SUNASS-CDModifican el reglamento general de supervisión, fiscalización y sanción de la EPS, publicado el 26
de mayo del 2011.
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 041-2010-SUNASS-CDModifican artículo 88º del reglamento de calidad de la prestación de servicios de Saneamiento,
publicada el 19 de octubre de 2011.
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 042
Modifica el reglamento de la prestación de servicios de Saneamiento, publicado el 21 de octubre
de 2011
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 061-2011-SUNASS-CDModifican el Reglamento General de Tarifas.
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 062-2011-SUNASS-CDAprueban “Lineamientos para el Periodo de Transacción Relativo a las EPS comprendidas en la
Modificación de las Condiciones de Aplicación del Modelo Regulatorio de SUNASS”.
• RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO Nº 015-2012-SUNASS-CDAprueban frecuencia de muestreo de los parámetros que deben ser controlados por las Entidades
Prestadoras de Servicios de Saneamiento-EPS respecto de la calidad del agua potable
Ingeniería de Agua Residuales 7
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
3.2. LINEAMIENTOS Y ORIENTACION BASICA PARA EL DISEÑO
El objetivo del tratamiento de las aguas residuales es mejorar su calidad para cumplir con las
normas de calidad del cuerpo receptor o las normas de reutilización.
El requisito fundamental antes de proceder al diseño preliminar o definitivo de una planta de
tratamiento de aguas residuales, realizar el estudio del cuerpo receptor ya que el grado de
tratamiento dependerá de su calidad. El estudio del cuerpo receptor deberá tener en cuenta las
condiciones más desfavorables.
Para el aprovechamiento de efluentes de PTAR, el nivel de tratamiento será en función a la
calidad requerida por la norma de cada uso.
Una vez determinado el grado de tratamiento requerido, el diseño debe efectuarse de
acuerdo con las siguientes etapas:
A. Estudio de factibilidad








Caracterización de aguas residuales domésticas e industriales.
Información básica (geológica, geotécnica, hidrológica y topográfica).
Determinación de los caudales actuales y futuros.
Aportes per cápita actual y futura.
Selección de los procesos de tratamiento.
Pre-dimensionamiento de alternativas de tratamiento.
Evaluación de impacto ambiental y de vulnerabilidad ante desastres.
Factibilidad técnico económica de las alternativas y selección de la más favorable.
B. Diseño definitivo de la planta










Estudios adicionales de caracterización requeridos.
Estudios geológicos, geotécnicos y topográficos al detalle.
Estudios de tratabilidad de las aguas residuales, con el uso de plantas a escalas de
laboratorio o piloto, cuando el caso lo amerite.
Dimensionamiento de los procesos de tratamiento de la planta
Diseño hidráulico sanitario
Diseño estructural, mecánicos, eléctricos y arquitectónicos.
Planos y memoria técnica del proyecto.
Presupuesto referencial y fórmula de reajuste de precios.
Especificaciones técnicas para la construcción.
Manual de operación y mantenimiento.
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Según el tamaño e importancia de la instalación, se podrán combinar las dos etapas de diseño
mencionadas, previa autorización de la autoridad competente.
Toda planta de tratamiento deberá contar con cerco perimétrico y medidas de seguridad.
De acuerdo al tamaño e importancia del sistema de tratamiento, deberá considerarse
infraestructura complementaria: casetas de vigilancia, almacén, laboratorio, vivienda del
operador y otras instalaciones que señale el organismo competente. Estas instalaciones serán
obligatorias para aquellos sistemas de tratamiento para una población igual o mayor de 25000
habitantes y otras de menor tamaño que el organismo competente considere necesario.
NORMAS PARA LOS ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD
Los estudios de factibilidad técnico económica son obligatorios para todas las ciudades con
sistema de alcantarillado.
Para la caracterización de aguas residuales domésticas se realizará, para cada descarga
importante, cinco campañas de medición y muestreo horario de 24 horas de duración y se
determinará el caudal y temperatura en el campo. Las campañas deben efectuarse en días
diferentes de la semana. A partir del muestreo horario se conformarán muestras compuestas;
todas las muestras deberán ser preservadas de acuerdo a los métodos estándares. En las
muestras compuestas se determinará como mínimo los siguientes parámetros:







Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) 5 días y 20°C.
Demanda química de oxígeno (DQO).
Coliformes fecales y totales.
Parásitos (principalmente nematodes intestinales).
Sólidos totales y en suspensión incluidos el componente volátil.
Nitrógeno amoniacal y orgánico.
Sólidos sedimentables.
Para la determinación de caudales de las descargas se efectuarán como mínimo cinco campañas
adicionales de medición horaria durante las 24 horas del día y en días que se consideren
representativos. Con esos datos se procederá a determinar los caudales promedio y máximo
horario representativos de cada descarga. Los caudales se relacionarán con la población
contribuyente actual de cada descarga para determinar los correspondientes aportes per cápita
de agua residual. En caso de existir descargas industriales dentro del sistema de alcantarillado, se
calcularán los caudales domésticos e industriales por separado.
Para comunidades sin sistema de alcantarillado, la determinación de las características debe
efectuarse calculando la masa de los parámetros más importantes, a partir de los aportes per
cápita según se indica en el siguiente cuadro.
Ingeniería de Agua Residuales 9
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
En las comunidades en donde se haya realizado muestreo, se relacionará la masa de
contaminantes de DBO, sólidos en suspensión y nutrientes, coliformes y parásitos con las
poblaciones contribuyentes, para determinar el aporte per cápita de los parámetros indicados. El
aporte per cápita doméstica e industrial se calculará por separado.
En ciudades con tanques sépticos se evaluará el volumen y masa de los diferentes parámetros del
lodo de tanques sépticos que pueda ser descargado a la planta de tratamiento de aguas
residuales. Esta carga adicional será tomada en cuenta para el diseño de los procesos de la
siguiente forma:


Para sistemas de lagunas de estabilización y zanjas de oxidación, la descarga será aceptada a
la entrada de la planta.
Para otros tipos de plantas con tratamiento de lodos, la descarga será aceptada a la entrada
del proceso de digestión o en los lechos de secado.
Con la información recolectada se determinarán las bases del diseño de la planta de tratamiento
de aguas residuales. Se considerará un horizonte de diseño (período de diseño) entre 20 y 30
años, el mismo que será debidamente justificado ante el organismo competente. Las bases de
diseño consisten en determinar para condiciones actuales, futuras (final del período de diseño) e
intermedias (cada cinco años) los valores de los siguientes parámetros.






