Análisis y selección de alternativas para el diseño de una depuradora de aguas residuales urbanas en los distritos de Huánuco, Amarilis y Pillco Marca, provincia de Huánuco, Perú

Abstract

The districts of Huánuco, Amarilis and Pillco Marca are located in the province of Huánuco, in the central part of the Peruvian territory, at 1912 masl, between two mountain ranges that form the Huallaga valley through which the river of the same name crosses. These characteristics make it have a dry climate with temperatures between 15 and 27 ° C. The current population is estimated at more than 160,000 inhabitants. It has drinking water and sanitary sewer systems, but not with a wastewater treatment system; Therefore the discharges are made, without any type of treatment, to the Huallaga River, affecting the biodiversity that develops there and to the populations that are located downstream of the river.

Currently in Peru, Supreme Decree No. 003-2010-MINAM is in force, which includes the Maximum Permissible Limits (MPL) for effluents from domestic or municipal wastewater treatment plants. In this document, phosphorus and nitrogen compounds do not have any MPL, only limits are available for Biochemical Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), oils and greases, thermotolerant coliforms, total suspended solids ), PH and temperature. Likewise, it has the Environmental Quality Standards for water (EQA - water, Supreme Decree No. 002-2008-MINAM), which aims to control the concentration of pollutants in a body of water, but on the day of Today there is no inventory of the quality of the waters of rivers and lakes, so this document is being revised for subsequent modification. For this reason, this final master's work deals with the design of a wastewater treatment plant for the districts of Huánuco, Amarilis and Pillco Marca, taking as reference the discharge limits required by European legislation through directive 91 / 271 / EEC.

From that perspective, different alternatives have been addressed to remove pollutants associated with urban wastewater, based on the different configurations that currently exist to achieve this goal. Thus, for the elimination of nitrogen, in the water line, the classic scheme of pre - nitrification and the nitrification - simultaneous denitrification scheme have been proposed. The removal of phosphorus has been carried out by biological processes, taking advantage of the metabolism of phosphate accumulating organisms (PAOs), and chemical precipitation of phosphates. Likewise, in the sludge line, anaerobic digestion has been proposed to stabilize the sludge from the primary and secondary decanters prior to their final disposal.

With the alternatives already proposed, the DESASS simulation program was used to establish the optimal operating conditions of each alternative, but before that, the data obtained from the urban wastewater characterization of Huánuco, Amarilis and Pillco Marca According to the DESASS requirements. From the design we obtained the dimensioning of the elements and the main variables of operation, such as cell retention time (CRT), volume, water and sludge recirculation flow rates, dissolved oxygen concentration, flow rates and reagent concentration, among others. Information was also obtained from the auxiliary machinery, which was important for calculating the electrical energy consumed by pumping, aeration and agitation.

Finally, as we already had the results of the different alternatives, a comparative study was made considering the costs of construction, the costs of consumption of electric energy, the costs for the use of reagents (chemical precipitation and dehydration of sludge) and the Sludge management costs. This study was the most suitable alternative to treat urban wastewater in the districts of Huánuco, Amarilis and Pillco Marca.

Los distritos de Huánuco, Amarilis y Pillco Marca se encuentran ubicados en la provincia de Huánuco, en la parte central del territorio peruano, a 1912 msnm, entre dos cadenas de montañas que forman el valle del Huallaga por donde atraviesa el río del mismo nombre. Estas características hacen que tenga un clima seco con temperaturas entre 15 y 27 °C. La población actual se estima en más de 160,000 habitantes. Cuenta con sistemas de agua potable y alcantarillado sanitario, pero no con un sistema de tratamiento de aguas residuales; por lo tanto las descargas se realizan, sin ningún tipo de tratamiento, al río Huallaga, afectando la biodiversidad que ahí se desarrolla y a las poblaciones que se ubican aguas abajo del río.

Actualmente en Perú, está vigente el Decreto Supremo N° 003-2010-MINAM, donde figuran los Límites Máximos Permisibles (LMP) para los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas o municipales. En este documento los compuestos de fósforo y nitrógeno no cuentan con ningún LMP, solo se cuentan con límites para Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Demanda Química de Oxígeno (DQO), aceites y grasas, coliformes termotolerantes, sólitos suspendidos totales (SST), pH y temperatura. Así mismo, se cuenta con los Estándares de Calidad de Ambiental para agua (ECA ¿ agua, Decreto Supremo N° 002-2008-MINAM), que tiene como objetivo controlar la concentración de sustancias contaminantes en un cuerpo de agua, pero a día de hoy no existe un inventario de la calidad de las aguas de ríos y lagos, por lo que este documento está siendo revisado para su posterior modificación. Por este motivo, el presente trabajo de fin de máster trata del diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para los distritos de Huánuco, Amarilis y Pillco Marca, tomando como referencia los límites de vertido que exige la legislación europea mediante la directiva 91/271/CEE.

Desde esa perspectiva, se han abordado diferentes alternativas para remover los contaminantes asociados a las aguas residuales urbanas, basadas en las diferentes configuraciones que existen actualmente para lograr dicho fin. Es así que para la eliminación del nitrógeno, en la línea de aguas, se ha planteado el esquema clásico de predesnitrificación y el esquema nitrificación ¿ desnitrificación simultánea. La remoción del fósforo se ha realizado mediante procesos biológicos, aprovechando el metabolismo de los organismos acumuladores de fosfato (PAOs), y precipitación química de fosfatos. Así mismo, en la línea de fangos se ha planteado la digestión anaerobia para estabilizar los fangos de los decantadores primarios y secundarios antes de su disposición final.

