129994 - Inicio - Universidad de La Sabana

ANÁLISIS EVALUATIVO TÉCNICO Y ECONÓMICO ENTRE TRES PLANTAS DE
AGUAS RESIDUALES: DOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA DOMESTICA Y
UNA PARA TRATAMIENTO DE AGUA INDUSTRIAL
LEONARDO ERNESTO BERNAL RIASQUEY
UNIVERSIDAD DE LA SABANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL
BOGOTA D.C.
2003
ANÁLISIS EVALUATIVO TÉCNICO Y ECONÓMICO ENTRE TRES PLANTAS DE
AGUAS RESIDUALES: DOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA DOMESTICA Y
UNA PARA TRATAMIENTO DE AGUA INDUSTRIAL
LEONARDO ERNESTO BERNAL RIASQUEY
EL SIGUIENTE TRABAJO SE PRESENTA COMO REQUISITO PARA ALCANZAR
EL TITULO DE INGENIERO DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL
Directora proyecto
Ing. DELFINA MERLANO
Ingeniera de sistemas
Ph.d Ingeniería Industrial
Asesor
FRANCISCO RAMÍREZ
Zootecnista especializado en Biotecnología
UNIVERSIDAD DE LA SABANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL
BOGOTA D.C.
2003
AGRADECIMIENTOS
Principalmente a Dios que me dio la oportunidad y la motivación diaria para
realizar este proyecto.
Este trabajo no hubiera podido llegar a buen termino sin la autorización y
confianza de la Doctora Gloria Eugenia Gonzáles; la paciencia y esfuerzo de la
Doctora Maria Delfina Merlano, la dedicación y entusiasmo de la Doctora Maria
Clementina Cueto.
En adición, agradezco la orientación y enseñanzas de:
Doctor Francisco Ramírez, Director de SISVITA BIOTECHNOLOGIES
Doctor Salustriano Jiménez, Director del Área de Investigación y Desarrollo de la
CERVECERIA LEONA S. A.
Doctor Francisco Pérez, Director de ILAM
Secretarias y personal administrativo y académico de la UNIVERSIDAD DE LA
SABANA y personal de planta de la CERVECERIA LEONA.
En ultimas, al esfuerzo, apoyo y cariño de mis Padres Julio y Nancy, mis
Hermanos Claudia y Julio, mi Novia Diana y mi Familia en general que siempre
estuvo presente.
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN
1
1. FUNDAMENTACIÓN TEORICA
3
1.1 PRINCIPALES USOS DEL AGUA
3
1.2 PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AGUA
4
1.3 EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN
4
1.4 LAS AGUAS RESIDUALES
5
1.4.1 Origen y clases de agua residual
5
1.4.2 Características de las aguas residuales
5
1.5 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
6
1.5.1 Sólidos totales
6
1.5.2 Olores
6
1.5.3 Temperatura:
7
1.5.4 Color
7
1.6 CARACTERISTICAS QUIMICAS
8
1.6.1 Materia orgánica
8
1.6.2 Medida del contenido orgánico
9
1.6.3 Materia inorgánica
11
1.6.4 Gases
13
1.7 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS
14
1.7.1 Bacterias
14
1.7.2 Hongos
14
1.7.3 Algas
14
1.7.4 Protozoos
15
1.7.5 Plantas y animales
15
1.7.6 Virus
15
1.8 DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
15
1.8.1 Pre- tratamiento de las aguas residuales
16
1.8.2 Tratamiento primario de las aguas residuales
17
1.8.3 Tratamiento secundario convencional
17
1.8.4 Tratamiento avanzado
17
1.9 IMPACTO DE LOS CAUDALES Y CARGAS CONTAMINANTES SOBRE
LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO
17
1.9.1 Evaluación y determinación de las cargas contaminantes de las plantas
depuradoras
18
1.10 FACTORES SANITARIO-AMBIENTALES IMPORTANTES EN EL
PROCESO DE ELECCIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO
19
1.11 OPERACIONES FÍSICAS UNITARIAS
20
1.11.1 Medición de caudales:
20
1.11.2 Desbaste
20
1.11.3 Homogeneización de caudales
21
1.11.4 Mezclado
21
1.11.5 Sedimentación
22
1.11.6 Flotación
22
1.11.7 Filtración
22
1.11.8 Transferencia de gases
22
1.12
23
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
1.12.1 Precipitación química
23
1.12.2 Desinfección
24
1.13
25
PROCESOS BIOLÓGICOS UNITARIOS
1.13.1 Proceso de fangos activados
25
1.13.2 Procesos de tratamiento anaerobio
27
1.13.3 Procesos de tratamiento por lagunaje
28
1.14
29
PANORAMA NACIONAL
1.14.1 Los indicativos del estado del manejo de las aguas residuales
29
1.14.2 Aproximación a los caudales de aguas tratadas
30
1.14.3 Las restricciones técnicas
30
1.15
NORMATIVIDAD
31
1.16
CALENDARIO CLIMÁTICO
32
2. METODOLOGÍA
34
2.1 PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE LA UNIVERSIDAD
DE LA SABANA
34
2.1.1 Recolección de datos
34
2.1.2 Evaluación de los requerimientos hidráulicos
34
2.1.3 Plan de muestreo
35
2.1.4 Análisis técnico y estadístico de los parámetros medidos
37
2.1.5 Realización de plan de muestreo
38
2.2 PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DE LA CERVECERIA LEONA
38
2.2.1 Recolección de datos
38
2.2.2 Determinación de Caudales medios, máximos y mínimos
39
2.2.3 Descripción del muestreo
39
2.2.4 Análisis del funcionamientos de la planta
40
2.3
41
DISEÑO DEL PLAN DE COSTOS
2.3.1 Inversión inicial
41
2.3.2 Costo de operación mensual
41
3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES DE LAS PLANTAS
DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN ESTUDIO
42
3.1 PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLOGICO (PTB)
42
3.1.1 Operaciones presentes dentro de la PTB
43
3.2 PLANTA DE TRATAMIENTO AEROBICO POR LODOS ACTIVADOS
(PTAR)
45
3.2.1 Operaciones presentes dentro de la PTAR
46
3.3 PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
CERVECERIA LEONA S.A. (PTAR LEONA)
49
3.3.1 Operaciones presentes dentro de las fases de la PTAR Leona
50
4. RESULTADOS DEL PLAN DE MUESTREO EN LAS PLANTAS DE
TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
56
4.1 PLANTAS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA
56
4.1.1 Origen y caracterización de las aguas residuales que llegan a la PTB
57
4.1.2 Caudales y generalidades hidráulicas de la PTB
58
4.1.3 Origen y caracterización de las aguas residuales que llegan a la PTAR 62
4.1.4 Caudales y generalidades hidráulicas de la PTAR
63
4.1.5 Funcionamiento actual de la PTB
71
4.1.6 Funcionamiento actual de la PTAR Aireada
75
4.1.7 Balance de masas orgánicas (DBO, SS, grasas) de las PTARs de la
Universidad
80
4.1.8 Comparación de eficiencias de remoción de materia orgánicas entre
Plantas
82
4.1.9 Comparación estadística entre las dos PTAR
83
4.2 RESULTADOS DEL MUESTREO EN LA PTAR LEONA
87
4.2.1 Origen y caracterización de las aguas residuales que llegan a la PTAR
Leona
87
4.2.2 Caudales y generalidades hidráulicas de la PTAR LEONA
88
4.2.3 Análisis técnico y estadístico de los datos recogidos
91
4.2.4 Funcionamiento de la PTAR LEONA
91
4.2.5 Balance de masas orgánicas en la PTAR Leona
93
5 DIAGNOSTICO
97
5.1 DIAGNOSTICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
99
5.2 DIAGNOSTICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO AEROBICO POR
LODOS ACTIVADOS (PTAR)
99
5.3 DIAGNOSTICO DE LA PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES CERVECERIA LEONA S.A. (PTAR LEONA) 100
6 COSTOS
102
6.1 PLANTA DE TRATAMIENTO AEROBICO POR LODOS ACTIVADOS
(PTAR)
102
6.1.1 Costo por metro cúbico de agua residual depurada
102
6.2 PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
103
6.2.1 Costo por metro cúbico de agua residual depurada
104
6.3 LA PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES CERVECERIA LEONA S.A. (PTAR LEONA)
105
7 CONCLUSIONES
107
8 RECOMENDACIONES
112
8.1 PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
112
8.2 PLANTA DE TRATAMIENTO AERÓBICO POR LODOS ACTIVADOS 113
8.3 LA PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES CERVECERIA LEONA S.A. (PTAR LEONA)
114
BIBLIOGRAFÍA
115
ANEXOS
117
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Categorías del uso publico del agua
3
Tabla 2. Captación de aguas residuales en una comunidad.
5
Tabla 3. Descripción de los contaminantes de interés en el agua residual
6
Tabla 4. Clasificación de los sólidos presentes en aguas residuales
7
Tabla 5. Agentes infecciosos
15
Tabla 6. Aplicaciones de los procesos químicos unitarios en el tratamiento del
agua residual
23
Tabla 7. Eliminación de bacterias mediante diversos procesos de tratamiento
24
Tabla 8. Requerimientos exigidos para vertimientos en cuerpos de agua
(Decreto 1594/84, minagricultura, Capítulo. VI, Art. 72)
31
Tabla 9. Descripción de los periodos climáticos durante los meses del año
32
Tabla 10. Métodos utilizados para análisis fisicoquímicos.
36
Tabla 11. Puntos de muestreo de las plantas de la Universidad
36
Tabla 12. Métodos utilizados en el análisis fisicoquímico en la PTAR Leona
40
Tabla 13. Operaciones dentro de la PTB
43
Tabla 14. Operaciones dentro de la PTAR
46
Tabla 15. Parámetros de diseño para el proceso de fangos activados por
aireación extendida.
47
Tabla 16. Parámetros de diseño para el proceso de fangos activados por
aireación prolongada.
52
Tabla 17. Asignación de la población de estudiantes en la Universidad
de La Sabana
56
Tabla 18. Sitios de origen de aguas residuales que tienen como destino la
PTB
57
Tabla 19. Composición promedio de las aguas residuales que llegan
a la PTB (Datos promedios de los últimos seis meses).
57
Tabla 20. Tiempo medio de duración de descarga al entrar al tanque
colector eyector
59
Tabla 21. Funcionamiento hidráulico del bioreactor
60
Tabla 22. Etapas de la laguna
61
Tabla 23. Características del caudal de entrada al tanque eyector
61
Tabla 24. Sitios de origen de aguas residuales que tienen como destino
la PTAR
62
Tabla 25. Composición promedio de las aguas residuales que llegan a
la PTAR
63
Tabla 26. Características del caudal de entrada al tanque eyector
65
Tabla 27. Resultados del análisis fisicoquímico de las muestras recogidas
en la PTB
70
Tabla 28. Resultados del análisis fisicoquímico de las muestras recogidas
en la PTAR
70
Tabla 29. Periodo de retención hidráulica. (PTB)
71
Tabla 30. Demanda bioquímica de Oxígeno (PTB)
72
Tabla 31 Sólidos en suspensión (PTB)
73
Tabla 32 Grasas y aceites (PTB)
74
Tabla 33.Periodo de retención hidráulica. (PTAR)
75
Tabla 34. Demanda Bioquímica de Oxigeno (PTAR)
77
Tabla 35. Perfil de sólidos en suspensión (PTAR)
78
Tabla 36. Grasas y aceites (PTAR)
79
Tabla 37. Comparación estadística de la remoción de DBO entre las dos
Plantas
84
Tabla 38. Comparación estadística de la remoción de Sólidos suspendidos
entre las dos Plantas
84
Tabla 39. Comparación estadística de la remoción de grasas y aceites
entre las dos Plantas
85
Tabla 40. Resultados de la distribución T
85
Tabla 41. Clasificación del agua residual con respecto a los sitios
donde se originan los efluentes PTAR Leona
87
Tabla 42. Análisis fisicoquímicos del afluente en el tanque de ecualización
y el afluente, al final del tratamiento fisicoquímico.
88
Tabla 43. Eficiencias de remoción DQO de cada uno de los reactores
Anaerobios durante los meses (periodo 2001)
89
Tabla 44. Eficiencias de remoción de cada uno de los reactores aerobios
en función del tiempo
89
Tabla 45. Eficiencias de remoción de carga orgánica en el tratamiento
Terciario
90
Tabla 46. Eficiencias de remoción de materia orgánica obtenidas por la
PTAR LEONA en los meses del periodo 2001.
91
Tabla 47. Demanda Química de Oxígeno ( PTAR LEONA)
92
Tabla 48. Sólidos en suspensión (PTAR LEONA)
93
Tabla 49. Caracterización de materia orgánica, sección uno
95
Tabla 50. Caracterización de materia orgánica , PTAR LEONA sección dos
95
Tabla 51. Balance de materia global ( PTAR LEONA)
96
Tabla 52. Producción de lodos durante el periodo (2001) ( PTAR LEONA)
96
Tabla 53. Costos (PTAR)
103
Tabla 54. Costo por metro cúbico (PTAR)
103
Tabla 55. Costos (PTB)
104
Tabla 56. Costo por metro cúbico (PTB)
104
Tabla 57. Costo por metro cúbico (PTAR LEONA)
105
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Variación de cargas a corto plazo (horarias, diarias y semanales)
18
Figura 2. Condiciones de carácter estacional, que producen variaciones a mayor
plazo
18
Figura 3. Actividades industriales
19
Figura 4. Diagrama de flujo con homogenización
21
Figura 5. Perfiles de evaporación y precipitación durante los meses del año.
33
Figura 6. Inyector de aire en la laguna de oxidación
48
Figura 7. Aireador de flujo vertical
52
Figura 8. Esquema de planta convencional (PTAR Leona)
55
Figura 9. Perfil de caudal en la primera entrada, durante un día de actividad
normal (PTB)
58
Figura 10. Perfil diario en el caudal de entrada al tanque eyector
61
Figura 11. Perfil de caudal de entrada al tanque colector durante un día de
actividad normal
64
Figura 12. Perfil diario en el caudal de entrada al tanque eyector
66
Figura 13. Diagrama hidráulico de las instalaciones
67
Figura 14. Planta de aireación extendida
68
Figura 15. Perfil de temperatura (PTB)
71
Figura 16. Perfil de pH (PTB)
72
Figura 17. Comportamiento DBO en el afluente y el efluente (PTB)
72
Figura 18. Comportamiento de sólidos en suspensión afluente y efluente
(PTB)
73
Figura 19. Comportamiento Grasas y aceites en el afluente y efluente (PTB)
74
Figura 20. Perfil de temperatura (PTAR)
76
Figura 21. Perfil de pH (PTAR)
76
Figura 22. Perfil de DBO (PTAR)
77
Figura 23. Perfil de sólidos en suspensión (PTAR)
78
Figura 24. Perfil de grasas y aceites del afluente y efluente (PTAR)
79
Figura 25. Caracterización de la materia orgánica de la PTB
80
Figura 26. Caracterización de la materia orgánica de la PTAR aireada
81
Figura 27. Gráfica comparativa de porcentaje de remoción DBO.
82
Figura 28. Gráfica comparativa de porcentaje, remoción de sólidos en
suspensión.
82
Figura 29. Gráfica comparativa de porcentaje de remoción de grasas y
aceites.
83
Figura 30. Distribución “ t “ para la DBO
86
Figura 31. Distribución “ t “ para los sólidos en suspensión
86
Figura 32. Distribución “ t “ para grasas y aceites
86
Figura 33. Perfil de caudal por el tanque de ecualización correspondiente al
periodo 2001
88
Figura 34. Puntos de muestreo ubicados en el afluente y efluente de cada
fase de la PTAR Leona
90
Figura 35. Perfil de DQO (PTAR Leona)
92
Figura 36. Perfil de Sólidos en suspensión (PTAR Leona)
93
Figura 37 Corrientes de la PTAR Leona
95
Figura 38. Remoción de sólidos en suspensión dentro de la PTB
97
Figura 39. Remoción de DBO dentro de la PTB
98
Figura 40. Remoción de sólidos en suspensión dentro de la PTAR
98
Figura 41. Remoción de DQO dentro de la PTAR Leona
98
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexos A Agentes infecciosos potencialmente presentes en el agua residual
doméstica bruta
117
Anexos B : Organismos específicos que han sido empleados como indicadores
de contaminación
118
Anexos C : Efectos de los caudales y cargas contaminantes sobre la selección
y dimensionamiento de las instalaciones de plantas de tratamiento secundario 119
Anexos D : Tipos de sedimentación para tratamiento de aguas residuales
120
Anexos E : Puntos hidráulicos de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
121
Anexos F : Flujo volumétrico en la Planta de Tratamiento Biológico
122
Anexos G : Flujo volumétrico en la Planta aeróbica por lodos activados
123
Anexos H : Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA
SABANA (PTB)
124
Anexos I : Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA
SABANA (PTAR)
125
Anexos J : Resultados de análisis de laboratorio de la CERVECERIA LEONA
(PTAR LEONA)
126
Anexos K : Resultados de análisis de laboratorio PRODYCON
127
Anexos L : Mediciones de precipitación sobre el municipio de Chía y
alrededores
128
Anexos M : Mediciones de Evaporación sobre el municipio de Chía y
alrededores
129
Anexos N : Distribución t de Student
130
INTRODUCCIÓN
Colombia es uno de los países con mayores recursos hídricos y cuencas
hidrográficas del planeta; sin embargo posee uno de los ríos mas
contaminados, el Bogotá, y varios de sus principales ríos se encuentran en
estado avanzado de contaminación, entre los que pueden nombrarse el
Magdalena, el Medellín, el Cauca y otros, lo que conlleva a la perdida gradual
de la flora y fauna típica de éstos y la proliferación de plagas y enfermedades
entre los moradores aledaños, especialmente en los niños.
En el país existen 170 plantas de tratamiento de aguas residuales, la mayoría
de las cuales, 132, fueron construidas por las administraciones municipales y
38 por Juntas de Acción Comunal, condominios habitacionales y empresas
privadas. Buena parte de las plantas comentadas fueron construidas ya hace
algunos años y presentan condiciones inadecuadas frente a los requerimientos
actuales; en otros casos, el proceso de tratamiento resulta incompleto;
existiendo además, falta de capacitación del personal encargado de su
operación y mantenimiento. (Mindesarrollo económico, 2001)
La UNIVERSIDAD DE LA SABANA, representada por la FACULTAD DE
INGENIERIA en convenio con SISVITA BIOTECHNOLOGIES S.A. y en
cooperación con CERVECERÍA LEONA S.A. patrocinan este trabajo con el fin
de mostrar el funcionamiento actual de sus plantas de tratamiento de aguas
residuales (PTARs) y el cumplimiento de éstas con respecto a las normas de
vertimiento. Los resultados y conclusiones que de este estudio se desprendan,
servirán como punto de partida, para el intercambio y adaptación de
tecnologías que optimicen y faciliten en el futuro la depuración de sus aguas
residuales y sean modelos ambientales para otras industrias e instituciones que
posean o no PTARs para tratamiento de sus efluentes.
Actualmente la mayoría de las operaciones y procesos unitarios empleados en
el tratamiento de aguas residuales, están siendo sometidas a una intensa y
continua investigación , tanto desde el punto de vista de ejecución como de
aplicación de los mismos, como consecuencia, se han desarrollado nuevas
operaciones y se han modificado algunos existentes; todo esto con el principal
objetivo de hacer frente a los estrictos requerimientos exigidos por las normas
y decretos, con el fin de mejorar el recurso ambiental y los cursos de agua.
A partir de la planta de tratamiento de aguas residuales de LEONA, industrial, y
de las dos plantas de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA, no industriales sino
domésticas, será posible obtener información de sus rendimientos, problemas
de mantenimiento, facilidad o dificultad en el control de los procesos y de su
capacidad de adaptación a la variación de las condiciones de trabajo.
1
A lo largo del texto, se observan las características de cada planta, además de
las diferencias y similitudes entre estas; teniendo en cuenta, que aunque
tengan efluentes distintos para depurar (aguas industriales y domésticas con
diferencias significativas en carga contaminante), tienen en común el cuerpo
receptor (Cabecera alta del Río Bogotá) y los mismos porcentajes de remoción
de las normas de vertimiento a un cuerpo de agua (Capítulo VI, artículo 72 del
decreto 1594/84 del Ministerio de Agricultura)
Los costos de explotación desempeñan también un papel importante, ya que
estos corren en su totalidad por las administraciones de la universidad y de la
Cervecería; y todos las posibles modificaciones que de aquí se desprendan,
podrían traducirse en ahorros futuros en el costo de tratamiento
Del compendio de todos las estudios realizados en cada planta de tratamiento
de aguas residuales, se desprende la cantidad de esfuerzo técnico- económico
requerido por cada una de estas, para liberar en el cuerpo receptor un mismo
volumen de agua depurada bajo las normas de vertimiento exigidas.
