TOMO 03: PLANTA DE TRATAMIENTO

3.0.-SISTEMA DE ABASTECIMIENTO MEDIANTE PLANTA DE TRATAMIENTO MEDIANTE FILTRACION RAPIDA

INTRODUCCION
Cuando la mayor parte de las partículas que se encuentran en el agua son del tipo coloidal o se encuentran en solución, se requiere de un tratamiento mediante filtración rápida para su remoción
Las Plantas de este tipo están básicamente constituidas por las unidades de: mezcla rápida, floculadores, decantadores y filtros. Dependiendo de las Máximas turbiedades que se puedan alcanzar podría ser necesario también un Presedimentador y de acuerdo a la concentración máxima de coliformes fecales, también Precolación. En la medida en que el agua presente más parámetros problema, se añadirán los procesos para purificarla.

El cuadro 1, esta indicando las recomendaciones a seguir en cuanto al número de procesos involucrados de acuerdo a la calidad de la fuente.
ALTERNATIVAS 90% DEL TIEMPO 80% DEL TIEMPO ESPORADICAMENTE
Filtración rápida completa: mezcla rápida, floculación, decantación y filtración rápida. To< 1,000 UNT
Co< 150 UC
C.F.< 600/100ml To< 300 UNT
Co< 70 UC Si To max >15,000 UNT,
Añadir presedimentador.
Si C.F. > 600/100 ml, añadir precloración.
Filtración directa descendente: mezcla rápida y filtración descendente. To < 30 UNT
Co < 40 UC
Algas < 100 mg/m3
CF < 500/100 ml To < 20 UNT To max.< 50 UNT
Filtración directa ascendente: mezcla rápida y filtración ascendente. To < 100 UNT
Co < 60 UC To < 50 UNT To max. < 200 UNT
Co max. < 100 UC
Filtración directa ascendente - descendente To < 250 UNT
Co < 60 UC To < 150 UNT To max. < 400 UNT.
Co max. < 100 UC





















(To= turbiedad del agua cruda, Co= color en el agua cruda, C.F.= coliformes fecales)

Para seleccionar la alternativa que mas se adecua a la calidad de la fuente, es necesario estudiar las variaciones de los principales parámetros de calidad problema, durante por lo menos un año. Para efectuar este análisis, se recomienda elaborar histogramas de turbiedad, color y coliformes fecales o termotolerantes,



3.1.- CONSIDERACIONES TEÓRICAS DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
3.1.1.- GENERALIDADES
3.1.1.1 Definiciones
Definiciones importantes a ser aplicados en el presente estudio
AFLUENTE
Agua que entra a una unidad de Tratamiento, o inicia una etapa, o el total de un proceso de tratamiento.
BOLAS DE LODO
Resultado final de la aglomeración de granos de arena y lodo en un lecho filtrante, como consecuencia de un lavado defectuoso o insuficiente.
CAJA DE FILTRO
Estructura dentro del cual se emplaza la capa soporte y el medio filtrante, el sistema de drenaje, el sistema colector del agua de lavado, etc.
CARRERA DE FILTRO
Intervalo entre dos lavados consecutivos de un filtro, siempre que la filtración sea continúa en dicho intervalo.
Generalmente se expresa en horas
COAGULACION
Proceso mediante el cual se desestabiliza o anula la carga eléctrica de las partículas (las sustancias humitas y algunos microorganismos presentan una carga negativa en el agua, lo cual impide la aproximación de las mismas) presentes en una suspensión, mediante la acción de una sustancia coagulante para favorecer la formación de floculos, mediante aglomeración de mayor tamaño y peso en el floculador.
La sustancia química coagulante (Sales de Aluminio o Sales de Fierro) debe ser agregada a la masa de agua en turbulencia para que se produzca una mezcla instantánea y uniforme.

COAGULACION POR ADSORCION
Cuando se agrega sales de fierro al agua en condiciones especiales de dosis de Coagulante y pH, se forma una especie soluble hidrolizada
En el caso de Sulfato de aluminio, las especies hidrolizadas que se forman son Al3+, Al(OH)2+, Al8(OH)204+, Al(OH)4, las cuales son tomadas a menudo para representar todo el sistema.
Estas especies hidrolizadas se adhieren o forman complejos superficiales con los grupos Silanol (=SiOH) y el coloide, y lo desestabilizan, lo que permite la formación de floculos.
Este mecanismo es denominado neutralización de carga (también se lo llama desestabilización-adsorción).
Cuando la cantidad de coloides presente en el agua es grande, la distancia entre ellos es pequeña. Por lo tanto, es mayor la fuerza de atracción y la energía requerida para su desestabilización menor












COAGULACION POR BARRIDO
Con dosis de alumna suficientemente altas, se forma un precipitado de hidróxido de aluminio que físicamente arrastra de la suspensión a las partículas coloidales, por lo que se denomina coagulación de barrido.
La coagulación de las partículas coloidales en el tratamiento de agua es controlada principalmente por la química del hidróxido de aluminio y sus especies hidroliticas precursoras.
Este tipo de coagulación se presenta normalmente cuando el agua es clara y el porcentaje de partículas coloidales es pequeño. En este caso las partículas son entrampadas al producirse una sobresaturación de precipitado de hidróxido de aluminio.
Debido a que la distancia entre las partículas es mayor, las fuerzas de atracción son menores y se requiere mayor cantidad de coagulante y energía para desestabilizarlas




