Evaluación y dimensionamiento de unidades de sedimentación convencional para cinco diferentes aguas superficiales utilizando el tamaño de Flocs como parámetro.

El dimensionamiento de una planta de tratamiento de agua potable (PTAP) se realiza en función del caudal que surtirá a una determinada población. Una PTAP convencional cuenta con unidades de coagulación, floculación, sedimentación y filtración. La sedimentación convencional también conocida como clarificación, es el proceso unitario en el cual se produce una separación física de los flocs generados en los procesos de coagulación y floculación. Los procesos de clarificación requieren de parámetros de diseño como la velocidad de sedimentación de partículas de flocs (Vm), la cual involucra, la densidad del agua, la densidad de las partículas, un coeficiente de arrastre, la aceleración de la gravedad y el diámetro medio de partículas de flocs (dp). El presente trabajo de investigación tuvo como principal objetivo, evaluar y dimensionar unidades de sedimentación convencional para cinco diferentes aguas superficiales usando dos diferentes métodos de cálculo: Método I (usando un diseño teórico, asumiendo una carga hidráulica superficial inicial) y Método II (usando el tamaño medio de flocs, para calcular la carga hidráulica superficial). El tamaño medio de flocs empleados en esta investigación, fueron medidos en una investigación previa usando una técnica de análisis de imágenes y un teléfono celular (González-Galvis et al. 2022). Con esta técnica se encontraron tamaños medios de flocs en un rango de (68-277μm). Con los resultados obtenidos en la presente investigación, mostraron que las aguas más adecuadas para ser tratadas con sedimentación convencional son: 1) Soracá (Turbiedad inicial 5.95 UNT); 2) Ventaquemada (Turbiedad inicial 2.27 UNT) y 3) Tunja (Turbiedad inicial 3.61 UNT). Para las otras aguas probadas en esta investigación, (Boyacá -Boyacá, turbiedad inicial de 1.67 UNT y Turmequé, turbiedad inicial 0.53 UNT), se recomienda que sean tratadas vía filtración directa, es decir mediante coagulación, floculación y filtración, dado a su muy baja turbiedad. La investigación también arrojo que el método de diseño I tiende a sub-dimensionar el área del sedimentador en comparación con el método de diseño II. Asimismo, el método I reduce el tiempo hidráulico de retención para algunas aguas, pero en general el número de Reynolds cumple para todos los sedimentadores calculados usando tanto el método I como el método II con valores menores a 20.000. Sin embargo, el número de Froude no cumplió para ninguno de los dos métodos utilizados en ninguna de las aguas usadas ya que los valores obtenidos fueron más grandes que 10-5.

A drinking water treatment plant (WTP) design is based on the flowrate to be treated. A conventional WTP has coagulation, flocculation, sedimentation and filtration units. Conventional sedimentation, also known as clarification process, is a physical separation of flocs particles generated in the coagulation and flocculation steps. To be dimensioned the clarification units required design parameters such as the velocity sedimentation of floc particles (Vm), which include the water density, the density of the particles, a drag coefficient, the acceleration of the gravity and the mean particle diameter of flocs (dp). The main objective of this research was to assess and design conventional sedimentation units for five different surface waters using two different methods: Method I (taking a hydraulic surface charge) and method II (using a mean flocs size for calculating the hydraulic surface charge). The mean floc size of five different waters used in this research was taken from the results reported by (González-Galvis et al. 2022) in which a flocs size imagen analysis technique and a cell phone camera was used. With this technique a mean floc sizes between (68-277μm) was found. The results obtained in this research showed that the waters that should be treated with sedimentation were: 1) Soracá (initial turbidity of 5.95 NTU); 2) Ventaquemada (initial turbidity of 2.27 NTU); and 3) Tunja (initial turbidity of 3.61 NTU). For the other two waters tested in this research it is recommended to be treated using direct filtration, or in other words (coagulation, flocculation, and filtration) due to their very low raw water turbidity (1.67 and 0.53 NTU, respectively). In addition, the results showed that the method I trend to undersize the sedimentation tank area in comparison with the method II. In the same way, the method I reduces the hydraulic retention time for some waters, but for all the waters treated the Reynold number was lower than 20.000, regardless of the design method used. However, the Froude number was not acceptable for any of the two methods used and for all the waters assessed in this research because the values obtained were higher than 10-5.

Ingeniero Ambiental

Pregrado