OBJETIVOS
•
GENERAL:
Realizar un análisis comparativo, técnico y económico, entre una planta de
tratamiento biológico aeróbico por adición de microorganismos, una planta de
tratamiento aeróbico por lodos activados con inyección de aire y una de
tratamiento anaeróbico, aeróbico y fisicoquímico.
•
ESPECIFICOS:
Caracterizar de acuerdo con las normas de vertimientos vigentes (Capitulo VI,
articulo 72 del decreto 1594/84 del Ministerio de Agricultura), las aguas
residuales a tratar en cada una de las tres plantas.
Determinar los rendimientos de cada uno de los tratamientos de depuración,
mediante un balance de materia orgánica.
Determinar los costos de diseño, construcción, operación y mantenimiento de
cada una de las plantas.
Efectuar un análisis comparativo técnico y económico entre tratamientos.
2
1. FUNDAMENTACIÓN TEORICA
El agua es fuente indispensable para la vida vegetal y animal. Anteriormente se
pensaba que el agua era un recurso de fuente inagotable, pero el crecimiento
constante de los centros urbanos debido al aumento de la población humana,
produce deforestación de bosques y erosión de tierras, lo que conduce a una
merma importante de las cuencas hidrográficas y fuentes de agua.
1.1 PRINCIPALES USOS DEL AGUA
Las tres cuartas partes de la tierra están cubiertas de agua y los organismos
vivos están compuestos entre un 70% y 80% de agua, es decir, que es una de
la sustancias de mayor demanda en los procesos biológicos de los
ecosistemas acuáticos, terrestres y de todos los seres que los componen.
Tabla 1. Categorías del uso público del agua
CATEGORÍA
Uso domestico:
• Zonas residenciales
• Comercios
• Instituciones
• Espacios recreacionales
USO
Se miden con contadores individuales
En interiores: Baños, cocinas, patios, etc.
Restaurantes, centros comerciales, aeropuertos,
etc
Hospitales, colegios, oficinas, etc.
Piscinas, centros turísticos, navegación, etc.
Se miden con contadores y generalmente se usan
para servicio domestico y en los procesos
industriales (química, alimento, textil) procesos de
refrigeración, etc.
Uso industrial
Servicio público
infraestructura.
y
mantenimiento
de Hidrantes, hidroeléctricas, irrigación de espacios
verdes, edificios públicos.
Pérdidas en la red y fugas
Conexiones no autorizadas, contadores mal
calibrados, mediciones erróneas, rupturas y
envejecimiento de la red.
Fuente: Metcalf y Eddy, 1996
En la sociedad, el agua esta intrínsecamente ligada a todas las actividades de
la cotidianidad de las personas: los alimentos, los baños, la electricidad, entre
otros. En casi la totalidad de estas actividades, se usa agua potable; a medida
que va perdiendo la cualidad potable, aumenta su inutilidad en tales actividades
y se empieza a comportar como agua contaminada o agua residual.
La contaminación del agua es producida por la incorporación al agua de
materias extrañas, como microorganismos, productos químicos, residuos
industriales o aguas residuales. Estas materias deterioran la calidad del agua y
la hacen inútil para los usos pretendidos.
3
1.2 PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AGUA
Esta sección fue extractada del tomo tres del manual del agua (Nalco chemical
company, 1995)
•
•
•
•
•
•
•
•
Aguas residuales y otros residuos que demandan oxígeno (en su mayor
parte materia orgánica, cuya descomposición produce la desoxigenación del
agua).
Agentes infecciosos.
Nutrientes vegetales que pueden estimular el crecimiento de las plantas
acuáticas. Éstas, a su vez, interfieren con los usos a los que se destina el
agua y, al descomponerse, agotan el oxígeno disuelto y producen olores
desagradables.
Productos químicos, incluyendo los pesticidas, diversos productos
industriales, las sustancias tensoactivas contenidas en los detergentes, y
los productos de la descomposición de otros compuestos orgánicos.
Minerales inorgánicos y compuestos químicos.
Sedimentos formados por partículas del suelo y minerales arrastrados por
las tormentas y escorrentías desde las tierras de cultivo, los suelos sin
protección, las explotaciones mineras, las carreteras y los escombros.
Sustancias radiactivas procedentes de los residuos producidos por la
minería y el refinado del uranio y el torio, las centrales nucleares y el uso
industrial, médico y científico de materiales radiactivos.
El calor también puede ser considerado un contaminante cuando el vertido
del agua empleada para la refrigeración de las fábricas y las centrales
energéticas hace subir la temperatura del agua de la que se abastecen.
1.3 EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN
Los efectos de la contaminación, incluyen los que afectan la salud humana y
los que afectan el medio ambiente.
Los que afectan la salud humana, están ligados a enfermedades que van
desde infecciones virales que producen diarreas, hasta enfermedades
cancerígenas que pueden producir la muerte.
Los que afectan el medio ambiente, principalmente reservorios de agua, lagos,
lagunas y estanques naturales; el problema principal es la eutrofización, que se
produce cuando el agua se enriquece de modo artificial con nutrientes, lo que
produce un crecimiento anormal de las plantas.
Los fertilizantes químicos arrastrados por el agua desde los campos de cultivo
pueden ser los responsables. El proceso de eutrofización puede ocasionar
problemas estéticos, como mal sabor, mal olor y un cúmulo de algas o verdín
desagradable a la vista, así como un crecimiento denso de las plantas con
raíces, el agotamiento del oxígeno en las aguas más profundas y la
acumulación de sedimentos en el fondo de los lagos.
4
1.4 LAS AGUAS RESIDUALES
Cuando un producto de desecho se incorpora al agua, el líquido resultante
recibe el nombre de agua residual. El origen, composición y cantidad de los
desechos están relacionados con los hábitos de vida vigentes.
1.4.1 Origen y clases de agua residual: Las aguas residuales tienen un
origen doméstico, industrial, subterráneo y meteorológico; estos tipos de aguas
residuales suelen llamarse respectivamente, domésticas, industriales, de
infiltración y pluviales.
Las principales fuentes de contaminación acuática pueden clasificarse como
urbanas, industriales y agrícolas:
•
•
•
La contaminación urbana está formada por las aguas residuales de los
hogares y los establecimientos comerciales, son el resultado de actividades
cotidianas de las personas y se denominan Aguas residuales domésticas.
La contaminación industrial debida a
los vertimientos y emisiones
producidos por las procesos industriales se denominan aguas residuales
industriales su naturaleza y composición son muy variadas y dependen del
tipo de industria.
La agricultura, la ganadería comercial y las granjas avícolas, son la fuente
de muchos contaminantes orgánicos e inorgánicos de las aguas
superficiales y subterráneas. (Metcalf y Eddy. 1996)
Tabla 2. Captación de aguas residuales en una comunidad.
Procedente de zonas residenciales o instalaciones
comerciales públicas y similares.
Vertidos industriales
Aguas que entran en forma directa o indirecta a la
red de alcantarillado. (1)Juntas defectuosas, grietas
y paredes porosas. (2)Alcantarillas, canales,
drenajes, entre otras.
Agua resultante de la escorrentía superficial.
Agua residual doméstica o sanitaria
Agua residual industrial
(1)Infiltración y (2)aportaciones sin control
Aguas pluviales
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
Para la evacuación de las aguas residuales, se emplean tres tipos de redes de
alcantarillado:
•
•
•
Red sanitaria (agua residual doméstica, industrial e infiltraciones)
Red pluvial (Aportaciones sin control, alcantarillado
Red unitaria (única red de alcantarillado)
1.4.2 Características de las aguas residuales
El conocimiento de la naturaleza del agua residual es fundamental de cara al
proyecto y explotación de las infraestructuras; tanto captación como de
tratamiento y evacuación de las aguas residuales, así como para la gestión de
la calidad medioambiental ( Ver tabla 3.).
5
1.5 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Tabla 3. Descripción de los contaminantes de interés en el agua residual
Contaminantes
Sólidos en
suspensión
Materia orgánica
biodegradable
Patógenos
Nutrientes
Contaminantes
prioritarios
Materia orgánica
refractaria
Metales pesados
Sólidos
inorgánicos
disueltos
Razón de la importancia
Los sólidos en suspensión pueden dar lugar al desarrollo de depósitos de fango y
de condiciones anaeróbica cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno
acuático.
Compuesta principalmente por proteínas, carbohidratos, grasas animales, la
materia orgánica biodegradable se mide, en la mayoría de las ocasiones, en
función de la DBO (demanda bioquímica de oxígeno) y de la DQO (demanda
química de oxígeno). Si se descargan al entorno sin tratar su estabilización
biológica puede llevar al agotamiento de los recursos naturales de oxígeno y al
desarrollo de condiciones sépticas.
Pueden transmitirse enfermedades contagiosas por medio de los organismos
patógenos presentes en agua residual.
Tanto el nitrógeno como el fósforo, junto con el carbono, son nutrientes
esenciales para el crecimiento. Cuando se vierten al entorno acuático, estos
nutrientes pueden favorecer el crecimiento de una vida acuática no deseada.
Son compuestos orgánicos o inorgánicos determinados sobre la base de su
carcinogenicidad, mutagenicidad, teratogenicidad o toxicidad aguada conocida o
sospechada. Muchos de estos compuestos se hallan presentes en el agua
residual.
Esta materia orgánica tiende a resistir los métodos convencionales de
tratamiento. Ejemplos típicos son los agentes tensoactivos, los fenoles y los
pesticidas agrícolas.
Los metales pesados son, frecuentemente añadidos al agua residual en el curso
de ciertas actividades comerciales e industriales, y puede ser necesario
eliminarlos si se pretende reutilizar el agua residual.
Los constituyentes inorgánicos tales como el calcio, sodio y los sulfatos se
añaden al agua de suministro como consecuencia del uso del agua, y es posible
que se deban eliminar si se va a reutilizar el agua residual.
Fuente: U. S. Emvironmental Protection Agency; Año 1980
1.5.1 Sólidos totales: Son aquellos que quedan de residuo después de
someter una muestra de agua a un proceso de evaporación entre 103-105 °C.
Los sólidos sedimentables son aquellos que se posan en un recipiente de
fondo cónico después de 60 minutos; se expresan en ml/l y constituyen una
medida aproximada de la cantidad de fango que se obtendrá luego de la
decantación primaria del agua residual.
La fracción coloidal está compuesta por partículas que van desde 0.001 hasta
un micrómetro. Los sólidos disueltos están compuestos por moléculas
orgánicas, iones e inorgánicas en disolución en el agua. La fracción coloidal no
es posible eliminarla por sedimentación; normalmente para eliminar esta, es
necesario realizar un tratamiento de oxidación biológica o la coagulación
complementada con sedimentación (Ver tabla 4).
1.5.2 Olores: Son debidos a los gases liberados durante el proceso de
descomposición de la materia orgánica. El agua residual reciente posee un olor
característico, algo desagradable pero más tolerable que el del agua séptica
(presencia de sulfuro de hidrógeno por reducción de sulfato a sulfito por
microorganismos anaerobios). Normalmente las aguas residuales industriales
6
contienen compuestos con olor característico, con tendencia a producir otros
olores durante el proceso de tratamiento.
Tabla 4. Clasificación de los sólidos presentes en aguas residuales
Suspendidos
30%
Sólidos
totales
Filtrables
70%
Sedimentables 73%
No sedimentables 27%
Coloidal 10%
Disuelta 90%
Orgánicos 75%
Mineral 25%
Orgánicos 75%
Mineral 25%
Orgánicos 80%
Mineral 20%
Orgánicos 35%
Mineral 65%
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
La problemática de los olores esta vinculado al rechazo de la implantación de
plantas de tratamiento de aguas residuales y muchos proyectos relacionados.
El mal olor detectado por el sentido del olfato, influye mas en la tensión
sicológica, que en los posibles daños que esta pueda ocasionar al organismo,
generando problemas que a la larga van a influir en el descenso de las rentas,
mercado de propiedades, los ingresos por impuestos y ventas.
1.5.3 Temperatura: En el agua residual suele ser ligeramente mayor a la del
agua de suministro, debido a que las aguas residuales domésticas e
industriales llegan a los receptores con temperaturas elevadas. En función de
la situación geográfica, la temperatura media anual varia entre 10 y 21 °C,
siendo 15.6°C la temperatura media.
La temperatura del agua es un parámetro muy importante dada su influencia,
tanto sobre el desarrollo de la vida acuática como sobre las reacciones
químicas y sus velocidades de reacción, así como sobre la aptitud del agua
para ciertos usos útiles. El oxígeno es menos soluble en agua caliente que en
agua fría; el aumento de la velocidades de reacciones químicas que produce
un aumento de la temperatura, combinado con la reducción del oxígeno
presente en las aguas superficiales, es causa frecuente del oxígeno disuelto
durante meses de verano.
1.5.4 Color: Históricamente, para la descripción de un agua residual, se
empleaba el término condición junto con la composición y la concentración.
Este término se refiere a la edad del agua residual, que puede ser determinada
cualitativamente en función de su color y su olor. El agua residual reciente
suele tener un color grisáceo. Sin embargo, al aumentar el tiempo de transporte
en las redes de alcantarillado y al desarrollarse condiciones más próximas a las
anaerobias, el color del agua residual cambia gradualmente de gris a gris
oscuro, para finalmente adquirir color negro. Llegado este punto, suele
clasificarse el agua residual como séptica. Algunas aguas residuales
industriales pueden añadir color a las aguas residuales domésticas.
(Metcalf y Eddy. 1996 )
7
1.6 CARACTERISTICAS QUIMICAS
El estudio de las características químicas de las aguas residuales se trata en
los siguientes cuatro apartados:
• La materia orgánica.
• La medición del contenido orgánico.
• La materia inorgánica.
• Los gases presentes
1.6.1 Materia orgánica: Cerca del 75% de los sólidos en suspensión y del 40%
de los sólidos filtrables de un agua residual de concentración media son de
naturaleza orgánica. Son sólidos que provienen de los reinos animal y vegetal,
así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de
compuestos orgánicos.
Los compuestos orgánicos están formados normalmente por combinaciones de
carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en determinados casos, de
nitrógeno. Los principales grupos de sustancias orgánicas presentes en el agua
residual son las proteínas (40-60 %), hidratos de carbono (25-50 %), y grasas y
aceites (10%). Otro compuesto orgánico con importante presencia en el agua
residual es la úrea, principal constituyente de la orina. No obstante, debido a la
velocidad del proceso de descomposición de la úrea, raramente está presente
en aguas residuales que no sean muy recientes.
Proteínas. Las proteínas son los componentes importantes del organismo
animal. mientras que su presencia es menos relevante en el caso de
organismos vegetales. La composición química de las proteínas es muy
compleja e inestable, pudiendo adoptar muchos mecanismos de
descomposición diferentes. Algunas son solubles en agua.
La úrea y las proteínas son los responsables de la presencia de nitrógeno en
las aguas residuales. La existencia de grandes cantidades de proteínas en un
agua residual puede ser origen de olores fuertemente desagradables debido a
los procesos de descomposición.
Hidratos de carbono. Ampliamente distribuidos por la naturaleza, los hidratos
de carbono incluyen azúcares, almidones, celulosa y fibra de madera,
compuestos todos ellos presentes en el agua residual. Los hidratos de carbono
contienen carbono, oxígeno e hidrógeno. Algunos hidratos de carbono son
solubles en agua, principalmente los azúcares, mientras que otros, como los
almidones, son insolubles. Los azúcares tienen tendencia a descomponerse;
las enzimas de determinadas bacterias y fermentos dan lugar a un proceso de
fermentación que incluye la producción de alcohol y dióxido de carbono. Los
almidones, por otro lado, son más estables, pero se convierten en azúcares por
la actividad bacteriana así como por la acción de ácidos minerales diluidos.
Desde el punto de vista del volumen y la resistencia a la descomposición, la
celulosa es el hidrato de carbono cuya presencia en el agua residual es más
importante.
8
Grasas, grasas animales y aceites. Las grasas animales y los aceites son el
tercer componente, en importancia, de los alimentos. El término grasa, de uso
extendido, engloba las grasas animales, aceites, ceras y otros constituyentes
presentes en las aguas residuales.
Las grasas se hallan entre los compuestos orgánicos de mayor estabilidad y su
descomposición por acción bacteriana no resulta sencilla. No obstante sufren el
ataque de ácidos minerales, lo cual conduce a la formación de glicerina y
ácidos grasos. En presencia de determinadas sustancias alcalinas como el
hidróxido de sodio, se libera la glicerina dando paso a la formación de sales
alcalinas y ácidos grasos. Las sales alcalinas que se producen se conocen
como jabones, sustancias que, como las grasas, son estables. Los jabones
comunes se obtienen mediante la saponificación de grasas con hidróxido de
sodio.
El keroseno, los aceites lubricantes y los procedentes de materiales
bituminosos son derivados del petróleo y del alquitrán, y sus componentes
principales son carbono e hidrógeno. Los aceites minerales tienden a recubrir
las superficies en mayor medida que las grasas, los aceites y los jabones. Las
partículas de estos compuestos interfieren en el normal desarrollo de la
actividad biológica y son causa de problemas de mantenimiento.
Agentes tensoactivos: Están formados por moléculas de gran tamaño,
ligeramente solubles en agua, y que son responsables de la aparición de
espumas en las plantas de tratamiento y en la superficie los cuerpos de agua
receptores de los vertidos de agua residual. Tienden a concentrarse en la
interfase aire-agua. Durante el proceso de aireación del agua residual se
concentran en la superficie de las burbujas de aire creando una espuma muy
estable. Los agentes tensoactivos también reciben el nombre de sustancias
activas al azul de metileno (MBAS por su sigla en ingles).
Pesticidas y productos químicos de uso agrícola. Los compuestos
orgánicos que se hallan a nivel de traza, tales como pesticidas, herbicidas y
otros productos químicos de uso agrícola, son tóxicos para la mayor parte de
las formas de vida y por lo tanto, pueden constituir peligrosos contaminantes de
las aguas superficiales. Estos productos no son constituyentes comunes de las
aguas residuales, sino que suelen incorporarse a las mismas,
fundamentalmente, como consecuencia de la escorrentía: de parques, campos
agrícolas y tierras abandonadas. Las concentraciones de estos productos
químicos pueden dar como resultado la muerte de peces, contaminación de la
carne del pescado (con lo que reduce su valor nutritivo), y el empeoramiento de
la calidad del agua suministrada. (Metcalf y Eddy. 1996 )
1.6.2 Medida del contenido orgánico: Los diferentes métodos pueden
clasificarse en dos grupos, los empleados para determinar altas
concentraciones de contenido orgánico, mayores de 1 mg/l, y los empleados
para determinar las concentraciones a nivel de traza, para concentraciones en
9
el intervalo 0,001 a 1 mg/l. El primer grupo incluye los siguientes ensayos de
laboratorio:
•
•
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)
Demanda química de oxígeno (DQO)
En el segundo grupo de ensayos, los empleados para determinar
concentraciones a nivel de traza, por debajo de 1 mg/l, se emplean métodos
instrumentales que incluyen la cromatografía de gases y la espectroscopia de
masa. A lo largo de los últimos 10 años se ha mejorado notablemente la
sensibilidad de los métodos empleados para la determinación de
concentraciones de este nivel, por lo que la detección de concentraciones del
orden de 0,01 mg/l ha pasado a ser una cuestión rutinaria.
Demanda bioquímica de oxígeno. El parámetro de contaminación orgánica
más ampliamente empleado, aplicable tanto a aguas residuales como a aguas
superficiales, es la DBO a cinco días (DBO5). La determinación del mismo está
relacionada con la medición del oxígeno disuelto que consumen los
microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia
orgánica.
Los resultados de los ensayos de DBO se emplean para:
•
•
•
•
Determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para
estabilizar biológicamente la materia orgánica presente
Dimensionar las instalaciones de tratamiento de aguas residuales.
Medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento
Controlar el cumplimiento a las limitaciones a las que están sujetos los
vertidos
Demanda química de oxígeno (DQO): Se emplea para medir la cantidad de
materia orgánica presente en las aguas naturales y en las residuales
(industriales y/o municipales) susceptible de ser oxidadas químicamente. En el
ensayo se emplea un agente químico fuertemente oxidante (dicromato
potásico) en medio ácido para la determinación del equivalente de la materia
orgánica que puede oxidarse. Se debe realizar en presencia de alta
temperatura y con un catalizador (sulfato de plata).