COLMATACION DEL FILTRO
Efecto producido por la acción de las partículas finas que llenan los intersticios del medio filtrante de un filtro o también por crecimiento biológico que retarda el paso normal del agua
EFLUENTE
Agua que sale de un depósito o termina una etapa o el total de un proceso de tratamiento
FILTRACION
Es un proceso terminal que sirve para remover del agua los sólidos o materia coloidal mas fina, que no alcanzo a ser removida, en los procesos anteriores.
Consiste en hacer pasar el agua a través de un medio poroso, normalmente de arena, en el cual actúan una serie de mecanismos de remoción cuya eficiencia depende de las características de la suspensión (aguas mas partículas) y del medio poroso.
En general, la filtración es la operación final de clarificación que se realiza en una planta de tratamiento de agua y, por consiguiente, es la responsable principal de la producción de agua de calidad coincidente con los estándares de potabilidad.
La remoción de microorganismos es de gran importancia puesto que muchos de ellos son extremadamente resistentes a la desinfección y, sin embargo, son removibles mediante filtración.
Este proceso
FLOCULACION
Formación de partículas aglutinadas o floculos. Proceso inmediato a la Coagulación
FLOCULADOR
Estructura diseñada para crear las condiciones adecuadas para aglomerar las partículas desestabilizadas en la coagulación y obtener floculos grandes y pesados que decanten con rapidez y que sean resistentes a los esfuerzos cortantes que se generen en el lecho filtrante.
FLOCULOS
Partículas desestabilizadas y aglomeradas por acción del coagulante
MEZCLA RAPIDA
Mecanismo por el cual se debe obtener una distribución instantánea y uniforme del coagulante aplicado al agua.
PANTALLAS (BAFFLES O PLACAS)
Paredes o muros que se instalan en un tanque de floculación o sedimentación para dirigir el sentido de flujo, evitar la formación de cortocircuitos hidráulicos y espacios muertos
PARTICULAS DISCRETAS
Partículas en suspensión que al sedimentar no cambian de forma, tamaño ni peso
PARTICULAS FLOCULENTAS
Partículas en suspensión que al descender en la masa de agua, se adhieren o aglutinan entre si y cambian de tamaño, forma y peso especifico
SEDIMENTACION
Proceso de remoción de partículas discretas o flocúlentas por acción de la fuerza de gravedad.
Este proceso se realiza en los desarenadores, sedimentadotes y decantadores, en estos últimos con el auxilio de la coagulación.
TASA DE APLICACIÓN SUPERFICIAL
Caudal de agua aplicado por unidad de superficie.
TASA CONSTANTE DE FILTRACION
Condición de operación de un filtro en la que se obliga a este a operar a un mismo caudal a pesar de la reducción de la capacidad del filtro por efecto de la colmatación
TASA DECLINANTE DE FILTRACION
Condición de operación de un filtro en que la velocidad de filtración decrece a medida que se colmata el filtro.
TRATAMIENTO DE AGUA
Remoción por métodos naturales o artificiales de todas las materias objetables presentes en el agua para alcanzar las metas especificadas en las normas de calidad de agua para consumo humano.
TURBIEDAD
Originada por las partículas en Suspensión o Coloides (arcillas, lima, tierra finamente dividida, etc.) (de 1 a 1000 mili micrómetros), los sistemas coloidales se encuentran suspendidos y reducen la transparencia del agua en menor o mayor grado.
La medición de la turbiedad se realiza mediante un turbidimetro o nefelómetro. Las unidades son por lo general, unidades nefelométricas de turbiedad (UNT).
3.1.1.2 Descripción
Actualmente la Ciudad Universitaria de la Universidad Nacional de Educación “Enrique Guzmán Valle” cuenta con un Sistema de Abastecimiento de Agua Potable existente, este se realiza con recursos superficiales provenientes de una acequia, siendo su fuente de captación los ríos Rímac y Santa Eulalia, las aguas de la acequia, que se encuentran contaminadas, corren a lo largo de la parte alta del Campus universitario, y asimismo con recursos de agua subterránea provenientes de un pozo perforado en el área de la ciudad universitaria.
La Planta de Tratamiento de aguas superficiales consta actualmente de los siguientes componentes:
3 desarenadores de forma rectangular, que sirven como sedimentadores de partículas sólidas pequeñas, un flocurador de pantallas verticales y 2 Decantadores, donde sedimentan las partículas sólidas microscópicas, llegando el agua a una cisterna de 48 m3, de donde por medio de 2 electro bombas el agua es impulsadas a 5 filtros rápidos, para llegar a un Reservorio de 520 m3.

3.1.1.3 Objetivo del Tratamiento
Es una Planta de Tratamiento de agua especialmente diseñada para la remoción de partículas suspendidas en el agua, es decir aguas turbias, que según la norma de calidad para agua potable son consideradas cuando son mayores de 5 NTU (siglas en ingles de unidades nefelométricas de turbidez),

3.1.1.4 Requisitos del Tratamiento
a) Tratamiento
Deberán someterse a tratamiento las aguas destinadas al consumo humano que no cumplan con los requisitos del agua potable establecidos en las Normas Nacionales de calidad del agua vigentes en el país.
b) Ubicación
La planta debe estar localizada en un punto de fácil acceso en cualquier época del año.
Deberá elegirse una zona de bajo riesgo sísmico, no inundable.
Debe tener una buena vía de acceso.
Debe ser un terreno con un buen tipo de suelo
c) Capacidad
La capacidad de la planta debe ser la suficiente para satisfacer el gasto del día máximo consumo correspondiente al periodo de diseño adoptado.
En los proyectos deberá considerarse una capacidad adicional que no exceda el 5% para compensar gastos de agua de lavado de los filtros, perdidas en la remoción de lodos, etc.
d) Área
El área mínima reservada para la planta debe ser al necesaria para permitir su emplazamiento, ampliaciones futuras y la construcción de todas las obras indispensables para su funcionamiento.
Toda el área de la planta deberá estar cercada para impedir el acceso de las personas extrañas


3.1.2.-TIPOS DE PLANTA DE PURIFICACIÓN
Dependiendo de las características físicas, químicas y microbiológicas establecidas como meta de calidad del efluente de la planta, se eligió el tratamiento más económico.
Para la eliminación de partículas por medios físicos, pueden emplearse todos o algunos de las siguientes unidades de tratamiento.
a) Desarenadores
b) Sedimentadores
c) Prefiltros de Grava
d) Filtros Lentos
Para la eliminación de partículas mediante tratamiento fisicoquímico, pueden emplearse todos o algunos de las siguientes unidades de tratamiento:
a) Desarenadores
b) Mezcladores
c) Floculadotes o acondicionadores del floculo
d) Decantadores
e) Filtros rápidos
Con cualquier tipo de tratamiento deberá de considerarse la desinfección de las aguas como proceso terminal.