Población total y servida por el sistema
Caudales medios de origen doméstico, industrial y de infiltración al sistema de alcantarillado
y drenaje pluvial
Caudales máximo y mínimo horarios
Aporte per cápita de aguas residuales domésticas
Aporte per cápita de DBO, nitrógeno y sólidos en suspensión
Masa de descarga de contaminantes, tales como: DBO, nitrógeno y sólidos
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DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Concentraciones de contaminantes como: DBO, DQO, sólidos en suspensión y coliformes en
el agua residual
En ningún caso se permitirá la descarga de aguas residuales sin tratamiento a un cuerpo receptor,
aun cuando los estudios del cuerpo receptor indiquen que no es necesario el tratamiento. El
tratamiento mínimo que deberán recibir las aguas residuales antes de su descarga, deberá ser el
tratamiento primario.
Una vez determinado el grado de tratamiento, se procederá a la selección de los procesos de
tratamiento para las aguas residuales y lodos. En caso de requerirse se dará especial
consideración a la remoción de parásitos intestinales. Se seleccionarán procesos que puedan ser
construidos y mantenidos sin mayor dificultad, reduciendo al mínimo la mecanización y
automatización de las unidades y evitando al máximo la importación de partes y equipos.
Para la selección de los procesos de tratamiento de las aguas residuales se usará como guía los
valores del siguiente cuadro:
(a) Precedidos y seguidos de sedimentación
(b) Incluye laguna secundaria
(c) Dependiente del tipo de lagunas
(d) Seguidas de sedimentación
(e) Dependiendo del número de lagunas y otros factores como: temperatura, período de
retención y forma de las lagunas.
Una vez seleccionados los procesos de tratamiento para las aguas residuales y lodos, se
procederá al dimensionamiento de alternativas. En esta etapa se determinará el número de
unidades de los procesos que se van a construir en las diferentes fases de implementación y
otros componentes de la planta de tratamiento, como: tuberías, canales de interconexión,
Ingeniería de Agua Residuales 11
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
edificaciones para operación y control, arreglos exteriores, etc. Se determinarán también los
gastos de operación y mantenimiento, como consumo de energía y personal necesario.
En el estudio de factibilidad técnico económica se analizarán las diferentes alternativas en
relación con el tipo de tecnología: requerimientos del terreno, equipos, energía, necesidad de
personal especializado para la operación, confiabilidad en operaciones de mantenimiento
correctivo y situaciones de emergencia.
En caso de ser requerido, se determinará en forma aproximada el impacto del tratamiento sobre
las tarifas. Con esta información se procederá a la selección de la alternativa más favorable.
Los estudios de factibilidad deberán estar acompañados de evaluaciones de los impactos
ambientales y de vulnerabilidad ante desastres de cada una de las alternativas, así como las
medidas de mitigación correspondientes.
NORMAS PARA LOS ESTUDIOS DE INGENIERÍA BÁSICA
El propósito de los estudios de ingeniería básica es desarrollar información adicional para que los
diseños definitivos puedan concebirse con un mayor grado de seguridad.
Entre los trabajos que se pueden realizar en este nivel se encuentran:



Estudios adicionales de caracterización de las aguas residuales o desechos industriales que
pueden requerirse para obtener datos que tengan un mayor grado de confianza.
Estudios geológicos y geotécnicos que son requeridos para los diseños de cimentación de
las diferentes unidades de la planta de tratamiento. Los estudios de mecánica de suelo son
de particular importancia en el diseño de lagunas de estabilización, específicamente para el
diseño de los diques, impermeabilización del fondo y movimiento de tierras en general.
Estudios de tratabilidad: de mayor importancia, sobre todo para ciudades de gran tamaño y
con proceso de tratamiento biológico, son los, para una o varias de las descargas de aguas
residuales domésticas o industriales que se admitan.
La finalidad de los estudios de tratabilidad biológica es determinar en forma experimental el
comportamiento de la biomasa que llevará a cabo el trabajo de biodegradación de la materia
orgánica, frente a diferentes condiciones climáticas y de alimentación. En algunas circunstancias
se tratará de determinar el comportamiento del proceso de tratamiento, frente a sustancias
inhibidoras o tóxicas. Los resultados más importantes de estos estudios son:


Las constantes cinéticas de biodegradación y mortalidad de bacterias.
Los requisitos de energía (oxígeno) del proceso.
Ingeniería de Agua Residuales 12
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES


La cantidad de biomasa producida, la misma que debe tratarse y disponerse
posteriormente.
Las condiciones ambientales de diseño de los diferentes procesos.
Estos estudios deben llevarse a cabo obligatoriamente para ciudades con una población actual
mayor a 75000 habitantes y otras de menor tamaño que el organismo competente considere de
importancia por su posibilidad de crecimiento, el uso inmediato de aguas del cuerpo receptor, la
presencia de descargas industriales, etc.
Los estudios de tratabilidad podrán llevarse a cabo en plantas a escala de laboratorio, con una
capacidad de alrededor de 40 l/d o plantas a escala piloto con una capacidad de alrededor de 4060 m3/d.
El tipo, tamaño y secuencia de los estudios se determinarán de acuerdo con las condiciones
específicas del desecho.
Para el tratamiento con lodos activados, incluidas las zanjas de oxidación y lagunas aireadas se
establecerán por lo menos tres condiciones de operación de “edad de lodo” a fin de cubrir un
intervalo de valores entre las condiciones iniciales hasta el final de la operación. En estos estudios
se efectuarán las mediciones y determinaciones necesarias para validar los resultados con
balances adecuados de energía (oxígeno) y nutrientes.
Para los filtros biológicos se establecerán por lo menos tres condiciones de operación de “carga
orgánica volumétrica” para el mismo criterio anteriormente indicado.
La tratabilidad para lagunas de estabilización se efectuará en una laguna cercana, en caso de
existir. Se utilizará un modelo de temperatura apropiada para la zona y se procesarán los datos
meteorológicos de la estación más cercana, para la simulación de la temperatura.
Adicionalmente se determinará, en forma experimental, el coeficiente de mortalidad de
coliformes fecales y el factor correspondiente de corrección por temperatura.
Para desechos industriales se determinará el tipo de tratabilidad biológica o fisicoquímica que
sea requerida de acuerdo con la naturaleza del desecho.
Cuando se considere conveniente se realizarán adicionalmente, estudios de tratabilidad
inorgánica para desarrollar criterios de diseño de otros procesos, como por ejemplo:





Ensayos de sedimentación en columnas, para el diseño de sedimentadores primarios
Ensayos de sedimentación y espesamiento, para el diseño de sedimentadores secundarios
Ensayos de dosificación química para el proceso de neutralización
Pruebas de jarras para tratamiento fisicoquímico
Ensayos de tratabilidad para varias concentraciones de desechos peligrosos.
Ingeniería de Agua Residuales 13
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
4.
METODOLOGIA
La Planta de tratamiento que se quiere diseñar es para un comunidad rural de 816 habitantes
que no cuentan con una red de alcantarillado; para saber con qué unidades de tratamiento son
de posibles instalar en estas comunidades es que recurrimos al Plan Nacional de Calidad
Turística, el cual nos servirá como base, en este documento se señala que las unidades de
tratamiento para estas comunidades puede ser un tanque séptico, tanque Imhoff, lecho de
secado y humedales artificiales. Basándonos en este Plan y la Norma S.090 es que diseñaremos
nuestra Planta de Tratamiento, teniendo como unidades de tratamientos lo siguiente:

Pre Tratamiento
Para realizar el pre tratamiento utilizaremos una cámara de rejas y estableceremos un
desarenador de manera obligatoria, ya que tal como se señala en la Norma S.090 “será
obligatorio la inclusión de desarenadores para plantas que tienen sedimentares o digestores”,
en nuestro caso trabajaremos con un tanque Imhoff en el tratamiento primario, lo que hace
obligatoria la existencia de los desarenadores. Seguido a desarenador se instalara una
canaleta Parshall, la cual nos medida el caudal.