La DQO del agua suele ser mayor que la DBO, siendo esto debido al mayor
número de compuestos cuya oxidación tiene lugar por vía química frente a los
que oxidan por vía biológica. En muchos tipos de agua es posible hacer una
relación entre la DBO y la DQO, esto es de gran utilidad dado que es posible
determinar la DBO en tres horas, tiempo que se emplea para determinar la
DQO y no en cinco días.
Correlación entre las diferentes medidas del contenido de materia
orgánica.
10
La posibilidad de establecer relaciones entre los diferentes de parámetros de
medida de materia orgánica, depende del tipo de agua residual y de su origen.
Para aguas domésticas brutas, el cociente DBO/DQO se halla en el intervalo
0.4-0.8.
Es importante hacer mención del hecho que esta relación, presenta
importantes variaciones en función del nivel de tratamiento a que se ha
sometido las aguas residuales antes de hacer los análisis. (Metcalf y Eddy. 1996 )
1.6.3 Materia inorgánica: Son varios los componentes inorgánicos presentes
en las aguas naturales y residuales, además de que sus concentraciones
aumentan tanto por el contacto del agua con las diferentes formaciones
geológicas (dilución de rocas y arrastre de suelos), a medida que ocurre la
evaporación superficial del agua y por las aguas residuales tratadas o sin tratar,
que a ella se descarga.
Las aguas residuales, salvo el caso de determinados compuestos industriales,
no se suelen tratar con el objetivo especifico de eliminar los constituyentes
inorgánicos que se incorporan durante el ciclo de uso. Tienen importancia para
la determinación y control de la calidad del agua.
Potencial de hidrógeno (pH). La concentración de ión hidrógeno es un
parámetro de calidad de gran importancia tanto para el caso de las aguas
naturales como residuales.
El intervalo de concentraciones requerido para la adecuada proliferación y
desarrollo de la vida biológica es bastante estrecho y critico. El agua residual
con concentraciones de ion hidrógeno inadecuadas presenta dificultades de
tratamiento
con procesos biológicos y el efluente puede modificar la
concentración de ion hidrógeno en las aguas naturales si esta no se modifica
antes de la evacuación de las aguas.
El pH de los sistemas acuosos puede medirse convenientemente con
potenciómetro. Para el mismo procedimiento de medición también se emplean
soluciones indicadoras y papeles indicadores (tornasol) que se comparan con
una tabla de colores que indica el rango de pH.
Cloruros, se encuentran en el agua natural proceden de la disolución de
suelos y rocas que los contengan y que están en contacto con el agua. En las
zonas costeras, la intrusión de agua salada; y la descarga de aguas residuales
domésticas (las heces humanas contienen 6 g de Cloruros/ persona * día),
agrícolas e industriales a aguas superficiales.
Alcalinidad de una agua residual; está provocada por la presencia de
hidroxilos, carbonatos, bicarbonatos de elementos como calcio, magnesio,
sodio, potasio o amoniaco. La alcalinidad ayuda a regular los cambios de pH
producidos por la adición de ácidos. Normalmente el agua residual es alcalina,
11
propiedad que adquiere por el uso domestico. La alcalinidad se determina
titulando con un ácido normalizado y, sus resultados se expresan como mg/l
CaCO3. La concentración de la alcalinidad es importante en aquellos casos
donde empleen tratamientos químicos, eliminación biológica de nutrientes,
eliminación de amoniaco.
Nitrógeno, los elementos como el nitrógeno y el fósforo son esenciales para el
crecimiento de protistas y plantas, razón por la cual reciben el nombre de
nutrientes (en la mayoría de los casos, los principales nutrientes) o
bioestimuladores. Puesto que el nitrógeno es absolutamente básico para la
síntesis de proteínas, será preciso conocer datos sobre la presencia del mismo
en aguas y en qué cantidades para valorar la posibilidad de tratamiento de
agua residual. Generalmente en las aguas residuales se eliminan estos
nutrientes, para asegurar que en las masas receptoras no haya formación de
algas y así preservar sus usos.
Formas del nitrógeno: El contenido de nitrógeno total esta compuesto por:
•
Nitrógeno orgánico: Se determina por el método Kjeldahl (digestión en la
que el nitrógeno orgánico se convierte en amoniaco).
•
Amoniaco: se determina elevando el pH, destilando el amoniaco con el
vapor producido, cuando se hierve la muestra y condensando el vapor que
absorbe el amoniaco gaseoso. La medida se lleva a cabo
colorimétricamente, titrimétricamente o mediante conjuntos ion-electrodo
específicos.
•
Nitrito: Su determinación se realiza colorimétricamente, es relativamente
inestable y fácilmente oxidable a la forma nitrato. Es un indicador de la
contaminación anterior al proceso de estabilización y raramente excede la
cantidad de 1 mg/l en agua residuales y 0.1 mg/l en aguas subterráneas y
superficiales los nitritos resultan tóxicos para la fauna piscícola y demás
especies acuáticas.
•
Nitrato: Es la forma más oxidada del nitrógeno que se puede encontrar en
el agua residual. Su concentración en los efluentes puede variar de 0 a 20
mg/l en forma de nitrógeno (valor típico 15 mg/l ) y su concentración se
puede determinar mediante métodos colorimétricos. En concentraciones
superiores a los 45 mg/l de NO3, sus consecuencias para los niños son
graves y ocasionalmente fatales.
Fósforo, También es esencial para el crecimiento de algas y otros organismos
biológicos. Debido a que en aguas superficiales tienen lugar nocivas
proliferaciones incontroladas de algas, actualmente existe mucho interés en
limitar la cantidad de compuestos de fósforo que alcanzan las aguas
superficiales por medio de vertidos de aguas residuales domésticas (aguas de
municipio contienen entre 4 y 15 mg/l), industriales y escorrentías naturales.
12
Las formas mas frecuentes en que se presenta el fósforo en soluciones
acuosas incluyen el ortofosfato, el polifosfato y los fosfatos orgánicos.
Azufre, el ion sulfato se encuentra, de forma natural, tanto en la mayoría de las
aguas de abastecimiento como en el agua residual. Para la síntesis de
proteínas, es necesario disponer de azufre, elemento que posteriormente será
liberado en el proceso de degradación de las mismas. Los sulfatos se reducen
químicamente a sulfuros y sulfuros de hidrógeno (H2S) bajo la acción
bacteriana en condiciones anaerobias. A continuación se muestran las
reacciones generales que rigen estos procesos:
Materia orgánica + SO4
S + 2H
S + H2O + CO2
H2S
bacteria
El sulfuro de hidrógeno que se acumula en las tuberías de las redes de los
alcantarillados se oxida mediante procesos biológicos para formar ácido
sulfúrico que es corrosivo para estas.
1.6.4 Gases: con mayor frecuencia se encuentran en aguas residuales brutas:
El nitrógeno, el oxígeno, el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, el
amoniaco y el metano. Los tres primeros son gases de común presencia en la
atmósfera, y se encuentran en todas las aguas en contacto con la misma. Los
tres últimos proceden de la descomposición de la materia orgánica presente en
las aguas residuales.
Oxígeno disuelto: Es necesario para la respiración de los organismos
aerobios, así como para otras formas de vida, sin embargo el oxígeno es poco
soluble en el agua.
La cantidad real del oxígeno y otros gases que puede estar presente en la
solución, viene condicionada por los siguientes aspectos:
•
•
•
•
Solubilidad del gas.
Presión parcial del gas en la atmósfera.
Temperatura
Pureza del agua.
Debido a que la velocidad de las reacciones bioquímicas que consumen
oxígeno aumenta con la temperatura, los niveles de oxígeno disuelto tienden a
ser mas críticos en épocas de verano.
Sulfuro de hidrógeno: Se forma durante el proceso de descomposición de la
materia orgánica que contiene azufre, o la reducción de sulfitos y sulfatos
minerales, mientras que su formación queda inhibida en presencia de grandes
cantidades de oxígeno. Es una gas incoloro, inflamable con olor característico a
huevo podrido. El ennegrecimiento del agua residual y del fango se debe
generalmente a la formación de sulfuro de hidrógeno que se combina con
hierro presente para formar sulfuro ferroso u otros sulfuros metálicos.
13
Metano: Es el principal subproducto de la descomposición anaerobia de la
materia orgánica del agua residual. El metano es un hidrocarburo combustible
de alto valor energético, incoloro e inodoro. Normalmente no se encuentra en
grandes cantidades en el agua residual, puesto que incluso pequeñas
cantidades de oxígeno tienden a ser tóxicas para los organismos productores
de metano. Debido a que es un compuesto altamente volátil, se recomienda
airear el sistema para que no haya peligro de explosión en los pozos de
registro y empalmes de alcantarillas y cámaras de conexión en donde exista el
riesgo de acumulaciones. En las plantas de tratamiento, el metano se genera
en los procesos de tratamiento anaeróbicos empleados para la estabilización
de los fangos en las aguas residuales.
(Nalco chemical company, 1995, Metcalf y Eddy. 1996 )
1.7 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS
Los materiales de desecho y las aguas residuales ejercen una influencia muy
diversa sobre la microflora de los medios acuáticos. Numerosos
microorganismos llegan a los ríos, lagos y aguas costeras con las aguas
residuales domésticas principalmente. A ellos se suman grandes cantidades de
principios nutritivos orgánicos e inorgánicos que provocan el desarrollo
exuberante de diversas especies de bacterias, hongos y gérmenes que pueden
causar graves epidemias e inhibir el desarrollo de la microflora.
Por otra parte, los microorganismos contribuyen de una manera decisiva a la
auto- depuración natural de las aguas, descomponiendo las sustancias
orgánicas contaminantes y desempeñan una función similar en la clarificación
biológica de las residuales.
En el anexo A, se muestra una tabla con los principales agentes infecciosos
potencialmente presentes en el agua residual doméstica
1.7.1 Bacterias: generalmente realizan los procesos de descomposición de la
materia orgánica del agua residual, tanto en el ámbito natural como en el de las
plantas de tratamiento. Algunas de ellas (los coliformes) sirven como indicador
de los desechos humanos, de ahí su importancia y estudio en los procesos de
depuración de aguas residuales.
1.7.2 Hongos: Son saprofitos (se alimentan de materia orgánica muerta) y
junto con las bacterias son los principales responsables de la descomposición
del carbono en la biosfera. Pueden crecer en zonas de baja humedad y con
bajos pH. Su ausencia en los procesos de degradación provocaría una
interrupción en el ciclo del carbono y una acumulación de materia orgánica.
1.7.3 Algas: Cuando las características de los lagos, ríos y asentamientos de
agua son favorables (lagos eutróficos: ricos en contenido de compuestos
orgánicos necesarios para el crecimiento biológico), se produce en las aguas
superficiales un crecimiento explosivo, donde estos se cubren con grandes
colonias de algas, que afectan el olor y el sabor de las aguas y, normalmente
14
los efluentes residuales favorecen la tasa de eutrofización del agua.
Tabla 5. Agentes infecciosos
Grupo
Estructura celular
Eucariota
Eucariota
Eubacterias
Procariota
Arqueobacterias
Procariota
Caracterización
Miembros
Multicelular con diferenciación de
células y tejidos
Plantas y animales
Unicelular con escasa diferenciación
de células.
Química celular parecida a las
eucariotas
Protistas ( algas,
hongos y protozoos)
Química distintiva
Bacterias en general
Metanógenos,
halófilos.
Fuente: Stanier r. y, Ingraham. 1986
1.7.4 Protozoos: Las amebas, los flagelados y los ciliados libres y fijos, son los
de más importancia, debido a que los protozoos se alimentan de algunas
bacterias y otros microorganismos microscópicos, por lo cual en los procesos
de purificación biológicos son capaces de mantener el equilibrio natural entre
los diferentes tipos de microorganismos. El problema radica en que ciertos
protozoos son microorganismos muy patógenos y pueden producir
enfermedades mortales.
1.7.5 Plantas y animales: Son de diversos tamaños y formas y, su especial
importancia para la depuración de las aguas residuales, es que su presencia o
ausencia son relativos a los contenidos de sustancias toxicas evacuadas al
medio y a la efectividad de los procesos de tratamiento de efluentes. Si la vida
se desarrolla normalmente, es prueba de una tratamiento apto y una
descontaminación eficiente.
1.7.6 Virus: son partículas invasoras formadas por un cordón de material
genético. Se alimentan y destruyen a las células que las acogen, formando
gran cantidad de réplicas. Debido a su alta propagación son muy infecciosas y
sus periodos de vida en aguas servidas, supera los 41 días, lo que favorece la
propagación de enfermedades.
(Metcalf y Eddy. 1996 )
En el anexo B se muestra una tabla que contiene algunos organismos
específicos empleados como indicadores de contaminación humana.
1.8 DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Depuración de aguas es el nombre que reciben los distintos procesos
implicados en la extracción, tratamiento y control sanitario de los productos de
desecho arrastrados por el agua y procedentes de viviendas e industrias. La
depuración cobró importancia progresivamente desde principios de la década
de 1970 como resultado de la preocupación general expresada en todo el
mundo sobre el problema, cada vez mayor, de la contaminación humana del
medio ambiente, desde el aire a los ríos, lagos, océanos y aguas subterráneas,
por los desperdicios domésticos, industriales, municipales y agrícolas.
15
Cuando un vertido de agua residual sin tratar llega a un cauce produce varios
efectos sobre él:
•
•
•
•
•
•
•
Tapiza la vegetación de las riberas con residuos sólidos gruesos que lleva
el agua residual, tales como plásticos, utensilios, restos de alimentos, etc.
Acumulación de sólidos en suspensión sedimentables en fondo y orillas del
cauce, tales como arenas y materia orgánica.
Consumo del oxígeno disuelto que tiene el cauce por descomposición de la
materia orgánica y compuestos amoniacales del agua residual.
Formación de malos olores por agotamiento del oxígeno disuelto del cauce
que no es capaz de recuperarse.
Entrada en el cauce de grandes cantidades de microorganismos entre los
que pueden haber elevado número de patógenos.
Contaminación por compuestos químicos tóxicos o inhibidores de otros
seres vivos (dependiendo de los vertidos industriales)
Aumenta la eutrofización al portar grandes cantidades de fósforo y
nitrógeno.
Los objetivos de una depuradora según U. S. EMVIRONMENTAL
PROTECTION AGENCY (E P A ), 1996 son:
•
•
•
•
•
Eliminación de residuos, aceites, grasas, flotantes, arenas, etc. y
evacuación al punto de destino final adecuado.
Eliminación de materias decantables orgánicos o inorgánicos
Eliminación de la materia orgánica
Eliminación de compuestos amoniacales y que contengan fósforo (en
aquellas que viertan a zonas sensibles)
Transformación de los residuos retenidos en fangos estables y que éstos
sean correctamente dispuestos.
Las determinaciones analíticas que siempre se usan en una depuradora para
conocer el grado de calidad de su tratamiento son, entre otras
•
•
•
•
•
S S (Sólidos en suspensión o materias en suspensión)
D.B.O. (Demanda biológica o bioquímica del oxígeno)
D.Q.O. (Demanda química de oxígeno)
Nitrógeno. Las formas predominantes de nitrógeno en el agua residual son
las amoniacales (amonio-amoniaco), nitrógeno orgánico, nitratos y nitritos.
Fósforo: bien como fósforo total, bien como ortofosfato disuelto.
1.8.1 Pre-tratamiento de las aguas residuales: Se define como el proceso de
eliminación de los constituyentes de las aguas residuales cuya presencia
pueda provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de los
diferentes procesos, operaciones y sistemas auxiliares. Como ejemplos de pretratamientos podemos citar el desbaste y dilaceración para la eliminación de
sólidos gruesos y trapos, la flotación para la eliminación de grasas y aceites y
el desarenado para la eliminación de la materia en suspensión gruesa que
16
pueda causar obstrucciones en los equipos y un desgaste excesivo de los
mismos.
1.8.2 Tratamiento primario de las aguas residuales: En este se elimina una
fracción de los sólidos en suspensión y de la materia orgánica del agua
residual. Esta eliminación suele llevarse a cabo mediante operaciones físicas
tales como el tamizado y la sedimentación.
El efluente del tratamiento primario suele contener una cantidad considerable
de materia orgánica y una DBO alta. En el futuro, las plantas de tratamiento
que sólo incluyen tratamiento primario irán quedando desfasadas. conforme se
vayan implantando las medidas estatales en cuanto a la necesidad de disponer
de tratamientos secundarios. El principal papel del tratamiento primario
continuará siendo el de previo al tratamiento secundario.
1.8.3 Tratamiento secundario convencional: Está principalmente
encaminado a la eliminación de los sólidos en suspensión y de los compuestos
orgánicos biodegradables, aunque a menudo se incluye la desinfección como
parte del tratamiento secundario.
Se define como la combinación de diferentes procesos normalmente
empleados para la eliminación de estos constituyentes, e incluye el tratamiento
biológico con fangos activados, reactores de lecho fijo, los sistemas de
lagunaje y la sedimentación.
1.8.4 Tratamiento avanzado: Se define como el nivel de tratamiento
necesario, más allá del tratamiento secundario convencional, para la
eliminación de constituyentes de las aguas residuales que merecen especial
atención, como los nutrientes, los compuestos tóxicos y los excesos de materia
orgánica o de sólidos en suspensión. Además de los procesos de eliminación
de nutrientes, otros procesos u operaciones unitarias habitualmente empleadas
en los tratamientos avanzados son la coagulación química, floculación, y
sedimentación seguida de filtración y carbono activado.
Para la eliminación de iones específicos y para la reducción de sólidos
disueltos, se emplean métodos menos comunes, como el intercambio iónico o
la ósmosis inversa. (Nalco chemical company, 1995, Metcalf y Eddy. 1996, Sheppard t. Powel,
1988)
1.9 IMPACTO DE LOS CAUDALES Y CARGAS CONTAMINANTES SOBRE
LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO
La capacidad de una planta de tratamiento suele calcularse para el caudal
medio diario, no obstante, por razones prácticas, las plantas de tratamiento de
aguas residuales deben ser proyectadas teniendo en cuenta las cargas
contaminantes y las condiciones de trabajo que vienen dictadas por el tipo de
agua residual.
17
También deben considerarse las condiciones punta, entre las que se incluyen
las situaciones de caudales y cargas contaminantes punta para los diferentes
procesos.
Las puntas de los caudales hidráulicos son importantes para dimensionar
correctamente las diversas instalaciones de proceso y las interconexiones entre
ellos.
1.9.1 Evaluación y determinación de las cargas contaminantes de las
plantas depuradoras: Para poder evaluar y mostrar la eficiencia de una
planta de tratamiento de aguas residuales, es necesario determinar los
caudales medios y las cargas contaminantes (DBO y SS), así, es posible
determinar el comportamiento y las variaciones en las concentraciones de los
constituyentes del agua residual durante su depuración.
Los principales factores responsables de las variaciones de las cargas son:
Figura 1. Las costumbres de los residentes de la población, que producen
variaciones a corto plazo (horarias, diarias y semanales);
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
Figura 2. Condiciones de carácter estacional, que producen variaciones a
mayor plazo.
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
En el anexo C se muestra una tabla que indica el efecto de los caudales y las
cargas contaminantes sobre los criterios de selección y dimensionamiento de
las plantas de tratamiento.
(U.S. Environmental Protection Agency, EPA, Treatability Manual, 1980, Metcalf y
Eddy. 1996)
18
Figura 3. Actividades industriales
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
1.10 FACTORES SANITARIO-AMBIENTALES IMPORTANTES EN EL
PROCESO DE ELECCIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO.
Existen una serie de elementos a tener en cuenta a la hora de establecer cual
es el sistema de tratamiento de aguas residuales a implementar.
Intervalo de caudal aplicable: El proceso de be obedecer a un intervalo de
caudal esperado e incluir los niveles de crecimiento de la población.
Variación de caudal aplicable: La mayoría de procesos y operaciones
trabajan mejor con caudales constantes; si existe una variación importante de
caudal, puede ser necesario su regulación.
Características del agua a tratar: Dichas características afectan los tipos de
operaciones a utilizar (p.e químicos o biológicos) y las exigencias para su
adecuado tratamiento.
Constituyentes inhibidores: Se debe establecer que constituyentes son
inhibidores potenciales de los procesos de tratamiento existentes, igualmente,
bajo que condiciones se manifiestan y, que componentes no se verán
afectados por el tratamiento.