Una Planta de Tratamiento es una secuencia de operaciones o procesos unitarios, convenientemente seleccionados con el fin de remover totalmente los contaminantes microbiológicos presentes en el agua cruda y parcialmente los físicos y químicos, hasta llevarlos a los limites aceptables estipulados por las normas.
Las plantas de Tratamiento de agua se pueden clasificar de acuerdo con el tipo de proceso que las conforman, en plantas de filtración rápida y plantas de filtración lenta.
También se pueden clasificar de acuerdo al tecnología usada en el proyecto.

3.1.2.1 Planta de Filtración Rápida
Las plantas de este tipo están básicamente constituidas por las unidades de mezcla rápida, floculadores, decantadores y filtros.
Estas plantas se denominan así porque los filtros que las integran operan a velocidades altas, entre 80 y 300 m3/m2.d, de acuerdo con las características del agua, del medio filtrante y de los recursos disponibles para operar y mantener estas instalaciones.
Como consecuencia de las altas velocidades con las que operan estos filtros, se colmatan en un lapso de 40 a 50 horas en promedio. En esta situación se aplica el retrolavado o lavado ascensional de la unidad durante un lapso de 5 a 15 minutos (dependiendo del tipo de sistema de lavado) para descolmatar el medio filtrante devolviéndole su porosidad inicial y reanudar la operación de la unidad.
De acuerdo con la calidad del agua por tratar, se presenta 2 soluciones dentro de este tipo de plantas: planta de filtración rápida completa y planta de filtración directa.
3.1.2.1.1 PLANTA DE FILTRACION RAPIDA COMPLETA
Una planta de filtración rápida completa normalmente esta integrada por los procesos de coagulación, decantación, filtración y desinfección. El proceso de coagulación se realiza en 2 etapas: una fuerte agitación del agua para obtener una dispersión instantánea de la sustancia coagulante en toda la masa de agua (mezcla rápida) seguida de una agitación lenta para promover la rápida aglomeración y crecimiento del floculo (etapa de floculación).
La coagulación tiene la finalidad de mejorar la eficiencia de remoción de partículas coloidales en el proceso de decantación (sedimentación de partículas flocúlentas).
El filtro debe producir un efluente con turbiedad menor o igual a 0.10 UNT
Para lograr esta eficiencia en la filtración es necesario que los decantadores produzcan un agua con 2 UNT como máximo.
Finalmente se lleva a cabo la Desinfección.

3.1.2.1.2 PLANTA DE FILTRACION RAPIDA DIRECTA
Es una alternativa a la filtración rápida, constituida por los procesos de mezcla rápida y filtración, apropiada solo para aguas claras.
Son ideales para este tipo de solución las aguas provenientes de embalses, represas, que operan como grandes presedimentadores y proporcionan aguas constantemente claras y poco contaminadas.

3.1.2.2 PLANTA DE FILTRACION LENTA
Los filtros lentos operan con tasas que normalmente varían entre 0.1 y 0.3 m/h; esto es; con tasas 100 veces menores que las tasas promedio empleadas en filtros rápidos. También se les conoce como filtros ingleses por su lugar de origen.
Los filtros lentos simulan los procesos de tratamiento que se efectúan en la naturaleza en forma espontánea, al percolar el agua proveniente de las lluvias, ríos, lagunas, etc.
Una planta de filtración lenta puede estar constituida solo por filtros lentos, pero dependiendo de la calidad del agua, puede comprender los procesos de desarenado, presedimentación, sedimentación, filtración gruesa o filtraciones grava y filtración lenta

3.1.3.- CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO
Factores de Diseño
La elección del emplazamiento de toma y planta, además de los ya considerados respecto a la calidad y cantidad del agua, también se tomaran en cuenta los siguientes factores.
a) Estudio de suelos
b) Topografía de áreas de emplazamiento
c) Facilidades de Acceso
d) Disponibilidad de energía
e) Facilidades de Tratamiento y disposición final de aguas de lavado y todos los producidos en la planta.
Factores Fisicoquímicos y Microbiológicos
a) Turbiedad
b) Color
c) Alcalinidad
d) PH
e) Dureza
f) Coliformes Totales
g) Coliformes Fecales
h) Sulfatos
i) Nitratos
j) Nitritos
k) Metales Pesados
l) otros que se identifican en el levantamiento sanitario

3.1.4.- MEZCLA RÁPIDA
Mecanismo por el cual se debe obtener una distribución instantánea y uniforme del coagulante aplicado al agua que se va a tratar.
Esta dispersión debe ser lo mas homogénea posible, con el objeto de desestabilizar todas las partículas presentes en el agua y optimizar el proceso de coagulación.
La coagulación es el proceso mas importante en la planta de filtración rápida; de ella depende la eficiencia de todo el sistema.
La eficiencia de la coagulación depende de la dosificación y de la mezcla rápida. En la unidad de mezcla la aplicación del coagulante debe ser constante y distribuirse de manera uniforme en toda la sección. Debe existir una fuerte turbulencia para que la mezcla del coagulante y la mas de agua se de en forma instantánea.

