La dotación per cápita de agua es una cifra de diseño municipal
La dotación per cápita de agua es el volumen promedio de agua que usa una persona en un día, y es el primer término de la cadena municipal estándar: una población servida multiplicada por un consumo por habitante da una demanda de agua; una parte de esa demanda regresa al alcantarillado; se suman la infiltración y el ingreso de agua; y un factor de punta convierte el promedio diario en un caudal de diseño. La práctica municipal publicada trabaja en rangos del orden de 100 a 200 litros por persona por día para una población servida, y esas cifras deben leerse como un método de partida y no como una especificación, porque el consumo por habitante se mueve con el clima, el ingreso, la medición y el precio del agua.
La cadena es una buena pieza de ingeniería. Cada término puede verificarse, y para una zona residencial produce un caudal lo bastante cercano para diseñar con él. La dificultad empieza cuando la misma cadena se aplica a una fábrica, porque ni una sola de sus suposiciones se mantiene.
Lo que la dotación supone en silencio
- Que el agua la usan personas, a una tasa que cambia despacio de un día a otro y de una estación a otra.
- Que el consumo por habitante es similar en toda la zona servida, de modo que un promedio de la zona signifique algo en cualquier punto dentro de ella.
- Que la proporción del agua captada que llega al alcantarillado es estable, y el resto se va a riego, evaporación, producto o pérdidas.
- Que la carga por persona también es estable, de modo que una dotación de caudal lleva en silencio una dotación de carga consigo.
- Que el alcantarillado es un alcantarillado: una red que recolecta todo y lo entrega en un solo punto, de modo que un promedio y un factor de punta describen la corriente entre los dos.
Cada una de esas afirmaciones describe bien un conjunto residencial. Todas son falsas para una fábrica con un proceso húmedo.
Un sitio industrial no tiene población
La unidad está equivocada antes que el número. Una fábrica usa agua en proporción a lo que produce. Las unidades naturales son metros cúbicos por tonelada de producto, por cabeza de ganado procesada, por mil envases llenados, por metro cuadrado de tela teñida, por barril de petróleo refinado, por vehículo lavado o por turno trabajado. Ninguna de ellas se convierte en personas, y la conversión no es el punto: no hay población en el sitio que contar.
Dos plantas que fabrican el mismo producto pueden diferir varias veces en el uso de agua por tonelada, porque una enfría con un circuito de recirculación y la otra de paso, porque una limpia con manguera y la otra con máquina, porque una reutiliza el agua de enjuague y la otra no. Una dotación por habitante no puede representar esa dispersión. Una unidad basada en la producción sí puede, porque las diferencias viven en el proceso productivo, que es donde se define la unidad.
Cálculo del caudal de aguas residuales industriales: encuentra la unidad que tiene el sitio
Hay cinco fuentes con las que vale la pena construir un caudal, y una cifra defendible suele venir de que dos o tres de ellas coincidan. Un cálculo del caudal de aguas residuales industriales basado en una sola de ellas es una conjetura con punto decimal.
- Unidades ligadas a la producción — volumen por tonelada, por cabeza, por unidad producida. Disponibles desde el plan de producción antes de leer un solo medidor.
- Un balance de agua — cada entrada medida, cada salida medida y la diferencia entre ellas. La ruta más sólida cuando el sitio tiene medidores de entrada y unas semanas de registros.
- Medición en el punto de descarga — un medidor de caudal en el vertido, registrado a lo largo de un ciclo completo de producción y de una parada, para que los días de lavado aparezcan en el registro y no en una nota.
- Registros de lotes y de camiones cisterna — cargas entregadas o recolectadas, que no aparecen en absoluto en una dotación por habitante y que pueden ser una parte grande de la carga de un sitio pequeño.
- Estimación del agua limpia — el agua captada que se pierde en el producto, la evaporación o el enfriamiento, restada de la lectura del medidor en lugar de supuesta.
Cuando las cinco discrepan en más de una tolerancia de trabajo, la discrepancia es el hallazgo y hay que perseguirla antes de diseñar la planta, porque por lo general señala una conexión sin medir.
El dimensionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales industriales parte de la carga
Una planta biológica se dimensiona por la masa de material que tiene que oxidar: kilogramos por día, que es el caudal multiplicado por la concentración. En el dimensionamiento de plantas de tratamiento de aguas residuales industriales, dos fábricas que vierten los mismos cien metros cúbicos al día pueden diferir en un orden de magnitud en los kilogramos de carga orgánica que entregan a un tanque de aireación del mismo tamaño, y la segunda necesita una planta distinta.
Aquí es donde una dotación por habitante falla de una manera en que una cifra de caudal por sí sola no falla. La dotación colapsa el caudal y la carga en un solo término, las personas, y lleva dentro una suposición de carga. Un sitio industrial con un caudal ordinario y una carga extraordinaria es invisible para ella.
La aritmética que sigue es sencilla: medir o estimar la concentración de cada parámetro de interés, multiplicarla por el caudal y expresar el resultado por día. Los valores vienen del sitio, no de una tabla. El único juicio es qué día usar, y la respuesta es el día con la carga más pesada que la planta tiene que resistir, no el día en que el equipo de muestreo estuvo en el sitio.