Limitaciones climáticas: Los factores climáticos afectan la velocidad de
reacción en la mayoría de los procesos químicos y biológicos. También pueden
afectar el funcionamiento normal de las operaciones físicas dentro de una
planta de tratamiento.
Eficacia del tratamiento: La eficacia del sistema se mide en función de la
calidad del efluente, que debe cumplir con lo establecido en la norma
ambiental.
Tratamiento de lodos: Se debe establecer si el sistema produce una cantidad
de lodos que implique una tratamiento especifico para estos.
Limitaciones ambientales: Factores como dirección del viento, proximidad a
núcleos de población, entre otros; puede implicar restricciones sobre la
aplicabilidad de ciertos sistemas de tratamiento que puedan producir olores.
19
Características del cuerpo de agua receptor: Las limitaciones que el cuerpo
de agua receptor pueda tener (expedidas por la autoridad ambiental), hacen
que las condiciones del afluente sean mas o menos estrictas.
Fiabilidad del sistema: ?Cual es la fiabilidad del sistema a corto y largo
plazo¿ ?Cuáles son los factores que pueden hacer el sistema inestable¿ ? el
sistema puede recibir cargas inesperadas sin que se desestabilice?
Compatibilidad del sistema: ¿ Pueden emplearse de manera satisfactoria las
instalaciones existentes? ¿Puede ampliarse el sistema sin afectar su operación
y cobertura?.
Todos estos criterios servirán para poder realizar un análisis pormenorizado de
las diferentes circunstancias que pueden estar afectando de manera positiva o
negativa el funcionamiento de las plantas de tratamiento de agua residual.
Fuente: Metcalf y Eddy,1996; Evaluación PTAR Biológica
1.11 OPERACIONES FÍSICAS UNITARIAS
Las operaciones llevadas a cabo en el tratamiento de las aguas residuales, en
las que los cambios en las características y propiedades del agua se realizan
mediante la aplicación de las fuerzas físicas.
1.11.1 Medición de caudales: Un aspecto crítico en la eficacia de explotación
de una planta moderna de tratamiento de aguas residuales es la correcta
selección, uso y mantenimiento de los aparatos de medición del caudal.
En canales abiertos o, en conducciones parcialmente llenas, la determinación
del caudal se lleva a cabo midiendo la pérdida de carga generada por la
introducción de una obstrucción en la conducción, tal como un
estrangulamiento o una placa vertedero, o por medida de la sección mojada y
de la velocidad de flujo asociada. Posiblemente, el dispositivo más utilizado
para la medición del caudal de agua residual sea el aforador Parshall.
1.11.2 Desbaste: Primera operación que tiene lugar en las plantas
depuradoras de agua. Los elementos separadores pueden estar constituidos
por barras, alambres o varillas paralelas, rejillas, telas metálicas o placas
perforadas, y las aberturas pueden ser de cualquier forma, aunque
normalmente suelen ser ranuras rectangulares u orificios circulares. Una rejilla
es un elemento con aberturas, generalmente de tamaño uniforme que se utiliza
para retener los sólidos gruesos existentes en el agua residual.
Los elementos formados por varillas o barras paralelas reciben el nombre de
rejas de barrotes. El término tamiz se circunscribe al uso de placas perforadas
y mallas metálicas de sección cuneiforme. La función que desempeñan las
rejas y tamices se conoce con el nombre de desbaste y el material separado en
esta operación recibe el nombre de basuras o residuos de desbaste.
20
1.11.3 Homogeneización de caudales: La homogeneización consiste,
simplemente, en amortiguar por laminación las variaciones de caudal, con el
objeto de conseguir un caudal constante o casi constante. Esta técnica puede
aplicarse en situaciones diversas, dependiendo de las características de la red
de alcantarillado.
Las principales aplicaciones están concebidas para la homogeneización de:
1. Caudales en tiempo seco.
2. Caudales procedentes de redes de alcantarillado separativas en épocas
lluviosas.
3. Caudales procedentes de redes de alcantarillado unitarias, combinación de
aguas pluviales y aguas residuales sanitarias.
Las principales ventajas que produce la homogeneización de los caudales son
las siguientes:
•
•
•
Mejora del tratamiento biológico, ya que eliminan o reducen las cargas de
choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se consigue estabilizar el
pH.
Mejora de la calidad del efluente y del rendimiento de los tanques de
sedimentación secundaria al trabajar con cargas de sólidos constantes.
Reducción de las superficies necesarias para la filtración del efluente,
mejora de los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de
lavado más uniformes.
Figura 4. Diagrama de flujo con homogeneización
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
1.11.4 Mezclado: El mezclado es una operación unitaria de gran importancia
en muchas fases del tratamiento de aguas residuales. Las operaciones de
mezclado que se relacionan con el tratamiento de aguas residuales se
clasifican como continuas (casos en los que se debe mantener en suspensión
el contenido de un reactor o dispositivo) y rápidas continuas (casos en los que
se debe mezclar una sustancia con otra).
Mezcla rápida continua de productos químicos. El principal objetivo consiste
en mezclar completamente una sustancia con otra. La mezcla rápida puede
durar desde una fracción de segundo hasta alrededor de 30 segundos. Se
puede llevar a cabo mediante diversos sistemas, entre los que destacan:
resaltos hidráulicos en canales, dispositivos Venturi, conducciones, por
21
bombeo; mediante mezcladores estáticos, en donde el mezclado se consigue
como consecuencia de las turbulencias que se crean en el régimen de flujo.
Mezcla continua en reactores y tanques de retención. El principal objetivo
consiste en mantener en un estado de mezcla completa el contenido del
reactor o del tanque de retención. El mezclado continuo puede llevarse a cabo
mediante diversos sistemas, entre los cuales se encuentran: mezcladores
mecánicos; mecanismos neumáticos; mezcladores estáticos y por bombeo.
1.11.5 Sedimentación: Consiste en la separación, por acción de la gravedad,
de las partículas suspendidas cuyo peso especifico es mayor que el del agua.
Es una de las operaciones unitarias mas utilizadas en el tratamiento de aguas
residuales Se emplea para la eliminación de arenas, de la materia en
suspensión en floculo biológico en los decantadores secundarios en el proceso
de fango activado, tanques de decantación primaria, de los floculos químicos
cuando se emplea la coagulación química y para la concentración de sólidos en
los espesadores de fango. Su objetivo principal es la clarificación de efluentes y
la producción de fango de fácil manejo. En el anexo D hay una tabla que
muestra los tipos de sedimentación usados en aguas residuales.
1.11.6 Flotación: En el tratamiento de aguas residuales, la flotación se emplea
para la eliminación de la materia suspendida y para la concentración de los
fangos biológicos. Una vez las partículas (lodos químicos) se hallan en
superficie, pueden recogerse mediante un barrido superficial.
La separación se consigue introduciendo finas burbujas de gas, normalmente
aire, en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las partículas y la fuerza
ascensional que experimenta el conjunto partícula-burbuja de aire hace que
suban hasta la superficie del líquido. De esta forma, es posible hacer ascender
a la superficie partículas cuya densidad es mayor que la del líquido, además de
favorecer la ascensión de las partículas cuya densidad es inferior, como el caso
del aceite en el agua.
1.11.7 Filtración: Es una de las principales operaciones en el tratamiento de
agua potable. Se emplea de modo generalizado para obtener una mayor
eliminación de sólidos en suspensión de los efluentes de los procesos de
tratamiento biológicos y químicos
1.11.8 Transferencia de gases: La transferencia de gases se puede definir
como el fenómeno mediante el cual se transfiere gas de una fase a otra,
normalmente de la fase gaseosa a la líquida.
En el campo del tratamiento del agua residual, la aplicación mas común de la
transferencia de gases consiste en la transferencia de oxígeno en el
tratamiento biológico del agua residual. Dada la reducida solubilidad del
oxígeno y la baja velocidad de transferencia que ello comporta, suele ocurrir
que la cantidad de oxígeno que penetra en el agua a través de la interfase airesuperficie del líquido no es suficiente para satisfacer la demanda de oxígeno
22
del tratamiento aerobio. Es preciso crear interfases adicionales para conseguir
transferir la gran cantidad de oxígeno necesaria.
Los aireadores de superficie, método alternativo para la introducción de
grandes cantidades de oxígeno, consisten en turbinas de alta o de baja
velocidad o en unidades flotantes de alta velocidad que giran en la superficie
del líquido parcialmente sumergidas. Estos aireadores se proyectan, tanto para
mezclar el contenido del tanque, como para exponer el líquido a la acción de la
atmósfera en forma de pequeñas gotas.(MIN AGRICULTURA DE COLOMBIA, RAS,
Metcalf y Eddy. 1996)
1.12 PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Los procesos empleados en el tratamiento de las aguas residuales en los que
las transformaciones se producen mediante reacciones químicas reciben el
nombre de operaciones químicas unitarias ( ver Tabla 6).
Tabla 6. Aplicaciones de los procesos químicos unitarios en el tratamiento del
agua residual
Proceso
Aplicación
Eliminación de fósforo y mejora de la eliminación de sólidos en
Precipitación química suspensión en las instalaciones de sedimentación primaria empleadas
en tratamientos fisicoquímicos
Eliminación de materia organiza no eliminada con métodos
Adsorción
convencionales de tratamiento químico y biológico. También se
emplea para declorar el agua residual antes de su vertido final.
Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades
Desinfección
(puede realizarse de diversas maneras)
Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades. El
Desinfección con cloro
cloro es el producto químico mas utilizado.
Eliminación del cloro combinado residual total remanente después de
Decloración
la cloración (puede realizarse de diversas maneras)
Desinfección con
Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades.
dióxido de cloro
Desinfección con
Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades.
cloruro de bromo
Desinfección con
Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades.
ozono
Desinfección con luz
Destrucción selectiva de organismos causantes de enfermedades.
ultravioleta
Para alcanzar objetivos específicos en el tratamiento de las aguas
Otros
residuales, se pueden emplear otros compuestos químicos.
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
1.12.1 Precipitación química: La precipitación química en el tratamiento de
las aguas residual lleva consigo la adición de productos químicos con la
finalidad de alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en suspensión, y
facilitar su eliminación por sedimentación. En algunos casos, la alteración es
pequeña, y la eliminación se logra al quedar atrapados dentro de un precipitado
voluminoso constituido, principalmente, por el propio coagulante. Otra
consecuencia de la adición de productos químicos es el incremento neto en los
23
constituyentes disueltos del agua residual. Los procesos químicos, junto con
algunas de las operaciones físicas unitarias, se han desarrollado para
proporcionar un tratamiento secundario completo a las aguas residuales no
tratadas, incluyendo la eliminación del nitrógeno, del fósforo, o de ambos a la
vez.
Productos químicos empleados para la precipitación del agua residual:
•
•
•
•
•
Sulfato de aluminio
Cloruro férrico
Sulfato férrico
Sulfato ferroso
Cal
1.12.2 Desinfección: La desinfección consiste en la destrucción selectiva de
los organismos que causan enfermedades. No todos los organismos se
destruyen durante el proceso, punto en el que radica la principal diferencia
entre la desinfección y la esterilización, proceso que conduce a la destrucción
de la totalidad de los organismos. En el campo de las aguas residuales, las tres
categorías de organismos entéricos de origen humano de mayores
consecuencias en la producción de enfermedades son las bacterias, los virus y
los quistes amibianos. Las enfermedades bacterianas típicas transmitidas por
el agua son: el tifus, el cólera, el paratifus y la disentería bacilar, mientras que
las enfermedades causadas por los virus incluyen, entre otras, la poliomielitis y
la hepatitis infecciosa
Los métodos empleados para llevar a cabo la desinfección y esterilización son:
• Agentes físicos: Tales como la luz(radiación ultravioleta) y el calor
( pasteurización)
• Agentes químicos: Generalmente productos oxidantes
• Medios mecánicos
• Radiación: Utilizando los tipos de radiación (radiación electromagnética, la
acústica y la radiación de partículas). (Fuente: Metcalf y Eddy. 1996)
Tabla 7. Eliminación de bacterias mediante diversos procesos de tratamiento
Procesos
Tamices de malla gruesa
Tamices de malla fina
Desarenadores
Sedimentación primaria
Sedimentación química
Filtros percoladores
Fangos activados
Cloración de agua
residual tratada
% de
eliminación
0-5
10-20
10-25
25-75
40-80
90-95
90-98
98-99
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
24
1.13 PROCESOS BIOLÓGICOS UNITARIOS
Los objetivos del tratamiento biológico en el agua residual son:
•
•
Coagulación y eliminación de los sólidos no sedimentables.
Estabilización de la materia orgánica
En el agua doméstica:
•
•
Reducción de la materia orgánica presente
Eliminación de nutrientes
En el agua industrial
•
•
Reducción de concentraciones de compuestos inorgánicos y orgánicos
Eliminación de compuestos traza que pueden resultar tóxicos.
Generalmente todo lo anterior se consigue bajo la acción de los
microorganismos, especialmente las bacterias que convierten la materia
carbonosa coloidal en gases y tejido celular.
Existen cinco grupos principales: procesos aerobios, procesos anaerobios,
procesos anóxicos, procesos aerobios, anaerobios y anóxicos combinados y
los procesos de lagunaje. Los procesos individuales se pueden dividir, a su
vez, dependiendo de si el tratamiento se lleva a cabo en sistemas de cultivo en
suspensión, en sistemas de cultivo fijo, o en sistemas resultantes de la
combinación de ambos.
Procesos de cultivo fijo. Son los procesos de tratamiento biológico en los que
los microorganismos responsables de la conversión de la materia orgánica u
otros constituyentes del agua residual en gases y tejido celular están fijados a
un medio inerte, tal como piedras, escorias, o materiales cerámicos y plásticos
especialmente diseñados para cumplir con esta función
Procesos de cultivo en suspensión. Son los procesos de tratamiento biológico
en los que los microorganismos responsables de la conversión de la materia
orgánica u otros constituyentes del agua residual en gases y tejido celular, se
mantienen en suspensión dentro del líquido.
Los principales procesos de tratamiento biológico de cultivo en suspensión
empleados para la eliminación de la materia orgánica carbonosa son: el
proceso de fangos activados, las lagunas aireadas, el reactor de flujo
discontinuo secuencial y el proceso de digestión aerobia. De todos ellos, el
proceso de fangos activados es el más ampliamente empleado en el
tratamiento secundario de las aguas residuales domésticas.
1.13.1 Proceso de fangos activados: Este proceso fue desarrollado en
Inglaterra en 1914 por Ardern y Lockett, y su nombre proviene de la producción
de una masa activada de microorganismos capaz de estabilizar un residuo por
vía aerobia.
25
El residuo orgánico se introduce en un reactor, donde se mantiene un cultivo
bacteriano aerobio en suspensión. El contenido del reactor se conoce con el
nombre de «líquido mezcla». En el reactor, el cultivo bacteriano lleva a cabo la
conversión en concordancia general con la estequiometría de las siguientes
ecuaciones
Oxidación y síntesis:
BACTERIAS
COHNS + O2 + nutrientes
CO2 +NH3 + C5H7NO2 + otros productos
Nuevas células
bacterianas
MATERIA ORGANICA
Respiración endógena:
C5H7NO2 + 5 O2
BACTERIAS
5 CO2 + 2 H2O + NH3 + energía
En estas ecuaciones, COHNS representa la materia orgánica del agua residual.
A pesar de que la reacción de la respiración endógena conduce a la formación
de productos finales relativamente sencillos y al desprendimiento de energía,
también se forman algunos productos orgánicos estables.
En el proceso de fangos activados, las bacterias son los microorganismos más
importantes, ya que son los causantes de la descomposición de la materia
orgánica del afluente. En el reactor o tanque de aireación, las bacterias
aerobias o facultativas utilizan parte de la materia orgánica del agua residual
con el fin de obtener energía para la síntesis del resto de la materia orgánica en
forma de células nuevas. En realidad, sólo una parte del residuo original se
oxida a compuestos de bajo contenido energético tales como el NO3, el SO4 o
el CO2; el resto se sintetiza en forma de materia celular. Los productos
intermedios que se forman antes de producirse los productos finales de
oxidación son muy diversos, algunos de los cuales se muestran en el término
de la derecha de la primera ecuación.
En general, las bacterias que intervienen en el proceso de fangos activados
incluyen
los
géneros
Pseudomonas,
Zoogloea,
Achromobacter,
Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium y las dos bacterias
nitrificantes más comunes, los Nitrosomas y las Nitrobacter. Adicionalmente,
se pueden presentar diversas formas filamentosas tales como la Sphaerotilus,
Begiatoa, Thiothrix, Lecicothrix,y Geotrichum.
En tanto que las bacterias son los microorganismos que realmente degradan el
residuo orgánico del afluente, las actividades metabólicas de otros
microorganismos son igualmente importantes en el sistema de fangos
activados.
26
Por otro lado, del mismo modo que es importante que las bacterias
descompongan el residuo orgánico tan pronto como sea posible, también lo es
el que formen un floculo adecuado, puesto que este punto constituye un
requisito previo para la separación de los sólidos biológicos en la instalación de
sedimentación. Se ha observado que cuando se aumenta el tiempo medio de
retención celular mejoran las características de sedimentación del floculo
biológico. En el caso de aguas residuales domésticas, los tiempos medios de
retención celular necesarios para conseguir una buena sedimentación oscilan
entre tres y cuatro días.
1.13.2 Procesos de tratamiento anaerobio: En los últimos 10 años se han
desarrollado numerosos procesos para el tratamiento de fangos de alto
contenido de materia orgánica, pero el mas común de los procesos anaerobios
de cultivo en suspensión es el proceso de digestión anaerobia de mezcla
completa.
Digestión anaerobia, Es uno de los procesos más antiguos empleados en la
estabilización de fangos. En este proceso se produce la descomposición de la
materia orgánica e inorgánica en ausencia de oxígeno molecular. Sus
principales aplicaciones han sido y siguen siendo hoy en día, la estabilización
de fangos concentrados producidos en el tratamiento del agua residual y de
determinados residuos industriales; sin embargo, recientemente se ha
demostrado que los residuos orgánicos diluidos también se pueden tratar
anaeróbicamente.
En el proceso de digestión anaerobia, la materia orgánica contenida en la
mezcla de fangos primarios y biológicos se convierte biológicamente, bajo
condiciones anaerobias, en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). El
proceso se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado. Los fangos se
introducen en el reactor de forma continua o intermitente. y permanecen en su
interior durante periodos de tiempo variables. El fango estabilizado, que se
extrae del proceso continua o intermitentemente, tiene un bajo contenido en
materia orgánica y patógenos, y no es putrescible.
La conversión biológica de la materia orgánica de los fangos parece que se
produce en tres etapas:
•
El primer paso del proceso comporta la transformación por vía enzimática
(hidrólisis) de los compuestos de alto peso molecular en compuestos que
puedan servir como fuentes de energía y de carbono celular.
•
El segundo paso (acidogénesis), implica la conversión bacteriana de los
compuestos producidos en la primera etapa en compuestos intermedios
identificables de menor peso molecular.
•
El tercer paso (metanogénesis), supone la conversión bacteriana de los
compuestos intermedios en productos finales más simples, principalmente
metano y dióxido de carbono.
27
En la digestión anaerobia, la estabilización se alcanza cuando se produce
metano y dióxido de carbono. El gas metano así producido es altamente
insoluble y su desprendimiento de la solución representa la estabilización real
del residuo.
1.13.3 Procesos de tratamiento por lagunaje: Dentro de este tipo de
alternativas, las de mayor difusión las constituyen las Lagunas de
Estabilización, con un amplio espectro de configuraciones dependiendo de las
componentes unitarias involucradas.
Lagunas Facultativas: Los sistemas de tratamiento sobre la base de Lagunas
de Estabilización Facultativas tienen una amplia difusión al tratarse de aguas
servidas domésticas netas, cuya carga orgánica en términos de concentración
es del orden de 100 - 300 mg/l DBO. Sin embargo, no ocurre lo mismo al
aplicar estos sistemas como alternativa de tratamiento para los Residuos
Industriales Líquidos, los que por la alta carga orgánica que generalmente traen
consigo, exigen grandes requerimientos de terreno.
Para que el sistema se comporte como Facultativo, se debe cumplir con que la
carga orgánica aplicada no supere la máxima admisible.
Si las aguas residuales traen consigo un alto contenido de sulfatos, el
comportamiento y eficiencia de las unidades (en especial las componentes
primarias) se torna bastante sensible y con tendencia a tornarse anaeróbica.
Como consecuencia de ello, el sistema se ve propenso a la potencial
generación de olores ofensivos.