3.1.4.1 Parámetros Generales de Diseño
a) La intensidad de agitación, mediad a través del gradiente de velocidad, puede variar de 700 a 1300 s-1 o de 3000 a 5000 según el tipo de unidad seleccionada.
b) El tiempo de retención puede variar de décimas de segundos a 7 segundos, dependiendo de la concentración de coloides en el agua por tratar y del tipo de unidad seleccionada.

Unidades hidráulicas
Entre los mezcladores de este tipo se pueden citar
- Canales con cambio de pendiente o rampas.
- Canaleta Parshall
- Vertederos rectangulares y triangulares
- Difusores
- Inyectores













En los 3 primeros mezcladores la turbulencia que ocasiona la mezcla es producida por la generación de un resalto hidráulico que causa un gradiente de velocidad de alrededor de 1.000 S-1. Estas unidades tienen la ventaja de que, además, involucran la medición del caudal de ingreso a la planta.
Las unidades de resalto hidráulico son adecuadas para todo tipo de aguas; es decir; tanto para las que coagulan por el mecanismo de absorción o neutralización de carga como para las de barrido.
En los difusores e inyectores se obtienen una eficiencia similar a la conseguida en las unidades de resalto hidráulico, pero con menores gradientes de velocidad; esto es con menor disipación de energía durante el proceso.
La canaleta Parshall es adecuada exclusivamente para las plantas de Mediana a grandes (Q mayor o igual a 500 l/s). el canal con cambio de pendiente se adecua a cualquier rango de caudal, y los vertederos rectangular y triangular solo a caudales pequeños; el ultimo preferiblemente a caudales menores de 30 l/s.

Canaleta Parshall
Deberán respetarse las dimensiones indicadas para ancho de garganta en la tabla estandarizadas de Parshall. Se deberá considerar el pozo de medición para medir los tirantes correspondientes a cada caudal.
Es importante empalmar correctamente las líneas de flujo de esta unidad con las del nivel máximo de operación del floculador, para que el resalto no se desplace fuera de la garganta.
Ventajas
Cumple doble función de mezclador y medidor de caudal
Restricciones
Son adecuadas para ser utilizadas en plantas de mediana a grandes, caudales superiores a 100 lt/s.
Criterios básicos
Este tipo de mezclador es especialmente recomendable para aguas que coagulan por el mecanismo de absorción, dado que produce gradientes de velocidad altos y tiempos de retención muy cortos, del orden de 1 segundo o menos.
Criterios de diseño
Seleccionar una canaleta de acuerdo al caudal de planta y comprobar como trabajaría como mezclador.
Comprobar que se obtiene un Numero de Fraude de 2 a 3, para que el resalto sea relativamente estable.
Comprobar que el resalto produce un gradiente de velocidad mayor de 700 y menor de 1200 s-1.
Comprobar que se obtengan tiempos de retención instantáneos.
Criterios de operación y Mantenimiento
La aplicación del coagulante debe ubicarse en el punto en el que se esta generando el salto.

Rampa
El resalto se produce introduciendo un cambio de pendiente en el canal de ingreso al sistema de tratamiento.
Descripción
Esta unidad cuenta con una caja de entrada de flujo ascendente, cuyo propósito es atenuar la turbulencia de la masa de agua para alcanzar apropiadamente el vertedero rectangular ubicado en la coronación de la rampa, en donde se medirá el caudal a tratar.
El agua resbala por la rampa, generándose el resalto hidráulico en la base de la misma, punto en el que se deberá aplicar el coagulante. El ingreso a la unidad de floculación deberá ubicarse al final del resalto, cuya longitud es posible determinar matemáticamente.
La correcta ubicación del resalto depende de que se empalmen adecuadamente los niveles del final del resalto, con el máximo de operación del floculador
Ventajas
Se adapta a cualquier dimensión de sistema
Es una unidad muy sencilla, económica y eficiente
Criterio Básico
Este tipo de mezclador es especialmente recomendable para aguas que coagulan por el mecanismo de absorción, dado que produce gradientes de velocidad muy altos y tiempos de retención muy cortos, del orden de 1 segundo o menos.
Criterios de Diseño
Diseñar la geometría de la Unidad
Comprobar que se obtiene un Numero de Fraude de 4.5 a 9.0 para obtener un resalto estable
Comprobar que el resalto produce una velocidad mayor de 700 y menor de 1200 s-1 y un tiempo de retención casi instantáneo.
Criterios de operación y Mantenimiento
La aplicación del coagulante debe ubicarse en el punto en que se esta generando el resalto.
Debe vigilarse que los orificios del difusor no se obstruyan y que el coagulante se este distribuyendo uniformemente a todo lo ancho del resalto.

Vertederos
Pueden ser del tipo triangular o rectangular
Descripción
Esta unidad consta de una caja de entrada y muro recortado en el que esta ubicado una placa metálica con el vertedero rectangular o triangular.
Ventajas
Cumple la doble función de medidor de caudal y mezclador
Restricciones
Solución apropiada para unidades pequeñas
Criterios básicos
Este tipo de de mezclador es especialmente recomendable para aguas que coagulan por el mecanismo de absorción, dado que produce gradientes de velocidad altos y tiempos de retención muy cortos del orden de 1 segundo.
Criterios de diseño
Diseñar la geometría de la unidad
Comprobar que se obtiene un Numero de fraude de 4.5 a 9.0, para obtener un resalto estable
Comprobar que el resalto produce un gradiente de velocidad mayor de 700 y menor de 1200 s-1.
Criterios de operación y Mantenimiento
La aplicación del coagulante debe ubicarse en el punto en que se esta generando el resalto.
Debe vigilarse que los orificios del difusor no se obstruyan y que el coagulante se este distribuyendo uniformemente a todo lo ancho del resalto.