Con las alternativas ya planteadas se hizo uso del programa de simulación DESASS para establecer las condiciones óptimas de operación de cada alternativa, pero antes de aquello se adecuaron los datos que se obtuvo de la caracterización del agua residual urbana de Huánuco, Amarilis y Pillco Marca de acuerdo a los requerimientos del DESASS. Del diseño se obtuvo el dimensionamiento de los elementos y las principales variables de operación, como son el tiempo de retención celular (TRC), el volumen, caudales de recirculación de agua y de fangos, concentración de oxígeno disuelto, caudales y concentración de reactivos, entre otros. También se obtuvo información de la maquinaria auxiliar, que fue importante para calcular la energía eléctrica consumida por bombeo, aireación y agitación.

Por último, como ya se tenía los resultados de las distintas alternativas, se realizó un estudio comparativo considerando los costos de construcción, los costos de consumo de energía eléctrica, los costos por el uso de reactivos (precipitación química y deshidratación de fangos) y los costos de gestión de fangos. De este estudio se obtuvo la alternativa más adecuada para tratar las aguas residuales urbanas de los distritos

[CA] Els districtes de Huánuco, Amarilis i Pillco Marca es troben ubicats en la província de Huánuco, situats en la part central del territori peruà, a 1912 msnm, entre dos cadenes de muntanyes que formen la vall de l'Huallaga per on travessa el riu del mateix nom. Estes característiques fan que tinga un clima sec amb temperatures entre 15 i 27 °C. La població actual s'estima en més de 160,000 habitants. Compta amb sistemes d'aigua potable i clavegueram sanitari, però no amb un sistema de tractament d'aigües residuals; per tant les descàrregues es realitzen, sense cap tipus de tractament, al riu Huallaga, afectant la biodiversitat que ací es desenrotlla i a les poblacions que s'ubiquen aigües baix del riu. Actualment a Perú, està vigent el Decret Suprem N° 003-2010-MINAM, on figuren els Límits Màxims Permissibles (LMP) per als efluents de plantes de tractament d'aigües residuals domèstiques o municipals. En aquest document els compostos de fòsfor i nitrogen no compten amb cap LMP, només es compten amb límits per a Demanda Bioquímica d'Oxigen (DBO) , Demanda Química d'Oxigen (DQO) , olis i greixos, coliformes termotolerants, sòlits suspesos totals (SST) , pH i temperatura. Així mateix es compta amb els Estàndards de Qualitat d'Ambiental per a aigua (ECA - aigua, Decret Suprem N° 002-2008-MINAM) , que té com a objectiu controlar la concentració de substàncies contaminants en un cos d'aigua, però a hores d'ara no hi ha un inventari de la qualitat de les aigües de rius i llacs, per la qual cosa este document està sent revisat per a la seua posterior modificació. Per aquest motiu, el present treball de fi de màster tracta del disseny d'una planta de tractament d'aigües residuals per als districtes de Huánuco, Amarilis i Pillco Marca, prenent com a referència els límits d'abocament que exigix la legislació europea per mitjà de la directiva 91/271/CEE. v Des d'eixa perspectiva, s'han abordat diferents alternatives per a remoure els contaminants associats a les aigües residuals urbanes, basades en les diferents configuracions que existixen actualment per a aconseguir el dit fi. És així que per a l'eliminació del nitrogen, en la línia d'aigües, s'ha plantejat l'esquema clàssic de predesnitrificació i l'esquema nitrificació - desnitrificació simultània. La remoció del fòsfor s'ha realitzat per mitjà de processos biològics, aprofitant el metabolisme dels organismes acumuladors de fosfat (PAOs), i precipitació química de fosfats. Així mateix, en la línia de fangs s'ha plantejat la digestió anaeròbia per a estabilitzar els fangs dels decantadors primaris i secundaris abans de la seua disposició final. Amb les alternatives ja plantejades es va fer ús del programa de simulació DESASS per a establir les condicions òptimes d'operació de cada alternativa, però abans d'allò es van adequar les dades que es va obtindre de la caracterització de l'aigua residual urbana de Huánuco, Amarilis i Pillco Marca d'acord amb els requeriments del DESASS. Del disseny es va obtindre el dimesionament dels elements i les principals variables d'operació, com són el temps de retenció cel·lular (TRC) , el volum, cabals de recirculació d'aigua i de fangs, concentració d'oxigen dissolt, cabals i concentració de reactius, entre altres. També es va obtindre informació de la maquinària auxiliar, que va ser important per a calcular l'energia elèctrica consumida per bombament, aireig i agitació. Finalment, com ja es tenia els resultats de les distintes alternatives, es va realitzar un estudi comparatiu considerant els costos de construcció, els costos de consum d'energia elèctrica, els costos per l'ús de reactius (precipitació química i deshidratació de fangs) i els costos de gestió de fangs. D'este estudi es va obtindre l'alternativa més adequada per a tractar les aigües residuals urbanes dels districtes de Huánuco, Amarilis i Pillco Marca