Lagunas Anaeróbicas: El proceso del tratamiento en una laguna anaeróbica
obedece a dos etapas, siendo la primera la de fermentación (generada por
bacterias del tipo facultativo), y la segunda o metanogénesis, generada por
bacterias estrictamente anaeróbicas.
Las Lagunas Anaeróbicas son dimensionadas bajo el concepto de carga
volumétrica aplicada, y permiten en general profundidades mayores que las
facultativas, lo que redunda comparativamente en un menor requerimiento de
terreno.
Por las características propias de la población microbiana y el hábitat en que se
desarrollan, las lagunas Anaeróbicas son especialmente sensibles a cambios
como el pH y la Temperatura, de manera que una variación en dos unidades de
pH o dos grados centígrados puede llevar al desequilibrio de la población
microbiana, generando olores ofensivos en el entorno, el colapso temporal del
sistema y una lenta recuperación.
Lagunas Aireadas Facultativas: Este tipo de lagunas prescinde de la mezcla
completa y se diseña para tiempos de retención mayores (5 - 12 días), con lo
que el espacio requerido aumenta considerablemente produciéndose además,
por un lado, acumulación de sólidos y, por otro, generación de algas en la
laguna.
28
Lagunas Aireadas: Las lagunas o estanques aireados se desarrollaron a partir
de las estanques de estabilización facultativos en los que instalaron aireadores
de superficie para eliminar los olores que se producían al estar sometidas a
sobrecargas orgánicas.
El proceso del lagunaje aireado es esencialmente el mismo que el de fangos
activados de aireación prolongada convencional, excepto que se usa como
reactor un depósito excavado en el terreno. El oxígeno necesario en el proceso
se suministra mediante difusores o aireadores superficiales.
Dado que el proceso de lagunaje aireado es, esencialmente, el mismo que el
de fangos activados, la microbiología es también similar. Existen algunas
diferencias, puesto que la gran superficie asociada a las lagunas aireadas
puede dar lugar a efectos térmicos más señalados de lo que es normal en el
proceso convencional de fangos activados.
En los sistemas de lagunas aireadas es posible llevar a cabo el proceso de
nitrificación, tanto de forma estacional como en continuo.
(Nalco chemical company, 1995, Metcalf y Eddy. 1996 )
1.14 PANORAMA NACIONAL
Según el ministerio de desarrollo económico en se estudio: “Evaluación
ambiental del sector de agua potable y saneamiento básico en Colombia”
expedido en noviembre de 2.001, el panorama nacional es el siguiente:
1.14.1 Indicativos del estado del manejo de las aguas residuales: En el
país existen 170 plantas de tratamiento de aguas residuales, la mayoría de las
cuales, 132, fueron construidas por las administraciones municipales y 38 por
Juntas de Acción Comunal, condominios habitacionales y empresas privadas.
Buena parte de las plantas comentadas fueron construidas ya hace algunos
años y presentan condiciones inadecuadas frente a los requerimientos
actuales; en otros casos, el proceso de tratamiento resulta incompleto;
existiendo además, falta de capacitación del personal encargado de su
operación y mantenimiento.
Desde el punto de vista de la distribución geográfica de este tipo de
instalaciones, la mayoría de ellas se ubica en los Departamentos de
Cundinamarca (24), Cesar (16) y Antioquia (13). Debe mencionarse que en el
Departamento de Cundinamarca, hace algunos años, la CAR propició un
programa de descontaminación de las aguas servidas de los municipios
ubicados en las cabeceras del Río Bogotá cuyas fuentes eran aprovechadas
aguas abajo para el suministro y abastecimiento de la ciudad de Bogotá. De
otro lado, existen departamentos ubicados en su mayoría en la región de la
Amazonía y Orinoquía , en los cuales no existe ningún sistema de tratamiento
(Meta, Vichada, Amazonas, Guainía y Vaupés). A este grupo se une también
el Departamento de Risaralda.1
1
Contraloría General de la República. “ Informe sobre el Estado de los Recursos Naturales y del Ambiente 2000-2001”
29
Por otra parte, de acuerdo con las cifras de la Contraloría General de la
República, aún suponiendo la operación más o menos normal de las 170
plantas de tratamiento existentes y la construcción de las 132 PTAR
proyectadas, el cubrimiento de este tipo de instalaciones continuaría siendo
bajo (27%) con respecto a la totalidad de los 1089 municipios colombianos
existentes.
Aunque la cifra mencionada constituye por sí misma el indicio de una baja
actuación para la protección ambiental del recurso hídrico del país, debe
mencionarse que solo hasta ahora las grandes ciudades del país han iniciado
la construcción parcial de algunos sistemas de descontaminación y que en la
actualidad no puede desconocerse la magnitud de los impactos causados por
la contaminación de los ríos Bogotá, Cauca y Magdalena.
1.14.2 Aproximación a los caudales de aguas tratadas: Teniendo en cuenta
los consumos per cápita de agua, estimados en 231 litros y, la relación
respectiva con las aguas servidas equivalente al 80%, la Contraloría General
de la República estimó el volumen de aguas tratadas en los 119 sistemas de
tratamiento de aguas existentes en el país. Los resultados de los estimativos
son concluyentes y dramáticos al establecer que sólo el 0.21% de las aguas
servidas recibe tratamiento antes de verterse a los cuerpos de agua
superficiales o previamente a su uso para la generación eléctrica o el consumo
humano.
La situación colombiana resulta aún más grave al considerar que en el conjunto
de las naciones latinoamericanas sólo el 2% del agua residual recibe algún tipo
de tratamiento y que frente a este indicador la situación colombiana resulta diez
veces inferior.
Adicionalmente, las plantas de tratamiento existentes reciben 14.434 m3/día de
aguas servidas y solo tratan 11.680 m3/día, con lo cual queda un 19% sin
tratamiento, lo que resulta atribuible a falta de capacidad de algunas de las
plantas actuales o a deficiencias en su funcionamiento.
1.14.3 Las restricciones técnicas: Uno de los problemas más comunes a que
se ven expuestas las administraciones municipales es la falta de capacidad
para la selección de la tecnología adecuada para el manejo de las aguas
residuales y su adaptación a las condiciones propias del municipio y de la
región.
De acuerdo con la Contraloría General de la República,
prevalecen en estos sistemas de tratamiento se tipifican así:
las fallas
que
Falta de claridad en el entendimiento de las exigencias y requisitos del
proceso: en algunos casos no se realiza el tratamiento primario o en otros
su calidad es muy deficiente.
Pese a la utilización plena de la capacidad instalada de algunas de las
30
plantas existentes, un volumen importante del agua no alcanza a ser
procesado y se vierte directamente en los cuerpos receptores sin
tratamiento previo.
El diseño insuficiente de algunas lagunas anaeróbicas, en especial las
construidas antes de los años 80, implica la falta de la profundidad
necesaria y la ocurrencia de procesos de sedimentación alta, que impide la
digestión debida de los sólidos sedimentados y ocasiona malos olores y
baja calidad de los efluentes.
El control de la calidad del agua es insuficiente o inexistente con
incumplimiento manifiesto de la normatividad existente que obliga a
actualizar anualmente la caracterización del vertimiento. Las cifras
existentes evidencian que solo el 40% de las plantas actuales cumple con la
remoción eficiente de carga orgánica, con niveles superiores al 80% para
DBO5 y al 65% para SS.
Por último, vale señalar que solamente el 22% de las plantas cumple los
requisitos de permisos de vertimiento y puede afirmarse que, “ ni las CAR, ni
la ciudadanía han tomado conciencia ambiental respecto al control y
autorización de vertimiento líquidos que se realizan a las fuentes de
agua.....”1
1.15 NORMATIVIDAD
En la región de la Sabana de Bogota y sus alrededores, la entidad encargada
del manejo y administración del recurso (agua) es la CAR: Corporación
Autónoma Regional de Cundinamarca y los vertimientos de la zona deben
cumplir con el decreto 1594 del 26 de junio de 1984, expedido por el Ministerio
de Agricultura, en donde se contemplan los usos del agua y el manejo de los
residuos líquidos.
Tabla 8. Requerimientos exigidos para vertimientos en cuerpos de agua
(Capítulo. VI, Art. 72)
Referencia
Potencial de hidrógeno
(pH)
Temperatura
Material flotante
Remoción grasas y aceites
Sólidos suspendidos
DBO Remoción
Para desechos domésticos
Para desechos industriales
Usuario nuevo
5a9
Usuario existente
5a9
> a 40 grados centígrados
Ausente
> 80 % en carga de remoción
> 80 % en carga de remoción
> a 40 grados centígrados
Ausente
> 80% en carga de remoción
> 50% en carga de remoción
80% en carga de remoción
80% en carga de remoción
De acuerdo a lo establecido en
Carga máxima permisible
Art. 74 y 75 de dicho decreto
Fuente: Decreto 1594 del ministerio de agricultura
1
Contraloría General de la República
31
30% en carga de remoción
20% en carga de remoción
De acuerdo a lo establecido en
Art. 74 y 75 de dicho decreto
El articulo 74, habla específicamente de las sustancias de interés sanitario
(arsénico, bario, cobre, compuestos fenólicos, entre muchos otros) y sus
correspondientes concentraciones de control.
El articulo 75 indica las ecuaciones con las cuales se calculará la carga de
control de un vertimiento que contenga las sustancias de interés sanitario que
muestra el articulo 74.
1.16 CALENDARIO CLIMÁTICO
Buena parte del estado del tiempo se rige por un ciclo anual, que depende de
la posición relativa del sol con respecto a la tierra.
El país se caracteriza por el desplazamiento de la zona de confluencia
intertropical (una banda nubosa que da origen a lluvias en la región donde se
encuentre). Esta banda cruza el país desde enero, partiendo del sur y entre
julio y agosto llega al norte, para luego devolverse de norte a sur. El país se
encuentra dividido en cinco regiones; Región caribe, Región andina, Región
amazonía, región orinoquía y región pacifica.
Tabla 9. Descripción de los periodos climáticos durante los meses del año:
•
•
•
•
Febrero
•
•
•
Marzo
•
•
Abril
•
•
Mayo
•
•
•
Junio
•
•
Julio
•
•
•
Agosto
•
•
Septiembre •
Enero
Octubre
Noviembre
Diciembre
•
•
•
•
•
•
Generalmente tiempo seco.
Lluvias moderadas en Valle, Cauca, Huila y Nariño.
Riesgo de heladas en los altiplanos
Generalmente tiempo seco.
Lluvias moderadas en la zona cafetera, Valle, Huila y Nariño.
Riesgo de heladas en zonas agrícolas superiores a 2400 msnm.
Tiempo moderadamente seco en la primera quincena.
Inicio de la temporada lluviosa en la segunda quincena
Aumento de la nubosidad
El mes mas lluvioso de la primera temporada húmeda del año.
Mes de invierno
En el valle y la zona cafetera es el mes mas lluvioso.
Lluvias menos intensas en la Sabana de Bogotá y Nariño.
Lluvias inferiores al mes anterior, pero aun abundantes en Antioquia.
Disminución total en la Sabana de Bogotá.
Temporada relativamente seca
Notorio descenso de la lluvias en el resto de la región.
En la segunda quincena, aumentan los vientos y los días soleados.
Tiempo seco.
Mes de los vientos más intensos.
Tiempo relativamente seco en la primera quincena.
En la segunda quincena, comienza la segunda temporada de lluvias en
toda la región, con excepción del norte de Huila
El mes más lluvioso en toda la región.
Tormentas eléctricas
Disminución de lluvias en la mayor parte de la región.
Aumento de lluvias en Cauca y Nariño.
Niebla y granizo en la Sabana de Bogotá
A partir de la segunda quincena comienza la temporada seca en la
mayor parte de la región.
Fuente: I D E A M, 2003
32
La Universidad de La Sabana y la Industria Cervecera Leona, se encuentran
ubicadas en la Sabana de Bogotá y ésta a su vez en la región andina.
En el anexo L se observa las medidas de las precipitaciones durante los
últimos 10 años en el municipio de Chía y sus alrededores.
En el anexo M se observan las medidas de evaporación durante los últimos
10 años en el municipio de Chía y sus alrededores.
Figura 5. Los perfiles de evaporación y precipitación durante los meses del año.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Precipitacion
Meses
Fuente: I D E A M, Promedios 1990-2003
33
re
re
ie
m
b
ic
D
e
ct
ub
r
ov
ie
m
b
N
O
A
go
st
o
S
ep
ti e
m
b
re
Ju
li o
Ju
ni
o
M
ay
o
il
A
br
zo
M
ar
eb
r
er
o
Evaporacíon
F
E
ne
ro
mms
Evaporación y Precipitación
2. METODOLOGÍA
Se realizó una revisión bibliográfica general del tema de tratamiento de aguas
residuales, parámetros de comparación, panorama nacional y componentes
ecológicos; en segunda instancia se realizó la recolección de la información
técnica (Caudales, volúmenes, entre otros) necesaria para comenzar la
operación de una planta de tratamiento biológico de aguas residuales con
adición de microorganismos (PTB).
A partir de la planta existente (aeróbica con inyección de aire, PTAR) y de su
operación, se obtuvo información real de sus rendimientos, problemas de
mantenimiento, facilidad o dificultad en el control de los procesos y de su
capacidad de adaptación a la variación en las condiciones de trabajo.
Por último, se realizó el análisis comparativo de las dos plantas anteriormente
tratadas con respecto a la Planta convencional de tratamiento de aguas
residuales (PTAR LEONA) (datos suministrados por Cervecería Leona S.A.)
teniendo en cuenta los parámetros de comparación (técnicos y económicos) y
la experiencia previa.
2.1 PLANTAS DE TRATAMIENTO
UNIVERSIDAD DE LA SABANA
DE
AGUA
RESIDUAL
DE
LA
2.1.1 Recolección de datos
Con el fin de determinar el tipo de aguas residuales que se producen en la
universidad, el origen de estas y como se distribuyen en las plantas de
tratamiento, se recogió la siguiente información:
•
•
•
•
Inicialmente se solicitó en Servicios generales y Secretaría Académica un
estimado de la población de la universidad en los días normales de
afluencia y el promedio mensual de consumo de agua potable dentro de la
Universidad.
Se realizó el diagrama de operación de cada planta, definiendo cada una de
sus operaciones unitarias.
Mediante documentos y planos, se ubicaron los efluentes de entrada a cada
planta y en cada sitio de origen se determinó la posible fuente de
contaminación.
Se revisaron datos de muestreos realizados anteriormente a los afluentes
de las plantas de tratamiento, para así tener una estimado de la
composición de las aguas residuales y diagnosticar la situación actual de
cada planta.
2.1.2 Evaluación de los requerimientos hidráulicos
• Se determinaron las dimensiones volumétricas de las instalaciones de las
34
•
•
plantas.
Se realizó la descripción de las plantas, en cuanto a características técnicas
y funcionales dentro de cada una de sus etapas de depuración.
Se determinaron los caudales medios, máximos y mínimos a la entrada y a
la salida de cada planta de tratamiento.
En la UNIVERSIDAD DE LA SABANA se recogieron datos de caudales de
entrada y de salida de cada una de las PTAR en seis días a la semana,
durante el horario usual de afluencia en la universidad (7 AM - 6 PM), al
menos una medición por hora, para poder determinar el perfil diario. (NTCISO5667-10; RAS)
La medición de caudales en las corrientes de agua se realizaron mediante
derivaciones del método volumétrico (Volumen con respecto al tiempo).
1. Método de llenado de instalaciones para descargas intermitentes y
caudales pequeños.
2. Estimación de caudales de bombeo y duración de los mismos. El caudal
se estimó a partir de las características de las bombas.
3. Cronometrar el desplazamiento de un objeto entre dos puntos de
referencia.
4. Cronometrar el cambio de nivel dentro de un tanque o depósito,
principalmente para caudales discontinuos. (Bernal, 1998)
En todos los casos anteriores fue necesario determinar el área superficial
del reactor, tanque y / o depósito; para determinar la profundidad de los
mismos, se utilizó una vara métrica (tubo de PVC de 2,5 metros de longitud
y con divisiones cada 10 centímetros). Las áreas y los niveles determinados
en las plantas, se observan en las figuras 8 y 12 respectivamente.
•
Las variaciones ocasionadas por los factores climatológicos de la región
(Evaporación y precipitaciones) se describen en la sección 1.15.
•
Se determinará el periodo de retención hidráulico de cada planta. (Tiempo
en el que un volumen de agua, recorre la totalidad de la PTAR)
2.1.3 Plan de muestreo.
Se definió un plan de muestreo para la planta de tratamiento biológico por
adición de microorganismos y para la planta de tratamiento aeróbico por lodos
activados con inyección de aire.
1. El análisis fisicoquímico que exige el artículo 72 del decreto 1594 del 26 de
junio de 1984 (Capítulo. VI, Art. 72), en lo que respecta a vertimientos en
cuerpos de agua, fue realizado en el laboratorio de bioquímica de la
UNIVERSIDAD DE LA SABANA, con la utilización de los siguientes
métodos de obtención, avalados por el ICONTEC
35
Tabla 10: Métodos utilizados para análisis fisicoquímicos.
Parámetros físicos
Temperatura
Material flotante
Método de obtención
Mediante termómetro
Visual
Parámetros químicos
Sólidos suspendidos
Método de obtención
Filtración / Gravimétrico
Demanda bioquímica de
oxígeno
Por Incubación
Grasas y aceites
De la extracción Soxhlet
Potencial de hidrógeno
Potenciométrico
Fuente: Decreto 1594, ICONTEC, 1977-2000
NTC
3645: 1994
897: 1994
3630:1994
3362: 1992
3651. 1994
La demanda bioquímica de oxígeno no se determinó, debido a la ausencia
de reactivos durante los meses de muestreo, a cambio, fue necesario
determinar la demanda química de oxígeno y utilizar la correlación para
aguas brutas domésticas DBO / DQO con intervalo entre 0,4 – 0,8.
(Metcalf y Eddy, 1996)
En adición, esta relación es un indicativo de la biodegradabilidad de la
materia contaminante. En aguas residuales un valor de la relación
DBO/DQO menor de 0,2 se interpreta como un vertido de tipo inorgánico y
orgánico si es mayor de 0,6.
Para realizar la corrección se multiplicó la DQO por 0,7 con el objeto de
mostrar un estimativo de la DBO en las plantas de tratamiento de aguas
residuales de la universidad de la sabana, ya que el decreto 1594 utiliza
como parámetro la DBO y no la DQO.
Fuente Bibliográfica
INFORME "INDICADORES DE CALIDAD Y DE GESTIÓN AMBIENTAL DEL DAMA Y DEL
SIAC (2000)" pgs 7, 8, 17. Hojas Metodológicas del Sistema de Indicadores de
Planificación y Seguimiento Ambiental - SIPSA del Departamento Nacional de Planeación
Colombia (DNP) pgs 259 - 260, Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente
Bogotá (DAMA)
2. Determinación de los puntos de muestreo, el número de muestras y la
frecuencia de muestreo.
•
Las muestras fueron tomadas en el afluente (Entrada) y el efluente (Salida)
de las plantas donde se presentara turbulencia, para asegurar la
homogeneidad de la muestra. Ver diagrama de plantas, figuras 13 y 14
respectivamente.
Tabla 11. Puntos de muestreo de las plantas de la Universidad
PTAR
BIOLÓGICA
ENTRADA
Caja reductora de velocidad de caudal
(Ubicada entre bioreactor y balsa de digestión)
AIREADA
Entrada de laguna
Fuente: Autor, 2002-2003
36
SALIDA
Salida balsa de
pulimento
Salida zona de
sedimentación
•
Para el análisis fisicoquímico, se realizó una toma de muestras la primera
semana de cada mes (Generalmente los jueves, ya que en este día se
alcanzaban los máximos caudales) y se tienen datos disponibles desde el
mes de abril de 2002.
•
En los puntos de muestreo se tomaron muestras simples de 250 mililitros
cada 60 minutos, mediante un colector metálico, desde las 8 a.m. Hasta las
5 p. m.
En un frasco de vidrio de boca ancha se iban almacenando las muestras y
al final del día era llevado al laboratorio y mantenido en refrigeración hasta
su análisis el día siguiente.
El laboratorio realizaba cada prueba con dos réplicas, para efectos de
representatividad.
•
Los análisis de temperatura y material flotante fueron realizados en los
puntos de muestreo.