Unidades Mecánicas
La mezcla rápida mecanizadas mas eficiente cuando se emplean agitadores de tipo turbina.
El agitador de turbina consta de un disco o eje con impulsores, los cuales imparten movimiento al líquido a través de la rotación del disco. Se clasifican por el tipo de movimiento producido en turbinas de flujo axial y turbinas de flujo radial.

La potencia aplicada al agua por las turbinas depende del volumen y de la forma de la cámara de mezcla, así como de la velocidad de rotación y geometría del impulsor. Estas variables están interrelacionadas, de tal modo que el diseño de la cámara de mezcla depende del tipo de turbinas y viceversa.
Son adecuadas para cualquier tipo de aguas, pero se recomiendan específicamente para aguas claras que coagulen por el mecanismo de captura o barrido

MEZCLADORES DE RESALTO HIDRAULICO
a) Parámetros de Diseño
- Gradientes de 700 y 1300 s-1 y tiempos de retención menores de un segundo
- Numero de Fraude (F) variable de 4.5 y 9.0 para conseguir un salto estable, con excepción de la canaleta Parshall, que funciona mejor con números de Froude entre 2 y 3
b) Criterios de Dimensionamiento
- Se supone que h1 es igual a d1
- Las alturas de agua antes (h1) y después del resalto (h2) deben satisfacer la siguiente ecuación:

3.1.5.- FLOCULACIÓN
Formación de partículas aglutinadas o floculos. Proceso inmediato a la Coagulación.
El objetivo del floculador es proporcionar a la masa de agua una agitación lenta aplicando velocidades decrecientes, para promover el crecimiento de los floculos y su conservación, hasta que la suspensión de agua y floculos salga de la unidad. La energía que produzca la agitación de agua puede ser de origen hidráulico o mecánico.
Entre los Floculadores mas conocidos se pueden citar, en primer lugar, las unidades de pantalla de flujo horizontal y vertical, las de medio porosos, la de tipo Alabama y Cox y los floculadotes de mallas.
3.1.5.1 Parámetros de Diseño
Los gradientes de velocidad que optimizan el proceso normalmente varían entre 70 y 20 s-1. En todo caso, en el primer tramo de la unidad el gradiente no debe ser mayor que el que se esta produciendo en la interconexión entre el mezclador y el floculador.
a) El gradiente de velocidad debe variar en forma uniformemente decreciente, desde que la masa de agua ingresa a la unidad hasta que sale
b) El tiempo de retención puede variar de 10 a 30 minutos, dependiendo del tipo de unidad y de la temperatura del agua.
c) Para que el periodo de retención real de la unidad coincida con el diseño ella debe tener el mayor número posible de compartimentos o divisiones.
d) El paso del mezclador al flocurador debe ser instantáneo y deben evitarse los canales y las interconexiones largas.
e) El tiempo de retención y el gradiente de velocidad varían con la calidad del agua. Por lo tanto, estos parámetros deben seleccionarse simulando el proceso en el laboratorio con una muestra de agua que se va a tratar.
f) Por su bajo costo de construcción, operación y mantenimiento, se considera a los floculadotes como una tecnología apropiada para países en desarrollo.

3.1.5.2 Unidades de Pantallas
Las unidades de pantalla son las mas eficientes y económicas de todos los floculadores actualmente en uso. Debido a la gran cantidad de compartimentos que tienen, confinan casi perfectamente el tiempo de retención; el tiempo real es prácticamente igual al tiempo teórico cuando la unidad ha sido bien proyectada. Debido a que no se requiere de energía eléctrica para su funcionamiento, el costo de producción es bajo.

3.1.5.2.1 Unidades de Flujo Horizontal
Descripción
La unidad puede estar configurada de diversas formas; puede constar de un solo tanque con tres o cuatro tramos con diferentes anchos de canales.
Los canales pueden estar conformados por muros o tabiques de concreto, o bien por pantallas de asbesto cemento o madera machihembrad. Los muros de concreto impiden que se puedan efectuar modificaciones o ampliaciones posteriores, por lo que es mas usual el construirlas con pantallas removibles
El fondo debe tener un desnivel o pendiente de acuerdo a la perdida de carga en cada tramo, para que la altura de agua sea uniforme y por lo tanto la velocidad y el gradiente de velocidad también.
Las placas deben estar sujetas de tal manera que no se muevan al paso del agua y mantengan su paralelismo.
Ventajas
Una unidad muy simple de construir y operar, es muy eficiente. Cuando esta bien diseñada, el tiempo de retención teórico y el normal son prácticamente iguales, anulándose la posibilidad de formación de espacios muertos y cortocircuitos.
Su funcionamiento es totalmente hidráulico, por lo que la operación es muy confiable y económica al no requerir de energía eléctrica
Criterios básicos
- Solución recomendable para plantas medianas o pequeñas
- Recomendables para caudales menores de 50 l/s
- Se proyectara un mínimo de 02 unidades, salvo que la planta tenga alternativa para filtración directa, porque en ese caso, podrá darse mantenimiento al floculador durante los meses en que la planta opera con filtración directa.
- En este tipo de unidades predomina el flujo de pistón, por lo que se consigue un buen ajuste el tiempo de retención.
- Se pueden utilizar pantallas removibles de concreto prefabricadas, fibra de vidrio, madera, plástico, asbesto cemento u otro material de bajo costo, disponible en el medio y que no constituya riesgo de contaminación.
- Entre los materiales indicados para las pantallas, los que ofrecen mayor confiabilidad son la fibra de vidrio, el plástico, los tabiques de concreto prefabricados y la madera.
- Se pueden usar también pantallas de asbesto-cemento, siempre y cuando no se tengan aguas acidas o agresivas.
- En zonas sísmicas no se recomienda el empleo de planchas de asbesto-cemento, se tiene experiencia de que estas se quiebran durante los sismos, asimismo se recomienda diseñar unidades de máximo 1 metro de profundidad útil, colocando las pantallas con la dimensión de 1.20 metros en el sentido vertical.
Criterios de Diseño
El rango de tiempo de retención que optimiza el proceso es de 10 a 30 minutos.
El rango de gradientes de velocidad para optimizar el proceso se encuentra entre 70 y 20 s-1

