Tratamiento Primario
Para este tratamiento consideraremos trabajar con un Tanque Imhoff, ya que es ideal para
comunidades de 5000 habitantes o menos, el cual sería nuestro caso; en la actualidad se
cuenta con 800 habitantes, pero considerando una tasa de incremento población de 1%o por
un periodo de 20 años, se tendría un población futura de 816 habitantes, para la cual se
diseña. Al existir un tanque Imhoff se hace necesario disponer los lodos que se producen en la
cámara de digestión, por ello se diseñara un Lecho de secado de lodos, que nos servirá para
deshidratar los lodos digeridos, lo cual resulta ideal para comunidades pequeñas.

Tratamiento Secundario
En este tratamiento se busca lograr la remoción de materia orgánica biodegradable y sólidos
en suspensión y parte de la coliformes fecales, en base a estos requerimientos es que
decidimos trabajar con los humedales artificiales, tanto vertical como horizontal .Trabajando
con los humedades verticales se tiene una remoción del 90% de solidos suspendidos y 80% de
la DBO5 y disminución de 1 unidad logarítmica en coliformes fecales. Para Humedades
horizontales se tiene una remoción del 90% de solidos suspendidos y 80% de la DBO5 y
disminución de 2 unidad logarítmica en coliformes fecales.
Ingeniería de Agua Residuales 14
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Para el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales, se contara con los siguientes
datos:
 Población actual : 800
 Tasa de crecimiento anual /1000 habitantes: 1%o
 Periodo de diseño : 20 años
 Dotación : 150 L/hab*dia
 Temperatura del mes más frio
 Temperatura ambiental del mes más frio : 17 °C
Con estos datos se puede estimar la población futura caudal promedio, máximo y mínimo de
diseño, por lo tanto se tiene que:
Donde
Pf: población futura
Po: población actual
r : tasa de crecimiento anual
t: periodo de diseño
(
)
Caudal promedio de abastecimiento
(
(
)
)
Caudal promedio de desagüe
(
)
K: cte. De contribución al desagüe =0.8
(
)
Ingeniería de Agua Residuales 15
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Caudal máximo horario de diseño
Kmax =3
Caudal mínimo horario de diseño
Kmin=0.5
Para la determinación de características del afluente, nos basaremos en la Normas S.090, la
cual establece que para comunidades sin alcantarillado las características serán
determinadas calculando la masa de los parámetros más importantes, a partir de los aportes
percapita, sin embargo para este diseño solo se considerar el aporte percapita de DBO5,
Solidos suspendidos y coliformes fecales.



Aporte percapita de DBO5(CtDBO5): 50 gr/hab*dia
Aporte percapita de Solidos suspendidos (CtSS): 90 gr/hab*dia
Aporte percapita de Coliformes fecales(CtCF): 2x1011 NMP/hab*dia
Con estos valores de aporte percapita se procede a calcular la carga contaminante:
Carga orgánica de diseño
Ingeniería de Agua Residuales 16
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Carga de diseño de SST
Carga de diseño de coliformes fecales
Concentración de contaminantes
Con todos estos resultados, se procede a realizar el dimensionamiento de las unidades de
tratamiento.
Ingeniería de Agua Residuales 17
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
5.
DISEÑO HIDRAULICO ESTRUCTURAL
5.1. CAMARA DE REJAS
5.1.1.
Descripción
La cámara de rejas tiene como objetivo retener la basura, materiales solidos gruesos que pueden
afectar el funcionamiento de los tratamientos posteriores. Según la Norma OS.090 este diseño
debe incluir una plataforma de operación y drenaje del material cribado con barandas de
seguridad, iluminación para la operación durante la noche, espacio suficiente del material cribado
para el almacenamiento temporal del material cribado en condiciones sanitarias adecuadas.
Asimismo para el diseño de esta cámara se integrara tres componentes, el canal de entrada, las
rejas y el bypass.
El canal de entrada, es la estructura en la cual descarga la tubería del colector de conducción en la
planta. Se propone un canal de conducción a cielo abierto y con sección rectangular del mismo
ancho de la tubería de llegada, esto con el fin de mantener constantes la velocidad y el tirante del
agua. La longitud del canal de acceso debe tener una medida suficiente para dar cabida a la basura
que se aglomere en las rejillas. El canal se diseñara para condiciones de caudal máximo horario.
Asimismo como menciona la Norma OS.090, para instalaciones pequeñas puede utilizarse un canal
con rejas con by pass para el caso de emergencia o mantenimiento.
En los procesos de tratamiento de agua residual, las rejas se utilizan para proteger bombas,
válvulas, tuberías y otros elementos, contra los posibles daños e obstrucciones provocadas por la
presencia de objetos extraños de gran tamaño. Asimismo para el diseño de estas rejas se deben
tener ciertas consideraciones como:





Se utilizan barras de sección rectangular de 5 a 15 mm de espesor por 30 a 75 mm de ancho.
Las dimensiones dependen de la longitud de las barras y el mecanismo de limpieza.
El espaciamiento entre barras estará entre 20 y 50 mm. Para localidades con un sistema
inadecuado de recolección de residuos sólidos se recomienda un espaciamiento no mayor a
25 mm.
Las dimensiones y espaciamiento entre barras se escogerán de modo que la velocidad del
canal antes de y a través de las barras sea adecuada.
El ángulo de inclinación de las barras de las rejas de limpieza manual sea de 45° a 60° respecto
a la horizontal
Ingeniería de Agua Residuales 18
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

El cálculo de la cantidad de material cribado se determinara de acuerdo con la siguiente tabla:
Abertura (mm)
20
25
35
40
5.1.2.