(NTC-ISO 5667-1, Bernal D. Eufrasio, 1998)
2.1.4 Análisis técnico y estadístico de los parámetros medidos
•
Análisis del Funcionamiento de la planta:
Se realizaron gráficas que muestran la concentración de la materia orgánica
(DBO, S S y grasas) en el efluente y el afluente de la planta en función del
tiempo (meses); en está, se determina el margen o intervalo de eliminación
de la materia orgánica; adicionalmente se determinarán las eficiencias de
remoción:
Relación de DBO a la entrada y a la salida por 100.
Relación de S S a la entrada y a la salida por 100.
Relación de grasas a la entrada y a la salida por 100.
Se incluye el Análisis del comportamiento de cada uno de los componentes
que la norma exige, en función de la remoción.
•
Balance de materia orgánica:
Se realizó a partir de los diagramas de cada planta, los caudales medios
determinados y los análisis de materia orgánica (DBO, S S y Grasas)
obtenidos en el laboratorio.
El alcance de estos resultados operativos fue suficiente para:
o Determinar las concentraciones y la cantidad en masa en cuanto a
DBO, S S y grasas dentro de las corrientes de entrada (Afluente) y
salida (efluente) en cada planta de tratamiento.
o Determinar las eficiencias de remoción dentro del las instalaciones
de cada planta en lo que se refiere a DBO, S S y grasas, con
respecto a las concentraciones iniciales y finales.
o Determinar la cantidad (en masa) de DBO, S S y grasas que se
retiran del agua residual que pasa por las plantas.
37
De lo anterior se desprende un balance de materia orgánica simple.
•
Comparación de eficiencias de remoción entre plantas:
Para comparar el funcionamiento entre las plantas de tratamiento de la
UNIVERSIDAD DE LA SABANA, se realizaron gráficas, que muestran los
porcentajes de remoción (DBO, S S y grasas) de cada una de las plantas en
función de los meses, donde está implícito el límite de la norma técnica.
En las graficas se observa comportamiento de la remoción de materia
orgánica en cada una de las plantas y la tendencia con respecto al
porcentaje exigido por la norma.
•
Análisis estadístico:
En lo que respecta al análisis estadístico, se utilizó la estadística básica
para determinar los resultados operativos en cada planta: media aritmética y
desviación estándar para un grupo de n datos equivalentes a los meses.
Para la comparación entre PTAR se utilizó una distribución t de student para
muestras pequeñas (n <= 30) (ver anexo N con respecto al porcentaje de
remoción de materia orgánica (DBO, S S, grasas y aceites) del efluente, con
un nivel de significación del 5% y n1 + n2 – 2 grados de libertad por parejas,
con lo que se pudo determinar la diferencia de remoción media de materia
orgánica por parámetro en cada planta.
2.1.5 Realización de plan de muestreo
•
El funcionamiento de las plantas y su comportamiento con respecto a la
normatividad fue evaluada con las resultados operativos obtenidos bajo el
plan de muestreo desde abril del 2002 hasta marzo del presente año.
•
En algunos meses se observa la ausencia parcial o total de resultados, ya
que se dejaron de realizar los análisis en el laboratorio de la universidad,
por diversos motivos. Aunque los resultados son incompletos, los datos que
se tienen son representativos y permiten realizar un análisis.
2.2 PLANTA
CONVENCIONAL
DE
TRATAMIENTO
RESIDUALES DE LA CERVECERIA LEONA.
DE
AGUAS
2.2.1 Recolección de datos
En lo referente a esta planta, no hubo recolección de datos como tal, sino un
levantamiento de información proveniente de los supervisores de la planta de
tratamiento de agua a lo largo de una serie de visitas en el mes de marzo de
2002, bajo la autorización del Ingeniero Salustriano Jiménez, Director del Área
de Investigación y Desarrollo de la Cervecería Leona.
Además, al autor le fue suministrado un documento en medio magnético, que
38
contenía datos referentes a caudales, capacidades operativas, cargas
contaminantes, entre otros, recolectados a lo largo del 2000 y 2001.
Entonces, a partir de lo anterior:
•
Se realizó el diagrama de operación de la planta convencional, definiendo
cada una de sus operaciones unitarias.
•
Se ubicaron los efluentes de entrada a la planta y en cada sitio de origen se
determinó la posible fuente de contaminación.
•
Se revisaron datos de muestreos realizados anteriormente a los afluentes
de la planta de tratamiento, para así tener un estimado de la composición
de las aguas residuales y diagnosticar la situación actual de cada planta.
•
Se realizó la descripción de la planta, en cuanto a características técnicas y
funcionales dentro de cada una de sus etapas de depuración.
2.2.2 Determinación de Caudales medios, máximos y mínimos.
La medición de caudales (afluente, corrientes, efluente) fue realizada por
operarios de la PTAR LEONA, mediante sistemas detectores de flujo en
distintos puntos de recorrido y en los reactores revisaban el cambio de nivel a
lo largo del tiempo.
Los datos de caudales suministrados de la PTAR LEONA, corresponden a los
meses del periodo 2001. Todas las mediciones fueron realizadas durante las
jornadas del día y de la tarde, al menos, tres veces por semana; luego se
obtenía un promedio mensual que iba actualizando la base de datos de la
CERVECERIA LEONA S. A.
(Fuente: Operarios PTAR Leona)
2.2.3 Descripción del muestreo
El muestreo para el análisis fisicoquímico del agua residual de la PTAR LEONA
fue realizado por personal del laboratorio de bioquímica de la CERVECERIA
LEONA.
Todos los días de la semana (menos el fin de semana), se tomaban muestras
simples en varios frascos de vidrio de boca ancha y se hacían los respectivos
análisis durante las siguientes doce horas. Se realizaba un promedio semanal y
al final del mes se alimentaba la base de datos de la Cervecería.
El análisis fisicoquímico que exige el articulo 72 del decreto 1594 de 1984, fue
realizado en el laboratorio de bioquímica de la CERVECERIA LEONA S. A. y
los métodos utilizados por ellos se muestran en la tabla 12.
39
2.2.4 Análisis del Funcionamiento de la planta
Se realizaron gráficas que muestran la concentración de la materia orgánica
(DQO y S S) en el efluente y el afluente de la planta en función del tiempo
(meses); en ésta, se determina el margen o intervalo de eliminación de la
materia orgánica; adicionalmente se determinarán las eficiencias de remoción:
Relación de DQO a la entrada y a la salida por 100.
Relación de S S a la entrada y a la salida por 100.
Se incluye el análisis del comportamiento de cada uno de los componentes que
la norma exige, en función de la remoción.
Tabla 12. Métodos utilizados en el análisis fisicoquímico en la PTAR Leona
Método de obtención
parámetros físicos
Material flotante
parámetros químicos
Sólidos suspendidos
Grasas y aceites
Potencial de hidrógeno
Demanda química de
oxígeno
NTC
Cualitativo
Método de obtención
Filtración / Gravimétrico
Cualitativo ( ausente, presente)
Potenciométrico
Reflujo con dicromato
897: 1994
3651. 1994
3629. 1994
Fuente: ICONTEC, 1977-2000
El análisis de DQO no está establecido en el decreto 1594 y por lo tanto no hay
parámetro de comparación; y en ninguno de los casos se puede emplear la
correlación de DBO / DQO, ya que esta no aplica para aguas residuales
industriales. (Metcalf y Eddy , 1996)
•
Balance de materia orgánica:
Se realizó a partir de los diagramas de la planta, los caudales medios y los
análisis de materia orgánica (DQO y S S ) obtenidos en el laboratorio de la
Cervecería Leona.
El alcance de estos resultados operativos fue suficiente para:
o Determinar las concentraciones y la cantidad en masa en cuanto a
DQO y S S dentro de las corrientes de entrada y salida en la planta
de tratamiento.
o Determinar las eficiencias de remoción dentro de las instalaciones de
la planta en lo que se refiere a DQO y S S con respecto a las
concentraciones iniciales y finales.
o Determinar la cantidad (en masa) de DQO y S S que se retiran del
agua residual que pasa por la planta de tratamiento.
40
De lo anterior se desprende un balance de materia orgánica simple que es
lo que se muestra en el capitulo 4
2.3 DISEÑO DEL PLAN DE COSTOS
Los parámetros que se tuvieron en cuenta para el análisis económico son los
siguientes:
2.3.1. Inversión inicial
Costo de equipos
Mano de obra
Costo de infraestructura
Costos de adaptación al proceso actual
2.3.2 Costo de operación mensual
Nómina (parafiscales y demás)
Insumos y materiales
Costo de mantenimiento
Con el estudio anterior, se pudo determinar qué cantidad de esfuerzo técnicoeconómico requiere cada una de las PTARs analizadas, para liberar en el
cuerpo receptor un mismo volumen de agua depurada bajo las normas de
vertimiento exigidas.
41
3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES DE LAS
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN
ESTUDIO
En la actualidad existen dos lagunas de estabilización y dos plantas de
tratamiento en donde se depuran las aguas residuales que se producen
durante el día; estas se encuentran repartidas para los diferentes edificios e
instalaciones:
•
•
•
•
Planta de tratamiento aeróbico por lodos activados: Ubicada al costado
occidental de la Facultad de Ingeniería, en donde llega el agua doméstica
de los edificios A, B, C, D, de la Casa del Lago, los kioscos y oficinas
ubicadas en La Plaza de los Arcos.
Planta de tratamiento biológico: Ubicada al costado nororiental de la cancha
de fútbol, donde llega el agua doméstica de los edificios E1, E2, G, F, el
embarcadero, el Mesón y deportes.
Laguna de estabilización: Ubicada en TELETON donde llegan las aguas
domésticas de la Clínica Puente del Común.
Laguna de estabilización: Ubicada al lado occidente del INALDE, donde
llegan las aguas domésticas de sus edificios.
En lo que al proyecto respecta, se estudiarán y analizarán las dos plantas de
tratamiento existentes en la universidad.
3.1 PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLOGICO (PTB)
La planta de tratamiento biológico de aguas residuales de la Universidad de la
Sabana, fue diseñada por SISVITA TECHNOLOGIES y fue construida en
convenio con la Facultad de Ingeniería de La Universidad. La depuración del
agua se lleva a cabo mediante un tratamiento biológico, por procesos
naturales, utilizando bacterias, algas en suspensión y vegetación. Su
funcionamiento se asemeja al de una laguna de estabilización facultativa.
Esta Planta de tratamiento de aguas residuales, fue el resultado de la
modificación de la laguna de estabilización que existía allí y que funcionó por
un periodo aproximado de 10 años.
Las modificaciones que se llevaron a cabo, fueron principalmente, la adición de
dispositivos para el nuevo proceso (Bioreactor, filtros de sólidos y medio
filtrante para clarificación) y el redimensionamiento de algunas unidades
anteriores como el tanque colector y zonas de la laguna.
El agua residual es mezclada con microorganismos que digieren la materia
orgánica e inorgánica contenida en el agua residual e incluso algunos de los
subproductos provenientes de dicha digestión (algunos sólidos sedimentables);
42
al final del proceso los subproductos que predominan son en su mayoría gases,
como el gas metano y el dióxido de carbono.
El oxígeno utilizado es producido por las algas mediante fotosíntesis y por
difusión atmosférica sobre la superficie de la laguna
Todo el proceso de degradación ocurre en una laguna de estabilización, que es
un deposito artificial dividido en tres secciones; balsa de digestión, balsa de
sedimentación y balsa de pulimento; su profundidad varia de 90 y 80
centímetros durante su paso.
3.1.1 Operaciones presentes dentro de la PTB:
Tabla 13. Operaciones dentro de la PTB
Operación o proceso
Función
Mezcla de aguas
residuales
Filtración de sólidos
pesados
Homogeneización y
mezcla con
microorganismos
Primera etapa de proceso
biológico
Recepción y mezcla de los efluentes producidos en los edificios y el mesón de la
universidad en el tanque colector eyector.
Separar los sólidos gruesos de las aguas residuales, para evitar atascamientos en
las bombas y tuberías del bioreactor.
Mezcla de microorganismos con efluente resultante y estabilización de caudal y
carga contaminante para inicio de proceso biológico en el bioreactor.
Segunda etapa de
proceso biológico
Inicio de digestión biológica de nutrientes y compuestos de carbono debida al
aumento en la población microbiana. (Balsa de digestión)
Reducción de sustrato por degradación biológica y sedimentación de
sólidos.(Balsa de sedimentación)
Clarificación del agua, mediante filtro de piedra y salida al cuerpo receptor del
Tercera etapa de proceso
efluente depurado. (Balsa de pulimento).
biológico
Fuente: SISVITA BIOTECHNOLOGIES S. A, 2002-2003
Tanque colector eyector, esta ubicado al costado suroccidental de la laguna
de estabilización, tiene dos entradas de afluente y una para la salida del
efluente, cuenta con dos bombas sumergidas de dos hp cada una y que
trabajan alternadas.
El tanque colector eyector tiene las siguientes funciones:
• Iniciar la homogenización de aguas domésticas provenientes de los
edificios.
• Almacenar el suministro al bioreactor, para que este pueda cumplir sus
ciclos.
Filtro de sólidos pesado, elaborado en tubería de PVC, consta de una tubería
externa y de otra tubería interna de menor diámetro, con perforaciones de
aproximadamente un cm de diámetro.
Al menos una vez al día se remueve el material retenido.
Su función principal es retener objetos y partículas de gran tamaño, que más
adelante podrían afectar el funcionamiento de las bombas o taponar las
tuberías.
43
El bioreactor, cuenta con un eje vertical en acero inoxidable, compuesto por
tres aspas, que giran con un motor de tres hp a 650 rpm, y sirven para agitar el
agua residual que proviene del tanque colector eyector, su tiempo de retención
es de 30 minutos como mínimo, pero puede variar con respecto al nivel de
agua que tenga el tanque colector eyector.
Antes de iniciar la agitación se agrega una cantidad definida de
microorganismos (80 ml de Bioxigene); mediante un mecanismo automático
que regula dicha cantidad.
Mediante la agitación creada dentro del bioreactor, se produce una mezcla
homogénea del sustrato contenido en las aguas residuales (carga orgánica e
inorgánica) y los microorganismos, para que estos se aclimaten y acondicionen
al medio, comenzando así la fase de retardo (primera etapa del crecimiento de
microorganismos). La turbulencia que crea la agitación, facilita la entrada de
aire y aumenta el crecimiento de la población bacteriana.
Balsa de digestión, corresponde a la primera etapa en el proceso de
depuración del agua residual mediante degradación biológica de la materia
orgánica e inorgánica.
La mezcla microorganismos-sustrato, provenientes del bioreactor, da lugar al
crecimiento microbiano y a la degradación aeróbica de la materia orgánica
(sustrato), produciendo dióxido de carbono (CO2) y nutrientes (nitrógeno y
fósforo) que son aprovechados por las algas para producir mas oxígeno.
Balsa de sedimentación, comprende la etapa intermedia en la laguna y es de
mayor volumen y duración.
En esta etapa el proceso de degradación es más complejo, ya que en la
superficie, se sigue presentando la degradación aeróbica del sustrato, pero en
el fondo, debido a la acumulación de sólidos sedimentables se inicia una
degradación del tipo anaeróbica.
La degradación anaeróbica produce sólidos en suspensión, gases (CO2, H2S,
CH4, amonio, entre otros) que sirven como sustrato de las bacterias
intermedias (anaerobias –aerobias) y las bacterias aeróbicas de la superficie,
produciendo así una simbiosis en el medio. Dicha simbiosis mantiene un
equilibrio mientras la concentración de sustrato se mantenga constante.
Cuando el sustrato disminuye, las bacterias comienzan a consumir el tejido
celular y su población comienza a decrecer (lisis).
Balsa de pulimento, esta etapa corresponde a la ultima, antes de que el
efluente sea vertido en la fuente receptora (Río Bogotá).
Cuenta con un medio filtrante hecho en grava de río y piedra, ubicado en la
esclusa dos (ver capitulo 4, figura 13). El tamaño nominal del filtro varia entre
25 mm y 63 mm y retiene sólidos en suspensión, tejido celular y algas.
44
Como suplemento al proceso, en la balsa de pulimento se encuentra
vegetación acuática; el buchón o jacinto de agua es una planta que aumenta la
capacidad de tratamiento biológico y elimina las algas en el efluente de la
laguna.
En ultimas, el agua residual depurada es llevada a el tanque eyector, que es
donde se almacena el suministro hacia el río Bogotá.
3.2 PLANTA DE TRATAMIENTO AEROBICO POR LODOS ACTIVADOS
(PTAR)
La planta de tratamiento aeróbico por lodos activados de la Universidad de la
Sabana, fue diseñada y construida por ILAM (Ingeniería y laboratorio ambiental
Ltda.) y la depuración del agua se lleva a cabo mediante un tratamiento
biológico, por procesos naturales, utilizando lodos activados.
Esta planta fue construida en los meses finales de 1999 y comenzó a funcionar
en el 2000. A comienzos de este año (2003), la zona de sedimentación fue
reconstruida y complementada con un medio filtrante.
Todo el proceso de degradación ocurre en una laguna de oxidación, que es un
depósito artificial en forma de carrusel, compuesto por dos bafles deflectores,
una división central y una plataforma central, en donde se ubican los inyectores
de aire.
El agua residual se mezcla con un cultivo bacteriano aeróbico (lodos
activados), dentro de la laguna de oxidación, dando como resultado el líquido
mezcla. Según el fabricante, esta planta no funciona precisamente como un
sistema de lodos activados, sino como una derivación de este mecanismo, que
en las bibliografías aparece como “sistema de tratamiento por aireación
extendida”.
La laguna de oxidación hace las veces de reactor y el ambiente aeróbico dentro
de ésta, se consigue mediante dos inyectores de aire que facilitan la difusión
atmosférica, en adición, generan la turbulencia necesaria para mantener la
mezcla completa.
Luego de que el líquido mezcla cumpla su periodo de retención en la laguna de
oxidación, pasa a la zona de sedimentación en donde priman las condiciones
de flujo estacionario, para favorecer la decantación primaria de lodos activados
en el liquido mezcla. Esta zona se complementa con la presencia de un medio
filtrante que optimiza la clarificación del agua.
Los lodos concentrados se recirculan a al laguna de oxidación y así se
mantiene los niveles de sólidos en suspensión suficientes para garantizar la
degradación constante de materia orgánica en el medio.
El sistema emula, la depuración natural de ríos y fuentes de agua, donde la
turbulencia creada por el cauce, mantiene los niveles de oxigenación.
45
(Fuente: Ingeniero Francisco Pérez, director de ILAM, 2003)
3.2.1 Operaciones presentes dentro de la PTAR
Tabla 14. Operaciones dentro de la PTAR
Operación o proceso
Mezcla de aguas residuales
Tratamiento aeróbico por lodos activados
Clarificación y sedimentación
Función
Recepción y mezcla de los efluentes producidos en
los edificios, casas y campamento en el tanque
colector.
Eliminación de compuestos orgánicos y nutrientes
mediante un proceso aeróbico.
Separación de efluente depurado y lodos
activados mediante decantación y filtración.
Concentrar el lodo del agua clarificada.
(Fuente: Ingeniero Francisco Pérez, director de ILAM, 2003, Autor 2002- 2003)
Tanque colector eyector, está ubicado al costado norte del edificio C, a unos
150 metros de la laguna de oxidación, tiene dos entradas de afluente y cuenta
con dos bombas sumergidas de dos hp cada una, que trabajan intercaladas
para enviar el agua residual a la laguna.
Este deposito tiene las siguientes funciones:
• Homogenizar las aguas residuales domésticas que llegan de las distintas
entradas.
•
Almacenar y proveer el suministro de agua residual a la laguna de
oxidación.
Tanque recolector de los laboratorios, el tanque colector eyector está
ubicado al costado sur de la laguna de oxidación; tiene una entrada de afluente
y una salida de efluente.
A este tanque llegan las aguas residuales domésticas de los laboratorios del
edificio C (Laboratorio de Microbiología, Laboratorios de Química y
principalmente de la planta piloto de operaciones unitarias ).
La laguna de oxidación, ubicada al nororiente del edificio C (Facultad de
ingeniería), es la zona donde ocurre la depuración de agua residual.
La profundidad es de 1,50 m en la laguna y tiene un volumen útil aproximado
de 613 m3, que da lugar al líquido mezcla (fango activado- agua residual) en
constante agitación debido a los dos aireadores.
El proceso de degradación de la materia orgánica ocurre entre la superficie y la
fase intermedia de la laguna, donde el fango activado (cultivo aeróbico en
suspensión) la va consumiendo para formar tejido celular; entonces, a mayor
tiempo de detención, mayor será la fracción de materia orgánica sintetizada.
El tejido celular producido tiende a decantarse, pero debido a la agitación de la
46
mezcla, estos se mantienen en suspensión con el medio.