3.1.5.2.1 Unidades de Flujo Vertical
En este tipo de unidades el flujo sube y baja a través de los canales verticales formados por las pantallas. Es una solución ideal para plantas de medianas a grandes, porque debido a la mayor profundidad que requieren estas unidades ocupan áreas mas reducidas que los canales de flujo horizontales. Otra ventaja importante es que el área de la unidad guarda proporción con respecto a los decantadores y filtros, con lo que resultan sistemas mas compactos y mejor proporcionados. Cuando se emplean floculadores de flujo horizontal en plantas grandes, el área de los floculadotes es mucho mayor que el área de todas las unidades juntas.
- Las unidades de flujo vertical son una solución recomendable para plantas de capacidad mayor a 50 l/s
- Se proyectan para profundidades de 3 a 4 metros, por lo que ocupan un área menor que las unidades de flujo horizontal.
- Los tabiques pueden ser de fibra de vidrio, prefabricados de concreto, de madera o asbesto cemento.
- La sección de cada paso se calculara para una velocidad igual a los 2/3 de la velocidad en los canales.
- El gradiente de la velocidad en los canales no deberá ser menor de 20 s-1. En plantas grandes se pueden colocar mallas diseñadas con el gradiente de velocidad apropiado en los orificios de paso.
- Para evitar la acumulación de lodos en el fondo y facilitar el vaciado del tanque, se dejara una abertura equivalente al 5% el área horizontal de cada compartimiento en la base de cada tabique que llega hasta el fondo.








3.1.6.- SEDIMENTACIÓN
Proceso de remoción de partículas discretas en suspensión presentes en el agua, por acción de la fuerza de gravedad.
Este proceso se realiza en los desarenadores, sedimentadotes y decantadores, en estos últimos con el auxilio de la coagulación.
Estas partículas deberán tener un peso especifico mayor que el fluido.
La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse por Sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideran como complementarios. La Sedimentación remueve las partículas mas densas, mientras que la filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana al agua o que han sido suspendidas y por lo tanto, y por lo tanto no pudieron ser removidas en los procesos anteriores

Sedimentación de Partículas Discretas
Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de características (forma, tamaño, densidad) durante la caída.
Se denomina sedimentación o sedimentación simple al proceso de deposición de partículas discretas. Este tipo de partículas y esta forma de sedimentación se presenta en desarenadotes, en los sedimentadotes y en los presedimentadores, como paso previo a la coagulación en las plantas de filtración rápida y también en los sedimentadotes como paso previo a la filtración lenta.

Sedimentación de Partículas Flocúlentas
Partículas flocúlentas, son aquellas producidas por la aglomeración de partículas coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de partículas (forma, tamaño, densidad) si cambian durante la caída.
Se denomina sedimentación floculenta o Decantación al proceso de deposición de partículas flocúlentas. En este tipo de sedimentación se presenta la clarificación de aguas, como proceso intermedio entre la coagulación-floculación y la filtración rápida

DECANTADORES
Se entiende por decantación la sedimentación de partículas flocúlentas, formadas por la aglomeración de partículas discretas en suspensión, mediante la acción de una sustancia química con propiedades coagulantes













Tipos de unidades

- Los decantadores se clasifican, según el tipo de flujo, en:
Decantadores estáticos. De flujo horizontal, de flujo radial.
Decantadores dinámicos o de manto de lodos. Este tipo de unidades se tratan en el capítulo 3 de este manual, dado que este tipo de unidades son características de estos sistemas.
Decantadores laminares. Son unidades poco profundas, con una zona de decantación formada por una serie de módulos tubulares de sección circular, cuadrada, octogonal o hexagonal, o secciones de láminas paralelas, ya sean planas u onduladas, entre las cuales circula el agua con flujo laminar. Se clasifican de la siguiente forma:

a) Según el tipo de módulo. Pueden ser:
• Tubulares: cuadrados, circulares, rectangulares, etcétera.
• De placas: planos y corrugados.
• Otros: soluciones patentadas.
b) Según la dirección del flujo. Pueden ser:
• Horizontales.
• Inclinados: ascendente y descendente.
c) Según los procesos unitarios:
• Estáticos.
• Dinámicos.

Operación de decantadores

Decantador estático de flujo horizontal
Descripción
La forma de estos decantadores normalmente es rectangular aunque también los hay circulares y cuadrados. Disponen normalmente de una zona de entrada por medio de una pantalla o cortina perforada, una zona de salida por medio de canaletas colectoras, una zona de depósito de lodos con fondo inclinado y una zona de decantación que tiene una profundidad de 2 a 4 metros.

Decantadores laminares de flujo ascendente
Descripción
Estas unidades deben tener una estructura de entrada que distribuya uniformemente el caudal a lo largo de toda la zona de decantación, una zona de decantación compuesta por módulos de placas o tubulares, una estructura de salida del agua decantada, la zona de depósito de lodos y el sistema de extracción de lodos.
La zona o estructura de entrada debe estar compuesta por canales o tuberías concebidos con criterios de distribución uniforme. Normalmente las unidades muy antiguas no tienen esta estructura, pero algunas han sido calculadas con tasas de decantación tan bajas (sobredimensionadas) que compensan este defecto.


