Alt. B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada pra LFDs de Santa Cruz Iniciativa Piloto Gestión de lodos fecales domiciliarios en áreas periurbanas de la ciudad de Santa Cruz, Bolivia Diseño preliminar de sistemas independientes de tratamiento de Lodos Fecales Anexo 2.- Lagunas para lodos de planta mecanizada Ministerio de Medio Ambiente y Agua (MMAyA) Viceministerio de Agua Potable y Saneamiento Básico (VAPSB) Preparado con el apoyo del Grupo Banco Mundial, y la Agencia de Cooperación Alemana (GIZ) Estudio preparado por: Ernesto Espino de la O, Consultor 30 de enero de 2018 30 de enero 2018, E. Espino Pag. 1 de 9 Alt. B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada pra LFDs de Santa Cruz Lagunas para lodos de planta mecanizada Caudal m3/día l/s 182.0 2.11 Características y cargas másicas SST SSV SSF DBO DQO mg/l % mg/l mg/l mg/l mg/l 19,900 62% 12,338 7,562 5,110 23,100 t/día t/día t/día t/día t/día 3.62 2.25 1.38 0.93 4.20 Suposición DQO/SSV = 1.35 DBO suspendida = 67% DBO/VSS= 0.30 DBO disuelta = 26% 30 de enero 2018, E. Espino Pag. 2 de 9 Alt. B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada pra LFDs de Santa Cruz Dimensionamiento de lagunas anaerobias Descripción Símbolo Unidad Valor Ecuación 182 m³/día Caudal de ingreso Qt 2.11 l/s DBO5 de ingreso DBO 5,110 mg/l Sólidos supendidos volátiles SSV 12,338 mg/l Sólidos supendidos fijos SSF 7,562 mg/l Temperatura T 18.0 °C Carga de trabajo Ct 500 g DBO/m³-día Volumen para tratamiento Vla 1,860 m³ Vla = Qt*DBO/Ct Volumen para acumulación de lodo Vls 1,878 m³ Vls= Al * Ci *10 /1000 Volumen total de laguna Vt 3,738 m³ Vla+Vls Carga orgánica efectiva 249 g DBO/m³-día Tiempo de retención t 21 día Vt/Qt Tirante de agua ha 4.5 m Altura de seguridad hs 0.6 m Profundidad de laguna h 5.1 m Área a sección media Am 831 m2 Vt/ha Relación largo/ancho r 2.00 0.5 Ancho de laguna a sección media Wm 20 m (Am/r)^ Largo de laguna a sección media Lm 41 r*Wm Pendiente de talud interno m 1.0 m/m Ancho de laguna en superficie Ws 25 m Wm+ha/m Largo de laguna en superficie Ls 45 m Lm+ha/m 2 Área superficial As 1,126 m Ws*Ls Ancho de laguna en fondo Wf 15.9 m Wm-ha/m Largo de laguna en fondo Lf 36.3 m Lm-ha/m Área de fondo Af 576 m2 Wf*Lf 0.5 Volumen real V real 3,761 ha/3(As+Af+(As*Af)^ ) Carga superficial 8,259 kg/ha-día Qt*DBO/As Factor de dispersión d 0.500 Wm / Lm -1 Tasa de reacción k 0.120 días Factor adimensional a 2.44 a=(1+4*k*t*d)^0.5 1/2d 2 a/2d 2 -a/2d Remoción esperada de DBO R 80% 1-(4ae )/((1+a) e -(1-a) e ) DBO5 esperada del efluente DBOe 1,006 mg/l Acumulación de lodos por DBO soluble removida Densidad del lodo ρ 1,000 kg/m³ Carga de DBO CDBO 930 kg DBO/día CDBO = DBO * Qt Factor de conversión de DBO a lodos F 0.20 kg DBO/kg lodos Tasa de acumulación de lodos CVs 186 kg lodos/día CVs=CDBO*F Ci 0.2 m³/día Ci=CVs/ ρ Tasa de carga de lodos en volumen 68 m3/año Acumulación de lodos por sólidos en suspensión Carga de sólídos volátiles 2,246 kg SSV/día Factor de destrucción de SSV 55% Acumulación de sólidos volátiles 1,010 kg/día Carga de sólídos fijos 1,376 kg SSF/día Acumulación de sólidos 2,387 kg/día 2.39 m3/día Acumulación de volumen 871 m3/año Volumen para almacenamiento de lodos Tiempo de almacenaje de