En el numeral 1.12.1 del capitulo de fundamentación teórica se observan los
principales subproductos del sistema de lodos activados entre los que están,
agua, dióxido de carbono y tejido celular que son compuestos cuyos olores son
inofensivos para el medio.
La separación posterior del lodo del efluente tratado ocurre en la zona de
sedimentación que está conectada a la laguna pero se aísla de esta mediante
una compuerta en madera que permite la entrada del líquido mezcla 1,2 metros
por debajo de la superficie.
El objetivo de la compuerta es diezmar la turbulencia en la zona de
sedimentación y facilitar el proceso de separación del lodo.
El lodo resultante de la separación, se va concentrando y todas las mañanas
entre 8 y 10 AM es recirculado a la laguna mediante una bomba, para
mantener la concentración de fango activado suficiente, de modo que se pueda
alcanzar el grado de tratamiento establecido en el periodo de retención.
Tabla 15. Parámetros de diseño para el proceso de fangos activados por
aireación extendida.
Retención celular
(Días)
10 - 30
SSLM (Mg/ l)
Qr/Q
3000- 6000
0,75-1,50
Fuente: Metcalf y Eddy. 1996
•
El tiempo de Retención celular corresponde a la relación de la masa de
fango activado de la laguna de oxidación con respecto al fango recirculado y
se puede considerar una medida del tiempo medio de residencia de los
microorganismos en el sistema.
•
El valor de SSLM (sólidos suspendidos en el líquido mezcla) corresponde la
concentración media de fangos activados en la laguna de oxidación,
suficiente para que ocurra el proceso de depuración deseado.
•
La relación (Qr/ Q) caudal de recirculación con respecto al caudal de
entrada
Aireadores, son dos bombas de hélice inclinadas e instaladas en la superficie
de la laguna (ver figura 13) que aspiran aire por la parte superior del aireador y
expulsan una mezcla aire- líquido por la parte inferior.
Debido a la alta velocidad con la que expulsan la mezcla, generan turbulencia y
facilitan la dispersión de burbujas de aire en el líquido mezcla.
Zona de sedimentación, La zona de sedimentación está conectada a la
laguna de oxidación, pero se aíslan ambas secciones, mediante una compuerta
47
en madera, que permite el drenaje del líquido mezcla desde la laguna de
oxidación por la parte inferior hasta la zona de sedimentación.
Figura 6. Inyector de aire en la laguna de oxidación
Entrada de aire
Impulsor
Salida aire agua
Fuente: Autor
Hasta febrero de 2003, la zona de sedimentación consistía en un pasillo en
forma de L (ele) con aproximadamente 18 metros de largo y con una
profundidad media de 1,48 metros, en donde se sedimentaban los sólidos
suspendidos del líquido mezcla en ausencia de turbulencia.
Al finalizar el recorrido, había una pantalla plástica que retenía el material
flotante y a la salida hacia el tanque eyector, un vertedero angular (en forma de
V o dentado). Ver capitulo 4, figura 14, Dic de 2002.
En la actualidad, la zona de sedimentación fue reconstruida para mejorar su
rendimiento. Consta de dos secciones:
La primera sección, donde comienza la sedimentación de sólidos suspendidos
debido al flujo laminar; tiene aproximadamente siete metros.
La segunda sección esta compuesta por:
•
•
•
Medio filtrante que realiza la separación del agua depurada y el fango
activado, a la vez que va concentrando el lodo para su recirculación.
Tubería en PVC de seis pulgadas con perforaciones de un centímetro de
diámetro y separadas 10 centímetros, ubicada por encima del medio
filtrante a la altura de la superficie que sirve para desalojar el agua
clarificada hacia el tanque eyector.
Tubería en PVC de cuatro pulgadas con perforaciones de un centímetro de
diámetro y separados 10 centímetros, ubicada en la parte inferior del medio
filtrante, en la zona donde se concentran los lodos activados y sirve para su
recirculación a la laguna de oxidación, mediante una bomba externa.
El medio filtrante es un dispositivo, compuesto por un bastidor en aluminio de
70 centímetros de altura, que sostiene un filtro plástico de PVC (polivinilo) de
flujo vertical con 30 centímetros de altura y está compuesto por módulos
rectangulares entrelazados que dan forma similar a una colmena.
La superficie del filtro es corrugada para favorecer el crecimiento de la película
biológica y el aumento del tiempo de retención.
48
Este medio filtrante garantiza la eliminación de la carga de DBO y de sólidos
suspendidos en el agua clarificada que se dirige al tanque eyector. (ver capitulo
4, figura 14,. Feb de 2003)
En ultimas se encuentra el tanque eyector, que es donde se almacena el
suministro de agua residual depurada proveniente del la laguna de oxidación y
la zona de sedimentación que va a ser llevada al río Bogotá
3.3
PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO
RESIDUALES CERVECERIA LEONA S.A. (PTAR LEONA)
DE
AGUAS
La planta de tratamiento convencional de aguas residuales de La Cervecería
LEONA S. A., fue construida en el año de 1996 como respuesta a la necesidad
tratar las aguas residuales industriales resultantes de la producción de cerveza.
Cuenta con dispositivos físicos, químicos y biológicos que realizan la
depuración y garantizan el cumplimiento del la norma ambiental:
•
Pre-tratamiento de las aguas residuales, donde se lleva a cabo el desbaste
o eliminación de sólidos gruesos (principalmente botellas) cuya presencia
puede provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de los
diferentes procesos, operaciones y sistemas auxiliares.
•
Tratamiento primario, mediante operaciones físicas tales como el tamizado
y la sedimentación en donde se eliminan las arenas y una fracción de la
materia orgánica en suspensión y cuyo objeto es acondicionar el agua
residual para la fase biológica.
•
Tratamiento secundario o fase de tratamiento biológico que incluye cinco
reactores anaeróbicos, dos estanques aeróbicos por lodos activados,
seguidos de dos tanques cónicos de sedimentación cuyo objeto es la
eliminación de los sólidos en suspensión de los compuestos orgánicos
biodegradables y los nutrientes contenidos en las aguas residuales.
•
Fase terciaria, o de tratamiento fisicoquímico, donde se emplean
tratamientos avanzados como la coagulación química (mezcla rápida), la
floculación y de nuevo una sedimentación acompañada de la flotación; todo
esto para eliminar, los compuestos tóxicos y los excesos de nutrientes,
materia orgánica o de sólidos en suspensión.
•
Antes de salir el efluente depurado a la fuente receptora, se realiza la
desinfección, mediante la adición de cloro y así se eliminan los agentes
patógenos.
Los lodos de exceso producidos en la fase secundaria y terciaria, se
mezclan y son llevados a procesos de estabilización y secado.
•
En lo que al proyecto respecta, se mostrarán generalidades y algunos aspectos
técnicos de relevancia dentro de la PTAR, pero no se profundizará en los
49
procesos que se llevan a cabo, ya que no se posee mas información de la que
el personal encargado de la planta nos pueda proporcionar.
3.3.1 Operaciones presentes dentro de las fases de la PTAR Leona
Fase de Pre-tratamiento
Desbaste, Aquí se separan de sólidos gruesos, tales como botellas, tapas,
ente otros; mediante rejillas con aberturas de tamaño uniforme, que realizan la
retención.
Se utilizan varillas paralelas en la entrada del tanque de ecualización, en acero
inoxidable y su intervalo de paso es de cinco centímetros.
Su función principal es proteger los dispositivos de la PTAR (bombas, válvulas,
entre otros) de obturaciones.
Periódicamente se le remueve el material retenido.
Fase de tratamiento primario
Tanque ecualizador, es un tanque subterráneo (ver figura 8). Cuenta con una
entrada de afluente y tres salidas hacia el proceso de tratamiento
Durante el día, se agrega una cantidad determinada de ácido clorhídrico y
dióxido de carbono líquido, para estabilizar el pH y mejorar las condiciones de
mezcla y sedimentación del agua residual.
El tanque de ecualización tiene las siguientes funciones:
•
•
•
•
Amortiguar el caudal de entrada.
Iniciar la homogenización en carga de las aguas residuales
Almacenar el suministro de agua residual en la PTAR LEONA.
Acondicionar las aguas residuales, para facilitar las
operaciones.
posteriores
Tamizado, El caudal de agua residual estabilizado y regulado, proveniente del
tanque de ecualización, se hace pasar verticalmente a través de tamices, cuyo
objeto principal es, reducir el contenido de sólidos finos, conformados
principalmente por fibras y sólidos en suspensión resultantes del proceso de
cervecería.
Estos tamices son dispositivos autolimpiables, que cuentan con mallas
inclinadas de acero inoxidable con intervalo de paso de 0,25 cm2. El residuo
filtrante se rueda y acumula en depósitos inferiores y periódicamente se
remueven estos manualmente.
Sedimentación y desarenado, Luego de la operación de tamizado, la
corriente resultante es llevada hacia un juego de canales, cuya disposición
50
tiene como fin, disipar el impulso que lleva el agua y facilitar la separación de
arenas y sólidos sedimentables por acción de la gravedad.
Las arenas y sólidos sedimentadas se recogen en forma mecánica y son
llevados a depósitos debajo de los canales.
Fase de tratamiento secundario
Luego del tratamiento primario, la corriente de agua resultante, es llevada hacia
un tanque, donde se propician las condiciones para el tratamiento anaerobio,
mediante la adición de Bicarbonato de sodio y soda cáustica. Estas sustancias
favorecen la acidificación del medio y ubican el pH en aproximadamente 6,6, lo
que facilita la hidrólisis de moléculas pesadas.
Tratamiento Anaeróbico, El tratamiento anaeróbico consiste en la
degradación de la materia orgánica mediante microorganismos, en ausencia de
oxígeno y sus principales subproductos son gases tales como el metano y el
CO2. Una explicación mas detallada del tratamiento anaeróbico, se ilustra en la
sección 1.12.2 del capitulo de fundamentación teórica
En la PTAR Leona, este tratamiento se lleva a cabo en cinco reactores
continuos, de flujo descendente y con tubería de repartición interna en forma de
araña que garantiza la homogeneidad del medio.
Como aspecto técnico se tiene que, por cada kilogramo de DQO removido de
agua residual, se obtiene 0,16 kilogramos de lodo o biomasa anaeróbica, el
cual se procura mantener dentro de los limites de cada reactor, ya que ésta
mantiene constantes los niveles de población bacteriana necesarios para
realizar la degradación de la materia orgánica.
Cada reactor en su parte superior posee una tubería por donde salen los gases
producidos en el tratamiento (principalmente metano), luego se unen todas las
tuberías en una y a su salida se quema el gas hacia la atmósfera.
Tratamiento aeróbico, el tratamiento aeróbico de la PTAR Leona está
constituido por dos estanques de aireación prolongada (reactores), uno con
ocho aireadores y el otro con cuatro; seguidamente, hay dos decantadores en
forma cónica donde se realiza la separación de los sólidos sedimentables.
En cada estanque se mantiene el líquido mezcla en constante agitación, debido
al acción de los aireadores.
El proceso de degradación de la materia orgánica ocurre de manera similar al
de la laguna de oxidación por aireación extendida, aunque los caudales de
operación y cargas de remoción sean mucho mayores.
Como aspecto técnico se tiene que, por cada kilogramo de DBO removido de
agua residual, se obtiene 0,45 kilogramos de lodo o biomasa aeróbica, que se
mantendrá en suspensión con el medio debido a la agitación, pero que mas
51
adelante va a salir de los límites de cada reactor para luego ser removidos por
decantación.
Como funciona bajo el mecanismo de fangos activados, una parte de estos
lodos se recircula hacia cada reactor, para mantener la concentración de fango
activado en el medio, de modo que se pueda alcanzar el grado de tratamiento
establecido en el periodo de retención.
El fango de exceso es llevado a una caja de lodos para su posterior
deshidratación.
La separación posterior del lodo del efluente tratado ocurre en los
decantadores cónicos donde se somete la corriente a un flujo laminar, lo que
propicia la sedimentación de los sólidos por acción de la gravedad.
Tabla 16. Parámetros de diseño para el proceso de fangos activados por
aireación prolongada.
Detención celular
(Días)
SSLM (Mg/ l)
Qr/Q
20 – 30
3000- 6000
0,5-1,50
Fuente: Metcalf y Eddy. Año 1996
El periodo de retención hidráulica del tratamiento aeróbico oscila entre 18 y 36
horas.(Fuente: Operarios PTAR leona, 2002)
Aireadores, Son un total de 12 aireadores de eje vertical de flujo descendente
con aspas metálicas en acero inoxidable instaladas en la superficie de cada
estanque (ver figura 8) que aspiran aire por la parte superior del aireador y
expulsan una mezcla aire- líquido por la parte inferior.
Debido a la alta velocidad con la que expulsan la mezcla, generan turbulencia y
facilitan la dispersión de burbujas de aire en el líquido mezcla.
Figura 7. Aireador de flujo vertical
Motor Eléctrico
Nivel de agua
Eje vertical
Aspas
Flujo de mezcla aire- agua
Fuente: Autor
La zona de sedimentación, está compuesta por cuatro sedimentadores
cónicos, conectados mediante tuberías a los reactores (dos por cada reactor),
en donde se propicia el flujo estacionario y se acumulan los lodos en el fondo
52
(Son similares a un cono imhoff). Luego de la recogida de lodos activos, se
encuentran dos corrientes, una que va a ser recirculada hacia los reactores
aerobios para mantener la concentración de microorganismos y la otra que
corresponde a los lodos en exceso que son enviados a una caja colectora en
donde se almacenan y luego son llevados a un proceso de deshidratación.
Fase de tratamiento terciario
El tratamiento terciario o tratamiento avanzado, corresponde al ultimo proceso
de depuración del agua residual, antes de salir a la fuente receptora y consta
de tres etapas.
La primera viene inmediatamente después de que el afluente libre de lodos
sale del los sedimentadores y llega a dos estanques divididos en dos, donde
ocurre la coagulación y la floculación de los sólidos en suspensión.
Luego, la corriente resultante es llevada a dos estanque cilíndricos llamados
sediflotadores, donde se separa el floculo mediante sedimentación y flotación.
de los sólidos en suspensión. La ultima operación es la desinfección del
efluente por hipocloración.
Coagulación y floculación, como se decía anteriormente, el afluente llega a
dos estanque rectangulares de tamaño pequeño en comparación con las otras
instalaciones, en donde se agregan dos tipos de sustancias en forma continua:
La primera es el agente coagulante (Oxicloruro de aluminio) que promueve la
precipitación de los sólidos en suspensión y sedimentables, mediante la
alteración de las propiedades químicas del afluente.
La segunda es el agente floculante que corresponde a un agente polimérico
que facilita la formación del floculo.
De las cantidades de agente floculante y agente coagulante no se tiene
información en cuanto a cantidades, pero a simple vista se observó que se
requiere un volumen mayor de agente floculante.
Sedimentación y flotación, a diferencia de la sedimentación primaria, que es
constante durante el tiempo, en este tanque se presenta una sedimentación de
tipo flocúlenta, en donde la velocidad de sedimentación se incrementa a
medida que el floculo vaya capturando mas partículas y su volumen se
aumente.
En el fondo de los sediflotadores hay unas bandejas en donde se recoge el
floculo o el lodo químico.
La separación de sólidos se complementa mediante la adición de aire que
atraviese el estanque en forma ascendente y va recogiendo partículas en
suspensión, cuyo densidad sea inferior a la del agua y se ubiquen en la
53
superficie del estanque, formando una costra que luego va a ser recogida por
barrido superficial, mediante una plataforma horizontal con hojas metálicas
inclinadas que va circulando por la superficie del estanque.
Al final, el efluente depurado sale por los bordes del estanque (Rebose),
mientras que, el lodo químico y la espuma son recogidos, mezclados y son
llevados a la caja donde se almacenan los lodos biológicos para luego ser
deshidratados.
Desinfección de corriente, Esta corresponde a la ultima operación, de
depuración del efluente, antes de salir al río Bogotá y consiste en agregar una
cantidad definida de hipoclorito de sodio (NaOCl) con 15% de cloro, que es un
agente químico, que elimina las bacterias patógenas y es soluble en agua
dejando un porcentaje mínimo de trazas presentes en el efluente final. Su
aplicación es mediante una bomba con flujo continuo, que fluctúa con respecto
al caudal de efluente. En teoría, lo ideal es mantener una concentración de
cinco miligramos de cloro por litro de efluente. En el numeral 1,11,3 se habla
más acerca de la desinfección química.
Espesamiento y deshidratación de lodos, Los lodos biológicos de exceso
(Resultantes del proceso aeróbico) y los lodos químicos (Resultante del
Tratamiento fisicoquímico)llegan con una humedad aproximada del 88%. Para
facilitar su manipulación y aumentar el periodo de degradación, es necesario su
deshidratación.
Inicialmente son llevados hacia un deposito de forma cónica, donde se espesan
mediante gravedad; luego, los lodos espesos se hacen pasar por un filtro
prensa y uno de banda para alcanzar una humedad del 35 – 40%. Por ultimo
se depositan y almacenan.
El lodo deshidratado se utiliza en la regeneración de suelos erosionados, como
fertilizante y para inocular sistemas de lodos activados.
Los lixiviados se llevan al tanque de ecualización.
Fuente: Operarios PTAR LEONA, 2002
54
Figura 8. Esquema de planta convencional (PTAR Leona)
Fuente: Autor en cooperación con operarios PTAR Leona, 2002
55
4. RESULTADOS DEL PLAN DE MUESTREO EN LAS PLANTAS
DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL.
4.1 PLANTAS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA
La Universidad de la Sabana está situada al norte de la ciudad Bogotá D.C. en los
límites con el municipio de Chía (2570 m.s.n.m.); junto a esta, pasa el río Bogotá,
lugar al cual, van a llegar las aguas residuales de la universidad, previamente
depuradas.
Tabla 17. Asignación de la población de estudiantes en la Universidad de la
Sabana:
En Programas Presénciales
6.779
Pregrado
6.129
Postgrado
650
En Programas Semipresenciales
742
Pregrado
620
Postgrado
122
En convenio con otras instituciones
153
Otros Programas
1.459
Programa de introducción a la Dirección
Empresarial (PID)
207
Instituto de la Familia (Diplomado en
Familia)
229
Forum – Formación Permanente
775
Programa de Integración a la Universidad
(PIU)
45
Inalde
203
TOTAL
9.133
Fuente: Secretaria académica, julio 2002
Nota: Los estudiantes de FORUM, asisten a otras sedes ubicadas en la ciudad de Bogotá
Aparte, hay aproximadamente 1024 empleados entre docentes, catedráticos,
administrativos y personal de planta física. La población total asciende a un
aproximado de 10000 personas, sin embargo, el periodo activo de la Universidad
es de cerca de 10 horas en el día (7 AM – 5 PM) y, el fin de semana se reduce
este periodo a cinco horas equivalentes a la mañana de los sábados.
De acuerdo a lo anterior, durante el mes de 30 días, la universidad funciona 22 .
56
Sin embargo, durante el año existen dos periodos de inactividad, en donde la
población decrece en cerca del 80% (Noviembre-enero y Junio-Agosto) y por
consiguiente, los caudales disminuyen significativamente en los afluentes de la
plantas de tratamiento y las cargas de contaminación serán inferiores.
Según datos suministrados, en promedio, mensualmente se consume un total de
6250 m3 de agua de acueducto, los cuales son destinados para agua de consumo,
principalmente en baños, cocinas, aseo general y en algunos casos para
laboratorios. En el anexo E muestra un inventario de los puntos hidráulicos de la
Universidad de la Sabana, con sus correspondientes destinos.
4.1.1 Origen y caracterización de las aguas residuales que llegan a la PTB:
Tabla 18. Sitios de origen de aguas residuales que tienen como destino la PTB:
Edificio E1 y E2
Edificio G
Embarcadero
Laboratorio G
Mesón
Vestidores
Anatomía
Casa fotografía
Fuente: Anexo E
Planta de tratamiento
biológico
Estas instalaciones equivalen al 22% del total en la Universidad y según el anexo
E existen 289 puntos hidráulicos (llaves, fuentes, lavamanos, sanitarios, entre
otros) que corresponden al 40% del total en la Universidad.
Tabla 19. Composición promedio de las aguas residuales que llegan a la PTB
(Datos promedios ver anexo H).