3.1.7.- FILTRACIÓN












Batería de Filtros de tasa Declinante

Es un proceso Terminal que sirve para remover del agua los sólidos o materia coloidal mas fina, que no alcanzo a ser removida, en los procesos anteriores.
Consiste en hacer pasar el agua a través de un medio poroso, normalmente de arena, en el cual actúan una serie de mecanismos de remoción cuya eficiencia depende de las características de la suspensión (aguas mas partículas) y del medio poroso.
En general, la filtración es la operación final de clarificación que se realiza en una planta de tratamiento de agua y, por consiguiente, es la responsable principal de la producción de agua de calidad coincidente con los estándares de potabilidad.
Su correcta concepción depende de la interrelación que existe entre las características de la suspensión del afluente y los rasgos del medio filtrante, para que predominen los mecanismos de de filtración apropiados que darán como resultado la máxima eficiencia posible. El trabajo experimental mediante un filtro piloto es la forma mas segura de seleccionar las características de la unidad y los parámetros de diseño.
El segundo punto en importancia para optimizar el diseño de un filtro es un buen conocimiento de la hidráulica de la unidad. Las evaluaciones efectuadas en estas unidades indican que es en este terreno que suelen inscribir las deficiencias mas notables en la concepción de los proyectos.
MECANISMOS DE FILTRACION
Generalmente se piensa de los filtros como de un tamiz o micro criba que atrapa el material suspendido entre los granos del medio filtrante.
La filtración usualmente es considerada como resultado de dos mecanismos distintos pero complementarios: Transporte y Adherencia. Inicialmente, las partículas por remover son transportadas de la suspensión a la superficie de los granos del medio filtrante. Ellas permanecen adheridas a los granos, siempre que resistan la acción de las fuerzas de cizallamiento debidas a las condiciones hidrodinámicas de escurrimiento
El transporte de las partículas es un fenómeno físico e hidráulico, afectado principalmente por los parámetros que gobiernan la transferencia de masas.
La adherencia entre partículas y granos es básicamente un fenómeno de acción superficial, que es influenciado por parámetros físicos y químicos.
Los mecanismos que pueden realizar transporte son los siguientes:
a.- Cernido
b.- Sedimentación
c.- Intercepción
d.- Impacto inercial
e.- Acción Hidrodinámica
f.- Mecanismos de transporte combinado
Los mecanismos de Adherencia son los siguientes:
a.- Fuerzas de Van Der Waals
b.-Fuerzas electroquímicas
c.- Puente químico
Cual de estos mecanismos es el controla el proceso de filtración ha sido asunto de largos debates. Posiblemente el fenómeno es el resultado de la acción conjunta de diferentes acciones físicas, químicas y biológicas ocurrentes en el filtro con mayor o menor intensidad según el tipo de filtro y la calidad del agua filtrada.

VARIABLES PRINCIPALES EN EL DISEÑO DE FILTROS
VARIABLE SIGNIFICADO
1.-Características del medio filtrante Afecta la eficiencia de remoción de partículas
a.-Tamaño del grano y el incremento en perdida de carga
b.- Distribución Granulométrica
c.- Forma, Densidad y composición del grano
d.- Carga del medio
Afecta la calidad del efluente
2.- Porosidad del lecho filtrante Determina la cantidad de sólidos que pueda
almacenarse en el filtro
3.-Profundidad del lecho filtrante Afecta la perdida de carga y la duración de la
carrera
4.- Tasa de filtración Determina el área requerida y la perdida de carga.
Afecta la calidad del efluente
5.- Perdida de carga disponible Variable de diseño

6.- Características del afluente Afectan las características de remoción del filtro
a.-Concentrados de sólidos suspendidos
b.- Tamaño y distribución del floculo
c.- Resistencia del floculo
d.- Carga eléctrica del floculo
e.- Propiedades del fluido

DESCRIPCION DE LA FILTRACION
El filtro rápido por gravedad es el tipo de filtro más usado en tratamiento de aguas. la operación de filtración supone dos etapas: FILTRACION Y LAVADO.
En un filtro rápido convencional, el final de la etapa de filtración o carrera del filtro se alcanza cuando los sólidos suspendidos (turbiedad) en el efluente comienzan a aumentar; cuando la pérdida de carga es tan alta que el filtro ya no produzca agua a la tasa deseada.

3.1.8.- SALA DE CLORACION


3.2.- DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO

El diseño definitivo de la planta comprende
a) Dimensionamiento de los Procesos de tratamiento de la planta
b) Diseños Hidráulicos- sanitarios
c) Diseños estructurales, mecánicos, eléctricos y arquitectónicos
d) Planos y memoria técnica del proyecto
e) Presupuesto referencial
f) Especificaciones Técnicas para la Construcción
g) Manual de puesta en marcha y procedimientos de Operación y Mantenimiento
Horizonte de Diseño: 10 años

3.2.1 Captación
La obra toma del sistema de abastecimiento recauda agua superficiales provenientes de una acequia de Irrigación, siendo su fuente de captación los ríos Rímac y Santa Eulalia, las aguas de la acequia, que se encuentran contaminadas, corren a lo largo de la parte alta del Campus universitario.
Es necesario indicar que actualmente hay 6 plantas que usan esta agua por lo que es indispensable pensar en el Almacenamiento de aguas turbias en épocas de estiaje.


3.2.1 Cámara de Rejas
Esta unidad normalmente es parte de la captación o de la entrada del desarenador. El diseño se efectúa en función del tamaño de los sólidos que se desea retener, determinándose según ello la siguiente separación de los barrotes.
a) Separación de 50 a 100 mm. Cuando son sólidos muy grandes. Esta reja normalmente precede a un reja mecanizada.
b) Separación de 10 a 25 mm. desbaste medio.
c) Separación de 3 a 10 mm. desbaste fino

La limpieza de las rejas puede ser manual o mecánica, dependiendo del tamaño e importancia de la planta
La velocidad media de paso entre barrotes se adopta 0.60 a 1 m/s, pudiendo llegar a 1.40 m/s con caudal máximo
Las rejas de limpieza manual se colocan inclinadas a un ángulo de 45º a 60º
Debe proveerse los medios para retirar los sólidos extraídos y su adecuada disposición.