Cantidad (litros de material cribado l/m3 de agua residual)
0.038
0.023
0.012
0.009
Dimensionamiento
Características de las rejas
o Separación, espaciamiento entre las barras (a)en mm
o
Espesor de las rejas(e)
o
Ancho
<30-75> se escoge 40 mm
Eficiencia de las rejas(E)
o
o
Velocidad de paso entre las rejas (V)en m/s
<0.6-0.75m/s>si la velocidad es menor los sólidos tienen a sedimentarse , si la
velocidad es mayor , los residuos que se desean retener se pasan por las rejas, por
ello se elige trabajar con una velocidad de 0.7 m/s.
o
Velocidad aguas arriba de la reja(Va)en m/s
o
Area útil en rejas(Au)en m2
o
Area total (At)en m2
Ingeniería de Agua Residuales 19
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
o
Numero de barras (N)
B: ancho del canal: 0.3 m

Características del canal
o
Calculo tirante máximo (Ymax)en m
o
Calculo de Radio hidráulico (Rh)en m
o
Calculo de la pendiente del canal (S)en m/m
[

]
[
]
Características del bypass
o Altura o tirante de agua sobre el vertedero del bypass (H)en m
L: ancho del vertedero: 0.4m
o
Área
o
Pendiente en el Bypass (S) en m.
[
]
[
]
Ingeniería de Agua Residuales 20
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
o
Datos del emisor
 Diámetro del emisor (De)
Se toma un diámetro de 3”equivalente a 0.0762

Tirante del emisor (Ye)

Radio hidráulico del emisor (Re)

Área del emisor(Ae)

Pendiente en el emisor (Se) en m/m
[
]
[
]

Velocidad en el emisor (Ve)en m/s

Perdida de carga en la transición (Hft)en m
[
]

Calculo longitud de transición (Lt)en m

Desnivel entre el fondo de la tubería y el fondo del canal(Z)en m
(
)
(
)
Ingeniería de Agua Residuales 21
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Perdida de carga en la reja (hf)en m

Perdida de carga en la reja 50% de ensuciamiento (hf50%)
Cantidad de material cribado para la abertura
Abertura(mm)
Cantidad (Lt. De material cribado/m3 de agua residual)
20
0.038
25
0.023
35
0.012
40
0.009
Como se tiene una abertura de 25.4 mm , entonces se
escoge el valor de 25 mm en la abertura , con esto se tiene
una cantidad de 0.023 Lt de material cribado /m3 de agua
residual

Area total
5.2. DESARENADOR
5.2.1.
Descripción
La inclusión de desarenadores es obligatoria en las plantas que tienen sedimentadores y
digestores.
Los desarenadores deben tener acoplado previamente una unidad diseñada para reducir la
velocidad del agua residual y permitir la remoción de sólidos minerales (arena y otros), por
sedimentación. El control de la velocidad para diferentes tirantes de agua se efectuará con la
instalación de un vertedero a la salida del desarenador. Este puede ser de tipo Sutro, trapezoidal o
un medidor de régimen crítico como el Parshall o Palmer Bowlus.
Los desarenadores serán preferentemente de limpieza manual, sin incorporar mecanismos,
excepto en el caso de desarenadores para instalaciones grandes. El diseño considerado para el
presente trabajo tiene dos canales de forma alargada y de sección rectangular.
Ingeniería de Agua Residuales 22
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
CONSIDERACIONES A TOMAR EN CUENTA


Para sistemas de lagunas de estabilización el uso de desarenadores es opcional.
se debe tratar de controlar y mantener la velocidad del flujo alrededor de 0,3 m/s con una
tolerancia + 20%. La tasa de aplicación deberá estar entre 45 y 70 m3/m2/h, debiendo
verificarse para las condiciones del lugar y para el caudal máximo horario
A la salida y entrada del desarenador se preverá, a cada lado, por lo menos una longitud
adicional equivalente a 25% de la longitud teórica.
La relación entre el largo y la altura del agua debe ser como mínimo 25.
La altura del agua y borde libre debe comprobarse para el caudal máximo horario.
Se deben proveer dos unidades de operación alterna como mínimo.
Para desarenadores de limpieza manual se deben incluir compuertas para poner fuera de
funcionamiento cualquiera de las unidades.
Las dimensiones de la parte destinada a la acumulación de arena deben ser determinadas
en función de la cantidad prevista de material y la frecuencia de limpieza deseada.
La frecuencia mínima de limpieza será de una vez por semana.







5.2.2.
Dimensionamiento
Cálculos del Desarenador

Velocidad horizontal de flujo
Vh=
0.3
M/S

Área máxima de sección transversal
Amax=

Tirante máximo de desagüe en el canal

=
(Considerando Ancho del Canal B=0.13 m.)
= 0.087 m.
Area superficial util del desarrenador
As=
=
=
(Considerando Tad=45 m3/m2.h)
0.272 m2
Longitud util de desarenador
L=
=
)
=0.011 m2
Ymax=

(Qmax calculado =
= 2.09
m  2.3 m. aproximando
Ingeniería de Agua Residuales 23
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Pendiente
S =

La relación largo/ancho debe ser entre 10 y 20.
(Pendiente mínima de 10%)
10%
Relacion Largo/ancho=

=
17.69
Tiene que cumplirse que L/Ymax >25
=
26.38
Cálculos de la Tolva

Volumen de arena diaria Considerando Tasa de acumulación (Taa)=0.03 L/s
Vad = 0.003
m3/dia

Periodo de limpieza
PL

= 7
Según norma, mínimo 1 vez por semana
Dias
Capacidad de la tolva
Vtv=
= 0.02056 m3