lodos 2 años Volumen de lodos por DBO soluble removida 136 m3 Volumen de lodos por sólidos 1,742 m3 Volumen total para almacenamiento 1,878 m3 30 de enero 2018, E. Espino Pag. 3 de 9 Alt. B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada pra LFDs de Santa Cruz Dimensionamiento de laguna facultativa 1 Descripción Símbolo Unidad Valor Ecuación Caudal de ingreso Qt 182 m³/día DBO5 de ingreso DBO 1,006 mg/l Temperatura T 18 °C Carga de trabajo Ct 800 kg DBO/ha-día Facultativa con mezcladores Área a sección media Am 2,288 m2 Am=DBO*Qt/Ct Relación largo/ancho r 4.50 Ancho de laguna a sección media Wm 23 m (Am/r)^0.5 Largo de laguna a sección media Lm 101 r*Wm Tirante de agua ha 2.5 m Altura de seguridad hs 0.6 m Profundidad de laguna h 3.1 m h = ha + hs Pendiente de talud interno m 1.0 m/m Ancho de laguna en superficie Ws 25 m Wm+ha/m Largo de laguna en superficie Ls 104 m Lm+ha/m 2 Área superficial As 2,604 m Ws*Ls Ancho de laguna en fondo Wf 20 m Wm-ha/m Largo de laguna en fondo Lf 99 m Lm-ha/m 2 Área de fondo Af 1,984 m Wf*Lf Volumen para tratamiento Vla 5,718 m³ ha/3(As+Af+(As*Af)^0.5) Tiempo de retención t 31 día t = Vla/Qt Número de ingresos y salidas n 4 Factor de dispersión d 0.22 W / (n* L) -1 -0.365 (T-20) Tasa de reacción k 0.060 días k = 0.796*t *1.085 -1 Factor adimensional a 1.6 k = 0.06 dias , a=(1+4*k*t*d)^0.5 1/2d 2 a/2d 2 -a/2d Remoción esperada de DBO R 77% 1-(4ae )/((1+a) e -(1-a) e ) DBO5 esperada del efluente DBOe 227 mg/l 30 de enero 2018, E. Espino Pag. 4 de 9 Alt. B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada pra LFDs de Santa Cruz Dimensionamiento de laguna facultativa 2 Descripción Símbolo Unidad Valor Ecuación Caudal de ingreso Qt 182 m³/día DBO5 de ingreso DBO 227 mg/l Temperatura T 18 °C Carga de trabajo Ct 350 kg DBO/ha-día Facultativa con mezcladores Área a sección media Am 1,178 m2 Am=DBO*Qt/Ct Relación largo/ancho r 3.00 0.5 Ancho de laguna a sección media Wm 20 m (Am/r)^ Largo de laguna a sección media Lm 59 r*Wm Tirante de agua ha 2.0 m Altura de seguridad hs 0.6 m Profundidad de laguna h 2.6 m h = ha + hs Pendiente de talud interno m 0.4 m/m Ancho de laguna en superficie Ws 25 m Wm+ha/m Largo de laguna en superficie Ls 64 m Lm+ha/m 2 Área superficial As 1,600 m Ws*Ls Ancho de laguna en fondo Wf 14.8 m Wm-ha/m Largo de laguna en fondo Lf 54.5 m Lm-ha/m 2 Área de fondo Af 807 m Wf*Lf 0.5 Volumen para tratamiento Vla 2,362 m³ ha/3(As+Af+(As*Af)^ ) Tiempo de retención t 13 día t = Vla/Qt Número de ingresos y salidas n 4 Factor de dispersión d 0.33 W / (n* L) -1 Tasa de reacción k 0.060 días k = 0.796*t-0.365*1.085(T-20) -1 Factor adimensional a 1.4 k = 0.06 dias , a=(1+4*k*t*d)^0.5 Remoción esperada de DBO R 49% 1-(4ae1/2d)/((1+a)2ea/2d-(1-a)2e-a/2d) DBO5 esperada del efluente DBOe 116 mg/l Área total de lagunas 0.42 ha Craga sobre las dos lagunas 435 kg/ha-día 30 de enero 2018, E. Espino Pag. 5 de 9 Alt. B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada pra LFDs de Santa Cruz Cantidades de obra Unidades Lagunas Total Concepto Anaerobia Facultativa 1 Facultativa 2 Movimiento de tierras(1) m3 4,436 7,281 3,322 15,039 Geomembrana m2 1,126 2,604 1,600 5,330 Cubierta de lagunas anaerobias m2 1,126 1,126 (1).