II_Examen_de_sistema.. - Escuela de Ciencias Ambientales

UNIVERSIDAD NACIONAL
ESCUELA DE CIENCIAS AMBIENTALES
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
II EXAMEN PARCIAL
Instrucciones:
1. El presente examen debe ser desarrollado y entregado en forma física al profesor del
curso antes del viernes 22 de mayo de 2015 a las 5 pm.
2. Cualquier intento de plagio será penalizado de acuerdo con la normativa vigente en la
Universidad Nacional.
3. Los ejercicios deberán ser resueltos en la extensión requerida mostrando todos los
pasos intermedios y fuentes de todos los datos utilizados.
4. Recuerde expresar los resultados de cada ejercicio con las unidades correspondientes.
1. Hallar los diámetros teóricos de los dos filtros percoladores de un proceso de dos etapas
para una instalación con las siguientes características y necesidades de tratamiento:
Caudal de 2 400 m3/d con una DBO5 de 300 mg/l.
Para garantizar el mantenimiento de la calidad del cuerpo receptor, la DBO del efluente
debe ser igual a 21 mg/l.
Los filtros deben tener el mismo diámetro y una profundidad de 1,5 m.
La tasa de recirculación escogida debe procurar una carga hidráulica de 28 m3/m2d.
El tanque de sedimentación primario consigue eliminar el 30% de la DBO5.
Emplear los criterios de carga del NCR para filtros percoladores de dos etapas.
(10 puntos)
2. Se va a diseñar una laguna aireada de mezcla completa con un tiempo de retención de 5
días. Considerando los datos dados a continuación, determine DBO5 soluble del efluente y
la DBO5 total considerando el aporte de los sólidos suspendidos.
Características del afluente:
Caudal = 400 m3/d
DBO5 total = 200 mg/l
DBO5 filtrada = 150 mg/l
Sólidos en suspensión= 200 mg/l
Coeficientes cinéticos:
K = 4,0 d-1
Ks = 80 mg/l
Y = 0,45 mg/mg
Kd= 0,05 d-1
DBO5 de los sólidos en el efluente= 0,65 (sólidos en suspensión)
Suponer que la DBO5 asociada a los sólidos en suspensión es convertida, en su totalidad,
durante el proceso (10 puntos)
3. Los siguientes datos han sido obtenidos en un estudio de planta piloto que incluía el
tratamiento de agua residual combinada doméstica e industrial mediante un filtro
percolador relleno de un material sintético. La DBO5 aplicada al filtro tras la sedimentación
primaria, era de 350 mg/l. La superficie del filtro piloto era de 1,0 m2. La temperatura del
agua residual era de 16°C en el momento de hacerse los ensayos. Determine el valor de k20
y n.
Eficacia de eliminación
Velocidad de flujo, m/d
Profundidad, m
6
12
18
24
1,80
52
34
22
18
3,60
77
55
40
32
5,40
89
70
52
43
7,20
95
79
62
50
9,00
96
81
67
51
Determine el caudal máximo que se puede aplicar a un filtro de 6 m de altura diseñado
para eliminar el 50% de la DBO5 aplicada en condiciones invernales. La DBO5 aplicada es de
350 mg/l y la temperatura es de 8°C. Si la temperatura en verano es de 24°C, qué grado de
eliminación se puede esperar en verano (15 puntos)
4. Una laguna aireada debe tratar las aguas residuales de 7 000 personas, para proveer un
efluente con 25 mg/l. La constante de remoción es igual a 2,2 d-1. Determine el tiempo de
retención requerido, el volumen de la laguna, las dimensiones de la laguna para una
relación longitud/ ancho de 2/1 y una profundidad de 3 m, el oxígeno y la potencia
requeridos para equipos que suministran en campo 1,0 kg O2/kWh, así como la potencia
que debería emplearse para proveer la mezcla adecuada (10 puntos).
5. Calcule las cargas y parámetros de diseño de todas las unidades de una planta de filtro
percolador de una etapa con las siguientes características:
Área del sedimentador primario= 220 m2
Profundidad del agua en el sedimentador primario = 2,0 m
Área del filtro percolador = 515 m2
Profundidad del filtro percolador= 2 m
Área del sedimentador secundario = 180 m2
Profundidad del agua en el sedimentador secundario = 2,0 m
Relación de recirculación: 0,75
Caudal de aguas residuales: 6500 m3/d
DBO del afluente = 230 mg/l
(10 puntos)
6. Una población de 7 500 habitantes, con un caudal de aguas residuales de 200 l/hab d y
DBO de 45 g/hab d, debe tratar aguas residuales para proveer un efluente de con una DBO
de 20 mg/l. Determine el área y número de biodiscos requeridos, para una unidad de
cinco etapas, suponiendo discos de 2,5 m de diámetro (10 puntos)
7. Una planta debe tratar un caudal mínimo de 40 000 m3/d, un caudal promedio de 100 000
m3/d y un caudal máximo de 200 000 m3/d. Se pretende utilizar sedimentadores de tasa
alta que operan bien con cargas superficiales de 100 a 150 m/d. Todos los sedimentadores
deben ser iguales, con relación longitud/ancho igual a 4/1. Determinar las dimensiones
superficiales de los tanques y número de tanques que debe tener la planta (10 puntos).
8. A) Investigue en qué consisten los ensayos de sedimentación de columna y cómo se
utilizan para diseñar sedimentadores.
B) Un ensayo de sedimentación, con una columna de 1,20 m de altura, dio los resultados
indicados a continuación. La concentración inicial de sólidos en suspensión es de 3 200
mg/l . Determine el área superficial del sedimentador requerido para un caudal de 40
l/s y una concentración de sóldios en el lodo de 13 000 mg/l (15 puntos)
Altura Interfaz, 1,2 1,04 0,9 0,72 0,58 0,46 0,42 0,36 0,30 0,28 0,27 0,26 0,24
m
Tiempo
de 0
sedimentación,
min
2
3
5
7
10
12
15
17
20
22
25
30
9. A) Investigue y explique detalladamente cómo funciona un sedimentador de placas
inclinadas. Debe incluir los criterios que se utilizan para el diseño de los mismos.
B) Cuantas placas de 15 pies de ancho y 5 pies de alto deberán disponerse a un ángulo de
60º en un sedimentador de placas inclinadas, para manejar un flujo de 2000 m3/d.
Considere para diseño una relación Q/A de 40 m3/d m2 (15 puntos)