Profundidad de la tolva
Ht = 0.07 m

Ancho de tolva (El mismo considerado en la canaleta propiamente dicha)
Bt=

0.13
Este valor se asumirá
m
Largo de la Tolva
LargoTolv =
= =
= 2.3
m
5.3. CANALETA PARSHALL
5.3.1.
Descripción
La canaleta parshall tiene doble finalidad, el de servir como unidad de tratamiento para mezcla
rápida y como medidor de caudal, para nuestro diseño lo utilizaremos como un medidor de
caudal. Esta canaleta tiene la característica de poseer un simple estrangulamiento en la sección
transversal que permite el incremento de la velocidad en el área de medición y, por lo tanto, no
están expuestas a interferencias en la estimación de caudales. Está canaleta está constituida por
Ingeniería de Agua Residuales 24
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
tres partes fundamentales que son: la entrada, la garganta y la salida. La entrada está formada
por dos paredes verticales simétricas y convergentes, el fondo es inclinado con pendiente
ascendente 4:1,la garganta está formada por dos paredes verticales paralelas, el fondo es
inclinado con una pendiente descendente 2,67:1. La distancia de la sección de la garganta
determina el tamaño del medidor y se designa por w. La salida está formada por dos paredes
verticales divergentes y el fondo es ligeramente inclinado con una pendiente ascendente de
17,9:1.
5.3.2.
Dimensionamiento
Las magnitudes necesarias para la construcción de una canaleta parshall se encuentran
acotadas en la siguiente vista:
Fig.2. Vista en Planta y Corte de la Canaleta Parshall
Todas las dimensiones señalada por letras han sido estandarizadas y se encuentran
relacionadas, de forma que se puede obtener una sola medida .Estas mediciones estandarizadas
se pueden encontrar en tablas; el ancho de garganta “W” determinara esta valores , como se
muestra en el siguiente cuadro:
Ingeniería de Agua Residuales 25
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tabla 1. Dimensiones estandarizadas de canales Parshall
Para obtener el valor del ancho de garganta, se recurre a tablas en las que se requiere como
dato de ingreso al caudal; la siguiente tabla muestra los límites de aplicación para un
determinado ancho de garganta en función del caudal mínimo y máximo (CEPIS 2002).
Tabla 2. Límites de aplicación
Fuente: OPS/CEPIS.2002
El caudal de diseño (1.13m3/s), con este valor el ancho de garganta seria 7.6 cm. En base a este
ancho de garganta (W) se tienen los siguientes valores:
Ingeniería de Agua Residuales 26
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
A = 46.6 cm
B = 45.7 cm
C = 17.8 cm
D = 25.9 cm
E = 45.7 cm
T = 15.2 cm
G = 30.5 cm
K = 5.7 cm
N = 2.5 cm
P=En el caso de la planta de tratamiento se tomara en cuenta que es flujo o descarga libre, para
determinar el caudal. En este caso basta con medir la carga H, utilizando la siguiente expresión:
Q: en m3/s
H: en m
Los valores de K y N son obtenidos a partir de la tabla 3 , los cuales dependen del ancho de
garganta.
Tabla 3. Constantes del Canal Parshall
Por lo tanto se tiene:
Ingeniería de Agua Residuales 27
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
5.4. TANQUE IMHOFF
5.4.1.
Descripción
El taque Imhoff es una unidad de tratamiento primario , recomendable para comunidades de
5000 habitantes o menos , estos tanques ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas
residuales domésticas , ya que integran la sedimentación del agua y a digestión de los lodos
sedimentados en la misma unidad .
El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimentos consta de
dos partes: a) sedimentador,b) digestor de lodos y c) área de ventilación .El sedimentador se
ubica en la parte superior de la estructura y tiene la función de remover los sólidos
sedimentables y flotantes, mientras el digestor que ocupa la parte inferior del tanque Imhoff
está destinado a la estabilización anaeróbica de los lodos.
El sedimentador separa el material precipitable y flotante. El material precipitable o
sedimentable se deposita en el fondo del sedimentador desde donde pasa a través de la
abertura ubicada en su parte inferior hacia el digestor anaeróbico para su estabilización o
mineralización, mientras que los flotantes quedaran retenidos en la superficie del sedimentador
donde pantallas ubicadas a la salida impedirán el escape del referido material.
Los gases producidos como consecuencia de la digestión de los lodos ascienden a la superficie y
escapan por la zona de ventilación. Por el tipo de diseño de la abertura ubicada en la parte
inferior del sedimentador se impide que los gases y los sólidos arrastrados por estos gases
ingresen a la cámara de sedimentación.
5.4.2.

Dimensionamiento
Camara de sedimentación
o
Caudal promedio (Qprom) m3/h
o
Carga superficial (Cs) en m3/m3*h
o
Periodo de retención (PR) en horas
o
Numero de cámaras sedimentadores (N)
o
Caudal unitario (qu)en m3/h
Ingeniería de Agua Residuales 28
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
o
Área de sedimentación(As)en m2
o
Area de sedimentación unitaria(Asu)en m2
o
Volumen el sedimentador (V)en m3
o
Volumen de sedimentador unitario (Vu)en m3
o
Relacion L/a
o
Altura 1(H1)en m
(
o
(
)
(
)
(
Camara de digestión
o
)
Altura 2(H2) en m
(

)
Tasa de acumulación de lodos (Tal)en m3/hab
)
(
)
Ingeniería de Agua Residuales 29
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
o
Volumen de almacenamiento y digestion (Vd) en m3
o
Tiempo de digestión de lodos en días
o
Vtotal
o
Ancho de muro, es 0.2 m
o
Ancho interno (W)en m
o
Altura 3 (H3) en m
(
o
)
(
)
Altura 4 (H4)en m
(
o
Profundidad (P)en m
o
Area total en m2
)
(
)
(
)
(
)
Ingeniería de Agua Residuales 30
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
5.4.3.
Eficiencia
DBO
SS
CF
ENTRADA
SALIDA
416.7
250.02
740
296
1.7E+08
1.7E+08
REMOCION
40%
60%
< 90%
5.5. LECHO DE SECADO
5.5.1.
Descripción
Los lechos de secado son el método más simple y económico de deshidratar los lodos estables.
Previo al dimensionamiento de los lechos se calculará la masa y volumen de los lodos
estabilizados. En el caso de lodos digeridos anaerobiamente, se determinará la masa de lodos
considerando una reducción de 50 a 55% de sólidos volátiles. La gravedad específica de los lodos
digeridos varía entre 1,03 y 1,04. Si bien 64 el contenido de sólidos en el lodo digerido depende
del tipo de lodo, los siguientes valores referenciales:


Para el lodo primario digerido: de 8 a 12% de sólidos
Para el lodo digerido de procesos biológicos, incluido el lodo primario: de6 a 10% de
sólidos. 5.9.6.3 los requisitos de área de los lechos de secado se determinan adoptando
una profundidad de aplicación entre 20 y 40 cm y calculando el número de aplicaciones
por año.
Para el efecto se debe tener en cuenta los siguientes períodos de operación


período de secado: entre 3 y 4 semanas para climas cálidos y entre 4 y 8 semanas para
climas más fríos.
Período de remoción del lodo seco: entre 1 y 2 semanas para instalaciones con limpieza
manual
CONSIDERACIONES A TOMAR EN CUENTA



Pueden ser construidos de mampostería, de concreto o de tierra con profundidad total útil
de 50 a 60 cm. El ancho de los lechos es generalmente de 3 a 6 m, pero para instalaciones
grandes puede sobrepasar los 10 m.
El medio de drenaje es generalmente es de 0,3 m de espesor
La arena es el medio filtrante y debe tener un tamaño efectivo de 0,3 a 1,3 mm y un
coeficiente de uniformidad entre 2 y 5. Debajo de la arena se debe colocar un estrato de
grava graduada entre 1,6 y 51 mm (1/6” y 2”), de 0,20 m de espesor.
Ingeniería de Agua Residuales 31
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Los drenes deben estar constituidos por tubos de 100 mm de diámetro instalados debajo
de la grava.
Para cada lecho se debe proveer una tubería de descarga con su respectiva válvula
5.5.2.
Dimensionamiento