Caudal de diseño para aguas residuales industriales: la punta viene de un programa
Un caudal de diseño para aguas residuales industriales es tanto una punta como un promedio, y la punta no es un factor que se busque en la práctica municipal. Viene de la forma en que opera el sitio.
- Un vertido por lotes — un tanque o recipiente de proceso vaciado en veinte minutos, que es un caudal que ningún promedio diario describe.
- Limpieza en sitio y lavado — un pulso corto y tibio con su propia química, que llega al final de un turno.
- Purga de enfriamiento y de caldera — continua, tibia y con poca carga orgánica; un problema de caudal y de temperatura más que de tratamiento, pero igual fija la tubería.
- Escurrimiento de patio y de techo — un evento de lluvia puede llegar al punto de descarga arrastrando el sitio entero, y donde el patio está sucio pertenece al diseño.
- Entregas en camión cisterna y cargas rechazadas — un vehículo completo vaciado en la planta en una hora.
- El patrón de turnos — tres turnos que terminan a la vez son una punta diaria con un ritmo, y el ritmo es el caso de diseño.
Un factor de punta municipal se deriva de la forma de un día doméstico. Una punta industrial viene de un programa, y un programa es un documento que hay que leer y no un factor que hay que buscar.
Caracterización de aguas residuales industriales: qué medir primero
Un caudal y una carga son el comienzo de un diseño, no todo el diseño. La caracterización de aguas residuales industriales es la lista siguiente, y cada punto de ella se mide en lugar de suponerse.
- pH y alcalinidad, registrados como un rango a lo largo de un turno y no como un solo número, porque un proceso biológico necesita tanto un pH tolerable como la alcalinidad para sostenerlo.
- DQO y DBO, con la relación entre ambas, que indica cuánta de la carga puede alcanzar realmente la biología.
- Sólidos suspendidos, y de qué se componen, lo que decide si sedimentan, flotan o hay que retirarlos por cribado.
- Aceites y grasas, que decide la etapa de pretratamiento más a menudo que cualquier otra medición individual.
- Nitrógeno y fósforo totales, que fijan el deber biológico y cualquier dosificación química que le siga.
- Metales pesados e inhibidores específicos —solventes, biocidas, fenoles—, que deciden si puede usarse un proceso biológico.
- Cloruro, sulfato y conductividad, que actúan sobre la biología y sobre los materiales con los que está construida la planta.
- El patrón de lotes, registrado como trazas de caudal y concentración en función del tiempo y no como promedios.
Muestrea el peor caso con la misma intención con que muestreas el promedio. El caso de diseño es la hora en la que la planta es menos capaz de hacer frente, y es la hora que un promedio nunca describe.
Dónde las cifras per cápita siguen siendo la herramienta correcta
Nada de lo anterior convierte la dotación por habitante en un mal número; la convierte en la respuesta a otra pregunta. El agua residual doméstica de un sitio, y un conjunto residencial, un campamento o una comunidad pequeña, es exactamente el caudal para el que se escribió la cifra. La tabla de población a capacidad es ese caso, planteada como una consulta, y la tabla del factor de punta es donde su promedio diario se convierte en un caudal de diseño. El error no es usar la cifra; es usarla para la corriente del proceso, donde la unidad en la que está escrita no existe.
Errores comunes
- Multiplicar un conteo de personal por una dotación por habitante y llamar al producto el caudal de diseño de una fábrica con un proceso húmedo.
- Dimensionar con el día promedio. Un promedio oculta el vertido por lotes que decide el volumen de homogenización y la punta que decide la tubería.
- Tratar el caudal y la carga como un solo problema. Una planta adecuada para el caudal puede quedarse un orden de magnitud corta para la carga.
- Dejar fuera el agua que llega desde fuera del proceso: escurrimiento de patio, lavado de camiones cisterna, purgas e infiltración en un drenaje largo del sitio.
- Diseñar para hoy. Donde el plan de producción contiene una segunda línea, el caudal y la carga de ese plan son los que hay que usar para dimensionar.
Autoverificación antes de fijar el caudal
- ¿El caudal está expresado en una unidad que el sitio realmente controla —toneladas, cabezas, turnos— y no en una población que el sitio no tiene?
- ¿La punta se toma del programa del sitio, incluidos los vertidos por lotes, y no de un factor tomado de la práctica municipal?
- ¿Se ha muestreado a propósito el día del peor caso, en el punto y el momento que deciden el diseño?
- ¿Están separados los caudales domésticos del sitio de los caudales de proceso, de modo que cada uno se dimensione con su propia base?
- ¿El diseño incluye el plan de producción y su crecimiento, o solo la planta tal como está hoy?
De una dotación a un diseño
Un caudal de diseño es una decisión sobre lo que la planta tiene que resistir, y se toma a partir de los registros que guarda el sitio y no de una tabla. La guía de selección y dimensionamiento de plantas recorre lo que se deriva de un caudal, una carga y un sitio, y la página de procesamiento de alimentos y bebidas es el mismo razonamiento llevado a través de una industria de proceso húmedo. La tabla de población a capacidad sigue siendo el punto de partida correcto para el caudal doméstico y residencial. El caudal, la carga y la punta alrededor de los cuales hay que construir una planta se confirman con la fábrica para tu proceso en lugar de leerse de una cifra general.