3.2.2 Diseño y Dimensionamiento del Desarenador
a) Remoción de partículas
- Aguas sin sedimentación posterior, deberá eliminarse 75% de las partículas de 0.1 mm. De diámetro a mayores.
- Aguas sometidas a sedimentación posterior, deberá eliminarse 75% de la arena de diámetro mayor a 0.2 mm.
Deberá proyectarse desarenadores cuando el agua a tratar acarree arenas. Estas unidades deberán diseñarse para permitir la remoción total de estas partículas.
b) Criterios de diseño
- El periodo de retención debe estar entre 5 a 10 minutos
- La razón entre la velocidad horizontal y la velocidad de sedimentación de las partículas debe ser inferior a 20.
- La profundidad de los estanques deberá ser de 1.0 a 3.0 m
- El diseño se deberá considerar el volumen del material sedimentable que se deposita en el fondo. Los lodos podrán removerse según procedimientos manuales o mecánicos.
- Las tuberías de descarga de las partículas removidas deberán tener una pendiente mínima de 2%.
- La velocidad horizontal máxima en sistemas sin sedimentación posterior será de 0.17 m/s. y para sistemas con sedimentación posterior será de 0.25 m/s.
- Deberá existir como mínimo 02 unidades

3.2.3 Mezclador Hidráulico
3.2.4 Floculador Hidráulico de Flujo Horizontal
Tienen como finalidad dar al agua una agitación lenta y decreciente para completar la formación de un floculo suficientemente grande y pesado como para que pueda ser removido fácilmente en el proceso de sedimentación.

3.2.5 Diseño de Sedimentador

SEDIMENTADORES SIN COAGULACION PREVIA
Los criterios de diseño de lo sedimentadotes sin coagulación previa son los siguientes:
a) Las partículas en suspensión de tamaño superior a 1um deben ser eliminadas en un porcentaje de 60% Este rendimiento debe ser comprobado mediante simulación del proceso.
b) La turbiedad máxima del efluente debe ser de 50 U.N.T. y preferiblemente de 20 U.N.T.
c) La velocidad de sedimentación deberá definirse en el ensayo de simulación del proceso.
d) El periodo de retención debe calcularse en el ensayo de simulación del proceso y deberá considerarse un valor mínimo de 02 horas
e) La velocidad horizontal debe ser menor o igual a 0.55 cm./s este valor no debe superar la velocidad mínima de arrastre.
f) La razón entre la velocidad horizontal del agua y la velocidad de sedimentación de las partículas deberá estar en el rango de 5 a 20.
g) La profundidad de los tanques, al igual, al igual que para los desarenadores, debe variar de 1.5 a 3.0 m.
h) La estructura de entrada debe comprender un vertedero a todo lo ancho de la unidad y una pantalla o cortina perforada
i) La estructura de salida deberá reunir los sistemas de recolección del agua sedimentada.
j) La longitud del tanque deberá ser de 2 a 5 veces su ancho en el caso de sedimentadotes de flujo horizontal.
k) Se deberá considerar en el diseño, el volumen de lodo producido, pudiéndose remover estos por medios manuales, mecánicos o hidráulicos.
El fondo del estanque deberá tener una pendiente no menor de 3%

3.2.6 Diseño de Filtros

FILTROS LENTOS DE ARENA
Los filtros lentos de arena deben de cumplir con los siguientes requisitos generales:
a) la turbiedad del agua cruda, sedimentada prefiltrada del afluente deberá ser inferior a 50 UNT, se podrán aceptar picos de turbiedad no mayores de 100 UNT por pocas horas (no mas de 4)
b) cuando la calidad de la fuente exceda los limites de turbiedad indicados en el articulo anterior y siempre que se encuentre en suspensión, se deberá efectuar un tratamiento preliminar mediante sedimentación simple y/o prefiltración en grava, de acuerdo a los resultados del estudio de tratabilidad.
c) El valor máximo del color debe ser de 30 unidades de la escala de platino-cobalto.
d) El filtro lento debe proyectarse para operar las 24 horas en forma continua, para que pueda mantener su eficiencia de remoción de microorganismos. La operación intermitente debilita al zooplancton responsable del mecanismo biológico debido a la falta de nutrientes para su alimentación
e) La tasa de filtración debe ser comprendida entre 2 y 8 m3/(m2.dia)
f) Lecho filtrante
a).-La grava se colocara en 3 capas, la primera de 15 cm.; con tamaños de 19 a 50 mm. Seguida de 2 capas de 5 cm. De espesor cada una, con tamaños de 9.5 mm. A 19 mm. y de 3 mm. a 9.5 mm., respectivamente. No debe colocarse grava en zonas cercanas a las paredes o alas columnas
b).-El espesor de la arena deberá ser de 80 a 100 cm. El valor mínimo considerado, después de raspados sucesivos durante la operación de limpieza, será de 50 cm.
c).-El tamaño efectivo de la arena debe estar entre 0.2 a 0.3 mm. Y el coeficiente de uniformidad no mayor de 3.
g) Caja de filtro
Los filtros podrán ser circulares o rectangulares y el área máxima deberá ser de 50 m2 cuando la limpieza se efectué en forma manual. Las paredes verticales o inclinadas y el acabado del tramo en el que se localiza el lecho filtrante, debe ser rugoso para evitar cortocircuitos.