Volumen de lodo(Del cálculo de lodos del Imhoff)
Vd = 6.7

m2
Área del lecho de secado(Als)
Als =

Tomando profundidad de aplicación de 30 cm.
22.33 m2
Masa de sólidos que conforman los lodos(Msd)
Considerando densidad de lodos 1.03 kg/L y porcentaje de solidos:10%
Msd =
0.6901 kg
5.6. HUMEDADAL VERTICAL
5.6.1.
Descripción
Los humedales de flujo vertical (HFV) son más adecuados que los de flujo horizontal
(HFH) cuando hay una restricción de espacio, ya que tienen una mayor eficiencia de
tratamiento.
En los HFV las aguas residuales pretratadas son bombeadas de forma intermitente a la
superficie y luego percoladas verticalmente hacia abajo a través de la capa filtrante
hacia un sistema de drenaje en la parte inferior. El proceso de tratamiento se
caracteriza por intervalos intermitentes de carga de corta duración (de 4 a 12 dosis por
día) y largos períodos de descanso durante los cuales el agua residual se filtra a través
del substrato saturado y la superficie se seca. La carga intermitente de lotes aumenta la
transferencia de oxígeno y conduce a una alta actividad de degradación aerobia. Por lo
tanto, los humedales de FV siempre necesitan bombas o de lo contrario sifones que
carguen por pulsos, mientras que los HFH pueden funcionar sin bombas.
Las siguientes recomendaciones son básicas para el diseño de HFV para el tratamiento
de aguas residuales domésticas:

La superficie superior del filtro debe mantener un mismo nivel y las tuberías de
distribución a menudo son cubiertas con grava para evitar la acumulación de agua
durante los períodos de bombeo.
Ingeniería de Agua Residuales 32
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Las tuberías de distribución deben ser diseñadas de tal manera que den una
distribución uniforme de las aguas residuales, previamente tratadas, en toda la
superficie del humedal artificial (ver Figura 6). Esto se consigue seleccionando el
tamaño exacto de las tuberías de distribución, la longitud de las tuberías, el
diámetro de los agujeros y el espaciamiento entre los agujeros en las tuberías de
distribución.

La distancia entre los tubos de drenaje se basa en un diseño detallado, pero puede
ser como máximo de hasta 5 m. Para permitir un buen drenaje los tubos deberán
estar cubiertos con grava.

Para los grandes HFV es importante que el fondo tenga una pendiente de 0,5-1% en
dirección a la salida.

La profundidad del lecho de arena (zona activa) debe de ser de al menos unos 50
cm. En la base para cubrir las tuberías de drenaje se necesita adicionalmente 20 cm
de grava y en la parte superior del lecho 10 cm de grava. La grava en la parte
superior evita la acumulación de agua al aire libre, y se podría omitir si no hubiese
acceso del público al humedal artificial, se debe evitar que la superficie sea pisada.
Se debe dejar al menos unos 15 cm de borde libre para la acumulación de agua.

El área de superficie específica requerida es generalmente de 3-4 m²/PE en las
regiones frías y de 1-2 m²/PE en regiones cálidas18. Sin embargo, esto también
puede variar dependiendo de la opción de reutilización, la carga específica y la
legislación local.
Los autores tienen buenas experiencias con el diseño de HFV en climas cálidos, con
alrededor de 1,2 m²/PE


La carga orgánica por unidad de superficie debe limitarse a 20 g DQO/m²/d en los
climas fríos. Esto se aplica para las aguas grises y aguas residuales. Sin embargo los
autores han tenido buenas experiencias con HFV diseñados en climas cálidos, con
alrededor de 60-70 g DQO/m²/d, que corresponde a alrededor de unos 30-35 g
DBO5/m²/d.
Ingeniería de Agua Residuales 33
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Figura 3. Humedales artificiales de flujo horizontal
5.6.2.
Dimensionamiento
Datos generales de la unidas

Tasa orgánica =40





Relación largo- ancho L/W =1
Porosidad= 0.5
Borde libre=0.3 m
Talud m=3
Z= 0.8 m
Parámetros de Remoción



Remoción del 90% de solidos suspendidos
Remoción del 80% del DBO
Disminución de una unidad logarítmica en coliformes fecales
Datos del Agua que ingresa al humedal
Parámetro
Concentración
DBO
250.2
CF
1.7*
SS
300
Unidad
NMP/100ml
Ingeniería de Agua Residuales 34
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Caudal
48.96
Diseño del humedal Vertical
 Calculo para determinar el área del humedal
To=
40
=
A=306.24 m2
 Calculo del largo y ancho
L/W = 1
A=L*w
306.24 m2=L*w
W=17.5 m
L=17.5 m
 Periodo de Retención
Tr=
Tr=
Tr=
Tr=2.5019 dias 2.5 dias
 Largo y ancho de la corona
=W+2m*BL =19.3 m
=L+2m*BL =19.3 m
 Largo y ancho de la base
=W-2m*P =12.7 m
Ingeniería de Agua Residuales 35
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
=L-2m*P =12.7 m
 Área Per cápita
El área considerada para calcular el área per cápita, es el área superficial es decir
considerando el área de la corona.
Apc=
Apc=
Apc=
5.6.3.
Eficiencia
DBO
SS
CF
ENTRADA
250.02
296
1.7E+08
SALIDA
REMOCION
50.004
80%
29.6
90%
1.7E+07
90%
5.7. HUMEDAL HORIZONTAL
5.7.1.
Descripción
En los HFH el agua residual fluye lentamente a través del medio poroso por debajo de la
superficie del lecho en una trayectoria horizontal hasta llegar a la zona de salida (ver Figura 4).
El nivel de agua en los HFH es controlada por una tubería vertical ajustable en la salida. Para un
funcionamiento continuo la altura del lecho sumergido debe ser inferior a un tercio de la altura
total del material filtrante para evitar condiciones anaeróbicas en el humedal.
La materia orgánica es eliminada del agua residual por las bacterias que crecen en la superficie
de las partículas de arena y en las raíces de las plantas. El suministro de oxígeno juega un papel
importante para la eficiencia del proceso de tratamiento. A diferencia de los humedales de flujo
vertical (HFV) los humedales de flujo horizontal (HFH) tienen muy poca transferencia adicional
de oxígeno externo. Esta es una de las razones por la cual el área requerida para la superficie es
mayor que en los HFV.
Ingeniería de Agua Residuales 36
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
En climas cálidos existe un margen de reducción de la superficie de los humedales, reducción
que para los humedales del flujo horizontal (HFH) es poca, mientras que para los humedales del
flujo vertical (HFV) es bastante. Por lo tanto los HHAA del flujo horizontal son menos adecuados
que los el HHAA del flujo vertical para aplicaciones urbanas donde el espacio es costoso. Y si el
objetivo es la reutilización de las aguas residuales, por ejemplo para el riego, los HFH son los
menos recomendados, en estos climas cálidos, debido a su mayor tasa de evaporación.
Las siguientes recomendaciones son básicas para el diseño de HFH para el tratamiento de aguas
residuales domésticas:

La superficie del filtro debe mantenerse plana para evitar erosión, sin embargo el fondo
debe tener una pendiente de 0,5 a 1% de la entrada a la salida para lograr un buen
drenaje.