- Incluye volumen por bordo libre = Área superficial *bordo libre (2).-El diseño más económico debe incluir compensación de volúmenes de excavación y volúmenes de bordos. Precios unitarios y presupuesto Precios unitarios Costo de construcción, Bs Concepto Valor Unidades Anaerobia Facultativa 1 Facultativa 2 Total Movimiento de tierras 34.5 Bs/m3 153,055 251,182 114,594 518,831 Geomembrana 74.2 Bs/m2 83,556 193,238 118,693 395,487 Cubierta anaerobias 34.5 Bs/m2 38,850 0 0 38,850 Suma 275,461 444,420 233,287 953,168 Otros 30% 82,638 133,326 69,986 285,950 Total miles Bs 358 578 303 1,239 Relación calidad del efluente vs. Inversión Efluentes, DBO y costos acumulados Concepto Unidades Influente Anaeróbicas Facultativas Maduración DBO mg/l 5,110 1,006 227 116 Costo acumulado miles Bs 0 358 936 1,239 30 de enero 2018, E. Espino Pag. 6 de 9 Alt. B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada pra LFDs de Santa Cruz Resumen Alternativa B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada Concepto Unidades Anaerobia Facultativa 1 Facultativa 2 Total Tiempo de retención días 21 31 13 65 g/m3-día 249 Carga orgánica kg/ha-día 435 Volumen m³ 3,738 5,718 2,362 11,818 Área superficial m2 1,126 2,604 1,600 5,330 Largo, espejo de agua m 45 104 64 214 Ancho, espejo de agua m 25 25 25 25 Pendiente de talud interno m/m 1.0 1.0 0.4 - Tirante de agua m 4.50 2.50 2.00 Eficiencia de remoción % 80% 77% 49% 98% DBO afluente mg/l 5,110 1,006 227 5,110 DBO efluente mg/l 1,006 227 116 116 Acumulación de sólidos m³/año 939 - - Costo de construcción miles Bs 358 578 303 1,239 Anaerobia Facultativa 1 Facultativa 2 Unidades Parámetro Afluente Afluente Afluente Efluente DBO mg/l 5,110 1,968 455 185 DQO mg/l 7,675 346 SST mg/l 4,579 283 k 14 1 calidad del afluente Concepto Unidades Valor Ef.iciencias Efluentes Average flow m3/d 182 BOD g/m3 5,110 83% 879 COD g/m3 23,100 72% 6,422 Suspended solids g/m3 19,900 67% 6,527 k 38.5 Eficiencias de remoción de plantas existentes Parámetro Norte 1 Norte 2 Norte 3 Este Sur Promedio DBO 84% 80% 79% 78% 93% 83% DQO 74% 70% 63% 64% 90% 72% SST 69% 68% 56% 60% 83% 67% 30 de enero 2018, E. Espino Pag. 7 de 9 Relación calidad de efluente vs. inversión 6,000 5,000 5,110 4,000 Calidad del efluente, DBO, mg/l 3,000 2,000 1,006 1,000 227 116 0 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 Inversión, miles Bs Alt. B.- Lagunas para lodos de planta mecanizada pra LFDs de Santa Cruz Temp. Anaeróbias Facultativas °C kg/ha-día g DBO / m3-día 10 100 100 11 120 112 12 140 124 13 160 137 14 180 152 15 200 167 16 220 183 17 240 199 18 260 217 19 280 235 20 300 253 21 310 272 22 320 291 23 330 311 24 340 331 25 350 350 Application of Covered Anaerobic Lagoons for pretreatment of Wastewater in red meat and other industries Mitchell Laginestra, Anthony Allan, http://www.ghd.com/pdf/industrial-water-CAL%20paper_Pre-Treatment-IWA-Conference_LAGINESTRA%20_Shanghai%202014.pdf , Wastewater Treatment Pond Systems An Australian Experience, Mitchell Laginestra, GHD, mitchell_laginestra@ghd.com.au, Robbert vanOorschot, GHD, robbert_vanoorschot@ghd.com.au, http://www.ghd.com/pdf/industrial-water-CAL%20paper_Pre-Treatment-IWA- Conference_LAGINESTRA%20_Shanghai%202014.pdf 30 de enero 2018, E. Espino Pag. 9 de 9