Normalmente la profundidad del lecho del filtro es alrededor de 60 cm con un borde
libre adicional de 15 cm para la acumulación del agua.

El área de superficie específica requerida es de unos 3-10 m²/PE dependiendo de la
temperatura y dependiendo de la temperatura y de la carga específica. En climas cálidos
el área requerida es menor debido a la mayor actividad biológica. En climas fríos el valor
de cálculo mínimo no debe ser inferior a los 5m²/PE (por ejemplo, en Alemania).

La carga orgánica por unidad de superficie no debe exceder en los climas fríos a los 4-10
gDBO5/m²/d o a los 16 gDQO/(m²d). No se tiene datos disponibles para los climas
cálidos con sustrato de arena gruesa.

La carga hidráulica de aguas grises oscila entre 60 y 80 mm/d mientras que aguas
residuales tiene una carga de 40 mm/d. Sin embargo, el factor limitante es la carga
orgánica, lo que significa que probablemente las aguas grises con baja carga orgánica
(de las duchas o lavandería), se puedan aplicar incluso con mayores cargas hidráulicas
en los HFH.
Ingeniería de Agua Residuales 37
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Figura 4. Humedales artificiales de flujo horizontal
5.7.2.
Dimensionamiento
Humedal Artificial de flujo Subsuperficial Horizontal 1
Datos generales de la unidad

Tasa orgánica =5





Relación largo- ancho L/W =2
Porosidad= 0.5
Borde libre=0.3 m
Talud m=3
Z= 0.5 m
=
Parámetros de Remoción
 Remoción del 90% de solidos suspendidos
 Remoción del 80% del DBO
 Disminución de dos unidades logarítmicas en coliformes fecales
Datos del Agua que ingresa al humedal
Parámetro
Concentración
DBO
50.04
CF
1.7*
SS
30
Unidad
NMP/100ml
Ingeniería de Agua Residuales 38
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Caudal
48.96
Diseño del humedal horizontal

Calculo para determinar el área del humedal
To=
5
=
A=489.99 m2

Calculo del largo y ancho
L/W=2
A=L*w
489.99 m2=L*w
W=15.65 m
L=31.30 m

Periodo de Retención
Tr=
Tr=
Tr=
Tr=4.87 dias 4.9 dias

Largo y ancho de la corona
=W+2m*BL =17.45 m
=L+2m*BL =33.1 m

Largo y ancho de la base
=W-2m*P =12.65 m
=L-2m*P =28.30 m

Área Per cápita
Ingeniería de Agua Residuales 39
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
El área considerada para calcular el área per cápita, es el área superficial es decir considerando
los bordes superiores.
Apc=
Apc=
Apc=
Humedal Artificial de flujo Subsuperficial Horizontal 2
Datos generales de la unidad






Tasa orgánica =5
=
Relación largo- ancho L/W =2
Porosidad= 0.5
Borde libre=0.3 m
Talud m=3
Z= 0.5 m
Parámetros de Remoción



Remoción del 90% de solidos suspendidos
Remoción del 80% del DBO
Disminución de dos unidades logarítmicas en coliformes fecales
Datos del Agua que ingresa al humedal
Parámetro
Concentración
DBO
10.008
CF
1.7*
SS
3
Caudal
48.96
Unidad
NMP/100ml
Ingeniería de Agua Residuales 40
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Diseño del humedal horizontal

Calculo para determinar el área del humedal
To=
5
=
A=98 m2

Calculo del largo y ancho
A=L*w
489.99 m2=L*w
W=7 m
L=14 m

Periodo de Retención
Tr=
Tr=
Tr=
Tr=0.5004 dias 0.5 dias

Largo y ancho de la corona
=W+2m*BL =8.8 m
=L+2m*BL =15.8 m

Largo y ancho de la base
=W-2m*P =4 m
=L-2m*P =11 m

Área Per cápita
El área considerada para calcular el área per cápita, es el área superficial es decir considerando
los bordes superiores.
Ingeniería de Agua Residuales 41
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Apc=
Apc=
Apc=
5.7.3.
Eficiencia
PRIMER HUMEDAD HORIZONTAL
DBO
SS
CF
ENTRADA
SALIDA
50.004
10.0008
296
29.6
1.7E+07
1.7E+05
REMOCION
80%
90%
99,9%
SEGUNDO HUMEDAL HORIZONTAL
ENTRADA
SALIDA
REMOCION
6.
DBO
10.0008
2.00016
80%
SS
296
29.6
90%
CF
1.7E+05
1.7E+03
99999%
RESULTADOS
6.1. Dimensiones de las unidades de tratamiento y el requerimientodel terreno
percapita del sistema.
CUADRO DE RESUMEN DE LA CAMARA DE REJAS
Espaciamiento entre rejas (a)
Espesor de las rejas (e)
Ancho
Eficiencia de las rejas ( E )
Velocidad de paso entre rejas (V)
Velocidad aguas arriba de la reja (Va) en m/s
Area util en rejas (Au) en m2
Area total (At) en m2
Numero de barras (N)
25.4
6.35
40
0.80
0.7
0.56
4.86E-03
6.07E-03
9
mm
mm
mm
0.020
0.018
1.02
m
m
%o
m/s
m/s
m2
m3
CARACTERISTICAS DEL CANAL
Calculo de tirante maximo (Ymax)
Calculo del radio hidraulico (Rh)
Calculo de la pendiente del canal (S)
Ingeniería de Agua Residuales 42
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
CARACTERISTICAS DEL BY-PASS
Altura o tirante de agua sobre el vertedero del
By-pass (H) en m
Area (A) en m2
Calculo del radio hidraulico (Rh) en m
Calculo de la pendiente del canal (S) en m/m
0.028
m
0.011
0.024
2.23
m2
m
%o
0.0762
m
0.0686
0.004
m
m
0.0227
16.26
0.787
0.00026
0.505
m
m/s
m/s
m
m
0.0636
m
0.013
m
0.12
m
Cantidad de material cribado
Longitud del canal (Lc) en m
0.0023
m3/dia
3.345
m
Area total de la camara de rejas (AT) en m2
1.003
m2
DATOS DEL EMISOR DE INGRESO A LA PLANTA
Diametro (De)
Tirante (Ye)
Area del emisor (Ae)
Radio hidraulico en el emisor (Re)
Pendiente en el emisor (Se)
Velocidad en el emisor (Ve)
Perdida de carga en la transicion (Htf)
Calculo longitud de transicion (Lt)
Desnivel entre el fondode la tuberia y el fondo
del canal (Z) en m <0.1-0.15m>
Perdida de carga en la reja (hf)
Perdida de carga en la reja 50% de
ensuciamiento (hf50%)
CUADRO DE RESUMEN DE L DESARENADOR
Velocidad horizontal de flujo
0.3
Area maxima de secciòn transversal
0.011
Tirante maximo de desague en el canal
0.087
canal(B)
0.13
Area superficial util del desarrenador
0.272
Longitud util de desarenador
2.3
Pendiente
10%
Relacion Largo/ancho
17.69
L/Ymax
26.38
Dimensionamiento de la tolva
Volumen de arena diaria
0.003
Periodo de limpieza
7
Capacidad de la tolva
0.021
Profundidad de la tolva
0.07
Ancho de tolva
0.13
M/S
m2
m
m
m2
m
%
m3/dia
Dias
m3
m
m
Ingeniería de Agua Residuales 43
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Largo de la Tolva
2.3
m
CUADRO DE RESULTADOS
Camara de sedimentacion
Numero de camaras de sedimentacion (N)
Caudal unitario (qu) en m3/h
Area d sedimentacion (As) en m2
Area de sedimentacion unitaria (Asu)en m2
Volumen del sedimentador (V) en m3
Volumen del sedimentador unirario (Vu) en m3
2
2.04
4.08
2.04
8.16
4.08
und
m3/h
m2
m2
m3
m3
Dimensionamiento de la zona de sedimentacion
Longitud minima del vertedero de salida (Lv) en m
Largo (L)
Ancho (a)
Altura 1 (H1) en m
Altura 2 (H2) en m
1.17504
2.857
0.714
0.426
1.787
m
m
m
m
m
Dimensionamiento de la zona de digestion
Tasa de acumulacion de lodos (Tal') en m3/hab
Volumen de almacenamiento y digestion (Vd)
Tiempo de digestion de lodos
Vtotal
Ancho de muro
Ancho interno (W)
Altura 3 (H3)
Altura 4 (H4)
Profundidad (P)
Area total
CUADRO DE RESUMEN DE LECHO DE SECADO
Volumen de lodo(Del cálculo de lodos del Imhoff)
Area del lecho de secado(Als)
Masa de sólidos quie conforman los lodos(Msd)
0.0616
50.266
49
6.748
0.2
5.228
0.700
0.102
3.515
20.99
m3/hab
m3
dias
m3
m
m
m
m
m
m2
6.7
22.09
0.6901
m2
m2
kg
Ingeniería de Agua Residuales 44
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PARAMETRO DE DISEÑO DEL HUMEDAL VERTICAL
Area
306.24 m2
Largo(L)
17.50
m
Ancho(W)
17.50
m
Ancho de la corona
19.30
m
Ancho de la base
12.70
m
Largo de la corona
19.30
m
Largo de la base
12.70
m
Talud (m)
3
Borde libre
0.3 m
PARAMETRO DE DISEÑO
98
Area
Largo(L)
Ancho(W)
Ancho de la corona
Ancho de la base
Largo de la corona
Largo de la base
Talud (m)
Borde libre
14.00
7.00
8.80
4.00
15.80
11.00
3
0.3
Area percapita del sistema
Unidades
Camara de rejas
desrenador
Parshall
Tanque imhoff
Lecho de secado
Humedad vertical
1 humedad
horizontal
2 humedal horizontal
Area percapita
Area total
1.003
0.637
0.237
20.99
22.09
742.56
1158.72
277.44
2223.677
3.13
m
m
m
m
m
m
m
m
2
PARAMETRO DE DISEÑO DEL PERIMER HUMEDAL H.
Area
Largo(L)
Ancho(W)
Ancho de la corona
Ancho de la base
Largo de la corona
Largo de la base
Talud (m)
Borde libre
489.99
31.30
15.65
17.45
12.65
33.10
28.30
3
0.3
m2
m
m
m
m
m
m
m
Ingeniería de Agua Residuales 45
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
6.2. Tiempo de retención parcial y total
Unidades
Tanque Imhoff
Humedal vertical
Primer humedal horizontal
Segundo humedal horizontal
Tiempo de retencion
0.0833
dias
2.5
dias
2.5
dias
0.5
dias
5.583
dias
6.3. Eficiencia parcial y total
EFICIENCIA
Tanque
Imhoff
Humedal
vertical
Primer
humedal
horizontal
Segundo
humedal
horizontal
EFICIENCIA
DEL
SISTEMA
DBO
SS
CF
ENTRADA
416.7
740
1.7E+08
SALIDA
250.02
296
1.7E+08
REMOCION
40%
60%
< 90%
ENTRADA
250.02
296
1.7E+08
SALIDA
50.004
29.6
1.7E+07
REMOCION
80%
90%
90%
ENTRADA
50.004
296
1.67E+07
SALIDA
10.0008
29.6
1.67E+05
REMOCION
80%
0.9
99,9%
ENTRADA
10.0008
296
1.67E+05
SALIDA
2.00016
29.6
1.67E+03
REMOCION
80%
90%
99.999%
ENTRADA
SALIDA
REMOCION
DQO
SS
CF
416.7
740
1.7E+08
2.00016
99.520%
29.6
1.67E+03
96.000%
99.999%
Ingeniería de Agua Residuales 46
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
7.
CONCLUSIONES

Aplicando este sistema de tratamiento se logra disminuir en 99.52 % el DBO , 96% de SST y
sobre todo se logra reducir 5 unidades logarítmicas de Coliformes fecales. La concentración de
coliformes fecales obtenida al final del tratamiento cumplen con la normativa para vertimiento
a un cuerpo de agua natural.

La aplicación conjunta de humedales verticales y horizontales muestran tener un alto potencial
en reducir coliformes fecales.
9. BIBLIOGRAFIA



LLAGAS CHAFLOQUE, Wilmer. 2006. Diseño de humedales artificiales para el
tratamiento de aguas residuales en la UNMSM. (Revisado el 17 de Mayo, fuente:
(http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/geologia/vol9_n17/a11.pdf)
OTAROLA RODRIGUEZ, Alejandra. 2011. Evaluación del sistema de tratamiento de aguas
residuales domesticas mediante humedales artificiales de alta tasa en la locación
petrolera de caño Gandúl. (Revisado el 17 de Mayo, fuente:
http://www.bdigital.unal.edu.co/5044/1/292544.2011.pdf)
NORMA OS.090.