Parámetro
Valor promedio
pH
6,6 – 7,9
Carácter
Temp ºC
18 - 19
S S (mg/l)
Aprox. 549,3
Medio
Grasas y aceites (mg/ l)
Aprox. 337,7
Fuerte
DBO (mg/l)
Aprox. 370,5
Fuerte
Material flotante
Presente
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA, 2002-2003
Carácter: grado de comparación con respecto a la composición típica del agua residual doméstica
Las aguas residuales de los edificios, son domésticas de consumo sanitario en su
mayoría (Desechos fecales, entre otros), mientras que el Mesón produce aguas
residuales domésticas de consumo en cocina (Residuos vegetales, Residuos de
panadería, grasas y aceites, agentes tensoactivos, sales, altas temperaturas, entre
57
otros).
En el área de anatomía de la Facultad de Medicina aporta una mezcla de formol,
glicerina y agua (liquido de conservación de cadáveres), el cual es evacuado cada
seis meses al sistema de alcantarillado sin ningún tipo de desactivación. (Fuente:
Dr. Emilio Martínez, facultad de Medicina)
4.1.2 Caudales y generalidades hidráulicas de la PTB
El volumen útil del tanque colector eyector es de 4500 litros debido a la posición
de los flotadores de mercurio ubicados en su interior (ver figura 13; diagrama de
instalaciones hidráulicas).
La primera entrada por donde llegan las aguas domésticas de los edificios E1, E2,
G y embarcadero. Su flujo de entrada es continuo durante el día, pero el caudal no
es constante, es decir, presenta una hora de afluente máximo y una hora de
afluente mínimo.
Antes de que estas aguas residuales lleguen al tanque colector eyector, se
acumulan en dos cajas de almacenamiento, que están ubicadas a una distancia
de 20 m aproximadamente y que con relación al tanque, se encuentra con una
pendiente aproximada del 1%.
El tanque colector eyector se redimensiono, para evitar la saturación de las cajas
anteriormente mencionadas y así evitar inundaciones que producían olores
nauseabundos.
El caudal promedio diario de esta entrada es aproximadamente 45,07 litros
por minuto y el intervalo de tiempo en el que se presenta mayor caudal se
ubica entre las 12 M y las 2 PM.
El menor caudal se ubica entre las 7 AM y 8 AM, como consecuencia del periodo
de inactividad que se presenta durante las horas de la noche (6 PM-7 AM).
Figura 9. Perfil de caudal en la primera entrada, durante un día de actividad
normal:
Perfil de caudales de edificios
Caudal l/m
60
40
20
0
7
8
9
10
11
12
Horas del dia
Fuente: Autor, 2002-2003
58
13
14
15
16
Por la segunda entrada llegan las aguas domésticas de los edificios F, Mesón y
vestieres; su flujo de entrada es discontinuo (se activa en el día varias veces, con
intervalos de tiempo).
Antes de que estas aguas residuales lleguen al tanque colector eyector, se
acumulan en un tanque ubicado aproximadamente a 250 m. de este (junto al
Mesón) que cuenta con un flotador de mercurio que activa una bomba de dos hp
de potencia y tubo de salida de 3”. que trae el agua hacia el tanque colector
eyector y se apaga cuando llega a un nivel inferior.
En promedio, durante el día se alcanzan a observar aproximadamente 10
descargas de agua, repartidas de la siguiente manera:
•
•
Cuatro descargas en horas de la mañana.
Cinco descargas en horas de la tarde (Hasta las 5 PM) y una después de tal
hora.
De las horas nocturnas no hay datos, pero es probable que se suceda al menos
una descarga, ya que en las primeras horas del día, el tanque esta por encima de
los tres cuartos ( ¾) de su capacidad.
De acuerdo a lo anterior, el Bioxigene utilizado será:
10 ciclos diarios * 80 ml de bioxigene * 22 días de afluencia
Aproximadamente 18 litros de bioxigene mensual.
Tabla 20. Tiempo medio de duración de descarga al entrar al tanque colector
eyector:
Tiempo min. y seg.
3' 44"
0’ 35"
3' 09'' a 4' 20''
Tiempo medio
S
Rango
S: desviación estándar
Fuente: Autor, 2002-2003
El caudal medio de entrada al tanque colector eyector en el momento de la
descarga, es aproximadamente 526,8 l/min.
Al restar el caudal medio de la entrada uno, dará como resultado el caudal de la
entrada dos:
(526,8- 45,07) L/min= 481,3 L/min
con variación de mas o menos 34 litros.
La salida es de 4” y lleva las aguas domésticas al bioreactor, por medio de dos
bombas sumergidas de dos hp de potencia y salida de 3” (las bombas no trabajan
simultáneamente, sino intercaladas).
59
El Bioreactor con capacidad para 6.000 litros, de los cuales 4500 litros se utilizan
por cada ciclo, mediante un dispositivo formado por dos flotadores de mercurio
ubicados en la parte inferior y superior de este.(Ver figura 13).
Cuenta con una bomba sumergida de 3 hp con salida de 2”. que lleva el agua
residual mezclada con Bioxigene (Microorganismos), hacia la primera balsa del
estanque.
El tiempo de detención dentro del bioreactor es de 30 minutos y las dimensiones
fueron determinadas respecto a la concentración inicial de sustrato y a la
población inicial de microorganismos.
Tabla 21. Funcionamiento hidráulico del bioreactor:
Q entrada medio L/min
S l/m
Rango l/m
Ciclo normal
Volumen litros
T Agitación min.
1222,67
32,25
1190,4 a 1254,9
Tiempo
4500
30
30' 00''
Fuente: Autor, 2002-2003
•
Etapas del ciclo normal
1. Cuando se alcance el nivel máximo en el tanque colector eyector, la bomba
sumergida del bioreactor, debe comenzar a enviar la mezcla de agua
residual y microorganismos hacia la balsa de digestión en la laguna.
2. En el instante en que el bioreactor llega a su nivel mínimo, se apaga el
suministro de agua a la laguna y comienza a llenarse el bioreactor con el
suministro de agua residual almacenado en el tanque colector eyector.
También se activa el dispositivo que administra la cantidad determinada de
microorganismos.
3. Cuando el bioreactor alcanza su nivel máximo, cesa el suministro de agua
residual que viene del tanque colector eyector y de inmediato se activa la
agitación en el bioreactor.
4. Treinta minutos después se apaga la agitación.
5. En el momento en que el tanque colector eyector alcance de nuevo su
máximo volumen, se repite el ciclo.
Los niveles máximos y mínimos del bioreactor y del tanque colector eyector,
garantizan y dan la seguridad, de que estos recipientes nunca se van a rebosar, ni
60
que las bombas van a trabajar en vació (ver figura 13)
Tabla 22. Etapas de la laguna:
Etapas de la laguna
Balsa de digestión
Balsa de sedimentación
Balsa de pulimiento
Fuente: Autor, 002-2003
Capacidad (m3)
28,32
137,4
32,9
Nivel del agua (m)
0,95
0,90
0,80
Está situado a unos siete metros al norte de la laguna de
Tanque eyector,
estabilización.
Su volumen útil, es de aproximadamente 1570 litros (aprox. 1,57 m3) debido a la
posición de los flotadores de mercurio ubicados en su interior (ver figura 13).
Cuenta con una entrada de afluente proveniente de la PTB, luego de cruzar un
vertedero de canal abierto (VCA) y de dos bombas sumergidas de dos hp cada
uno, con salida de 3” de diámetro, que funcionan intercaladas para enviar el
afluente al río Bogotá.
Tabla 23. Características del caudal de entrada al tanque eyector:
Caudal medio l/ min
72,7146032
Moda l/ min
51,18
Mediana l/ min
72
Max l/ min
143,4
min l/ min
11
Fuente: Autor, 2002-2003
Figura 10. Perfil diario en el caudal de entrada al tanque eyector:
caudales vertedero
160
caudales ( l/Min)
140
120
100
80
Serie1
60
40
20
0
7
8
9
10
11
12
13
horas
Fuente: Autor, 2002-2003
61
14
15
16
17
Las oscilaciones de caudal en la salida se producen principalmente por el volumen
de agua que se desplaza en la laguna, en la medida que ingresa agua proveniente
del bioreactor.
Las bombas que llevan el agua depurada a la fuente receptora tienen un caudal
aproximado de 798,3 l/min. en promedio se activan dos veces por hora y su
funcionamiento depende de las alturas de los flotadores de mercurio.
En el anexo F se observa el flujo volumétrico durante un día normal en la planta
de tratamiento biológico.
4.1.3 Origen y caracterización de las aguas residuales que llegan a la PTAR
Tabla 24. Sitios de origen de aguas residuales que tienen como destino la PTAR:
Edificio A, B y C
Casa de Gobierno
Casa Académica
Casa administración
Capilla
Planta de
tratamiento por
aireación extendida
Edificio D (Ala norte y sur)
Biblioteca
Campamento
Cafeterías y kioscos
Laboratorios C
Fuente: Anexo E
Estas instalaciones equivalen al 40% del total en la Universidad y según el anexo
E existen 364 puntos hidráulicos (llaves, fuentes, lavamanos, sanitarios, lavaderos,
duchas entre otros) que corresponden al 51% del total en la Universidad.
Las aguas residuales de los edificios, casas y campamento son domésticas de
consumo sanitario en su mayoría (Desechos fecales, entre otros).
En los laboratorios C (Laboratorio de Microbiología, Laboratorios de Química y
planta piloto de operaciones unitarias) se utilizan sustancias de interés sanitario,
como ácidos, bases, entre otras sustancias químicas, pero en estos se practican
técnicas de recolección que evitan su vertimiento directo a las tuberías de agua
residual.
En las cafeterías y kioscos se producen aguas residuales domésticas de consumo
en cocina (Residuos de panadería, grasas y aceites, agentes tensoactivos, sales,
entre otros), pero el volumen que efluente que producen, es casi despreciable en
comparación con las otras edificaciones.
62
Tabla 25. Composición promedio de las aguas residuales que llegan a la PTAR
(Datos promedios ver anexo I).
Parámetro
Valor promedio
Carácter
pH
6,4 – 9,1
Temp º C.
16,5 - 19
S S T (mg/l)
Aprox. 211,2
media
Grasas y aceites (mg/ l)
Aprox. 108,8
media
DBO (mg/l)
Aprox. 281,3
Medio
Material flotante
Presente
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Carácter: grado de comparación con respecto a la composición típica del agua residual doméstica
4.1.4 Caudales y generalidades hidráulicas de la PTAR
Tanque colector eyector, está ubicado al costado norte del edificio C, a unos 150
metros de la laguna de oxidación, tiene dos entradas de afluente y cuenta con dos
bombas sumergidas de dos hp cada una, que trabajan intercaladas para enviar el
agua residual a la laguna.
El volumen útil del tanque es de 2750 litros debido a la posición de los flotadores
de mercurio ubicados en su interior (ver figura 14).
La primera entrada por donde llegan las aguas domésticas de los edificios D,
Casas, Campamento, biblioteca, capilla, entre otras, Su flujo de entrada es
discontinuo (se activa en el día varias veces, con intervalos de tiempo).
Antes de que estas aguas residuales lleguen al tanque colector, se acumulan en
un tanque en la Plaza de los Arcos y cuenta con un flotador de mercurio que activa
una bomba de dos hp de potencia y tubo de salida de 3” que trae el agua hacia el
tanque colector y se apaga cuando llega a un nivel inferior.
Por la segunda entrada llegan las aguas domésticas de los edificios A, C y B, su
flujo es continuo durante el día pero el caudal no es constante.
Debido a las constantes descargas de afluente que llegan a la primera entrada, es
complejo determinar el caudal independiente de ambas entradas, como se realizó
con la PTB; se midió el caudal global de entrada al tanque colector en un intervalo
de tiempo que corresponde a las horas día.
El caudal promedio diario de entrada al tanque Colector (combinación de
ambas entradas) es aproximadamente 74,56 litros por minuto y el intervalo
de tiempo en el que se presenta mayor caudal se ubica entre las 2 PM y 4
PM.
63
El menor caudal se ubica entre las 7 AM y 8 AM, como consecuencia del periodo
baja actividad que se presenta durante las horas de la noche (6 PM-7 AM).
Es posible que durante la noche la entrada de agua no sea nula, debido hay que
hay algunas dependencias, donde se presenta actividad laboral hasta las primeras
horas de la noche.
Figura 11. Perfil de caudal de entrada al tanque colector durante un día de
actividad normal:
Perfil de caudales
180
160
Caudal (L/min)
140
120
100
80
60
40
20
0
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Horas dia
Fuente: Autor, 2002-2003
Los caudales fueron medidos mediante el método volumétrico.
•
En promedio durante el día, se alcanzan a observar aproximadamente 30
descargas de agua en la primera entrada ( aproximadamente tres por hora).
La salida es de 4”. y, lleva las aguas domésticas a la laguna de oxidación, por
medio de dos bombas sumergidas de dos hp de potencia y salida de 3”. ( las
bombas no trabajan simultáneamente, sino intercaladas).
El caudal de desalojo hacia la laguna de oxidación es de aproximadamente 674,
84 litros por minuto.
Tanque recolector de los laboratorios, el tanque colector eyector esta ubicado
al costado sur de la laguna de oxidación; tiene una entrada de afluente y una
salida de efluente.
El volumen útil del tanque es de 3434 litros, no posee flotadores y a medida que
va entrando agua, sale en igual proporción. Este tanque permanece lleno en todo
momento ( ver figura 14).
64
A este tanque llegan las aguas residuales domésticas de los laboratorios del
edificio C (Laboratorio de Microbiología, Laboratorios de Química y principalmente
de la planta piloto de operaciones unitarias ).
La laguna de oxidación (reactor) posee un volumen útil aproximado de 613 m3 de
líquido mezcla (fango activado- agua residual) en constante agitación debido a los
dos aireadores.
La zona de sedimentación posee un volumen útil aproximado de 27 m3 y como
se menciono anteriormente, el agua residual depurada va saliendo hacia el tanque
eyector, a través de una tubería perforada.
La recirculación de lodos se realizaba mediante una bomba sumergida, que se
activaba una vez al día con 40 - 50 minutos de bombeo a la laguna y su caudal
aproximado es de 600 litros por minuto de lodo. Esta operación no tiene un control
estricto y generalmente se realiza en horas de la mañana.
Tanque eyector, esta situado a unos cuatro metros al norte de la laguna de
oxidación.
Su volumen útil, es de aproximadamente 1250 litros (aprox 1,25 m3) debido a la
posición de los flotadores de mercurio ubicados en su interior (ver figura 13).
Cuenta con una entrada de afluente proveniente de la zona de sedimentación y de
dos bombas sumergidas de dos hp cada una con salida de 3” de diámetro, que
funcionan intercaladas para enviar el efluente al río Bogotá.
Tabla 26. Características del caudal de entrada al tanque eyector:
Caudal medio l/ min
Moda l/ min
Mediana l/ min
Max l/ min
min l/ min
70,5
67,1
69,95
94
37,3
Fuente: Autor
En la figura 12 se observa el perfil de caudal de entrada al tanque eyector (salida
de zona de sedimentación). Las oscilaciones de caudal en la salida se producen
principalmente por el volumen de agua que se desplaza en la laguna, en la medida
que ingresa agua proveniente del tanque colector.
Las bombas que llevan el agua depurada a la fuente receptora tienen un caudal
aproximado de 627,33 l/ min, en promedio se activan tres veces por hora y su
funcionamiento depende de las alturas de los flotadores de mercurio.
65
Figura 12. Perfil diario en el caudal de entrada al tanque eyector:
Caudal de entrada al tanque eyector
100
Caudal (L/Min)
90
80
70
60
50
40
30
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Horas(dia)
Fuente: Autor, 2002-2003
En el anexo G se observa el flujo volumétrico durante un día normal en la planta
de tratamiento biológico.
66
Edificios
E1, E2, G1, G2
y Embarcadero
Buchon o jazmin de
agua
Laguna de
estabilización
Microorganismos
Vertedero de
canal abierto
Caja
Filtro
Meson
Edificio F
Anfiteatro
Deportes
E1
A:2,0 m^2
Aguas
domesticas
Agua
depurada
Balsa de
sedimentación
Vol medio:
137,4 m^3
2,35 m.
0,95 m.
A:8,2 m^2
0,40 m.
A:5,8 m^2
0,22 m.
E2
0,15 m.
2 bombas sumergidas de
2 bombas sumergidas de
2 HP c/u, con salida de 3
pl de diámetro, que
funcionan intercaladas
Rio Bogotá
0,49 m.
Bomba
sumergida de
2HP con salida
de 2 pl
Balsa de digestión
vol medio:
28,32 m^3
E1 : esclusa 1
Está entre la balsa de digestión y la balsa de
sedimentación, con cambio de nivel( de 0,95 m a
0,90 m). Su vol medio es de 8,50 m^3
Figura 13. Diagrama hidráulico de las instalaciones
67
Balsa de pulido
Vol medio:
32,9 m^3
2 HP c/u, con salida de 3
pl de diámetro, que
funcionan intercaladas
E2: esclusa 2
Está entre la balsa de sedimentación y la balsa de
pulido, con cambio de nivel( de 0,90 m a 0,80 m).
Su vol medio es de 8,0 m^3.
Cuenta con un filtro hecho en piedra para realizar
la clarificación del agua.
Figura 14. Planta de aireación extendida (Dic. 2002, Feb 2003)
R ecoleto r de aguas sanitarias d e
edificios A , B , C , D , casas,
cam pam ento, biblioteca, etc
Zona de sedim entación
0,55 m
A:8,2 m ^ 2
0,22 m
B om ba sum ergida
de 3 H P p ara
recirculación de lodos
1,4 m
A:2,4 m ^ 2
P antalla retenedo ra de
m aterial flotante
0 ,54 m
A:4,3 m ^ 2
R ecoletor de
aguas residuales de
la boratorios
(edificio c)
V ol: ap rox 61 3 m ^3
V ertedero dentado
0,25 m
Inyectores de A ire
3 HP c / u
E ye ctor de agua
depurada
1,48 m
P antalla retenedora de
m aterial flo tante
V ertedero dentad o
68
Recoletor de aguas sanitarias de
edificios A, B, C , D, casas,
campamento, biblioteca, etc
Bomba externa
de 3 HP
Zona de sedimentación
Recirculación de lodos
0,55 m
A:8,2 m^2
0,22 m
Medio filtrante
Tuberia perforada
para salida de efluente
depurado
1,4 m
A:4,1 m^2
0,54 m
A:4,3 m^2
Recoletor de
aguas residuales de
laboratorios
(edificio c)
Vol: aprox 613 m^3
0,25 m
Vertedero dentado
Inyectores de Aire
3 HP c / u
Eyector de agua
depurada
Bomba externa
de 3 HP
Medio filtrante
1,48 m
Tuberia perforada
para salida de efluente
depurado
Tuberia colectora de lodos
conectada a la bomba, para
recirculación
69
Tabla 27. Resultados del análisis fisicoquímico de las muestras recogidas en la PTB
PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLOGICO (2002-2003)
Parámetro
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero
Marzo
Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición
7,27
7,54
7,79
7,69
7,59
6,45
6,29
7,57
6,93
7,49
6,58
7,83
18,00
18,00
19,00
18,00
17,00
17,40
17,00
16,00
16,60
15,50
19,00
16,70
PH
Temp º C.
S S T (% Remoción)
92,5%
88,8%
90,4%
43,3%
50,7%
31,0%
10,9%
0,0%
41,0%
27,2%
-155,8%
33,6%
Grasas y aceites (%
Remoción)
91,8%
42,9%
99,8%
60,0%
73,0%
87,5%
96,1%
69,2%
87,0%
-
-
-
-5,0%
33,1% 40,6%
48,1%
85,0%
39,8%
Ausente Ausente Ausente Ausente Ausente Ausente Ausente
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA (ver anexo H)
DBO (% Remoción)
Material flotante
75,7%
Ausente
48,0%
21,1%
72,0%
42,1%
Presente Ausente Ausente Ausente
Tabla 28. Resultados del análisis fisicoquímico de las muestras recogidas en la PTAR
PLANTA DE TRATAMIENTO POR AIREACIÓN EXTENSIVA (2002-2003)
Parámetro
pH
Temp º C.
S S T (% Remoción)
Grasas y aceites (%
Remoción)
Junio
Julio
Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero
Febrero
Marzo
Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición Medición
6,76
5,20
6,10
7,53
7,50
8,02
5,42
7,83
18,00
18,00
17,00
16,40
15,60
17,80
17,2
16,70
-830,5% -51,1% -320,8%
87,9%
66,7%
60,0%
31,3%
70,9%
-11,5%
89,0%
-
-
61,5%
92,3%
82,8%
80,0%
-
-
-
-
-
-
75,0%
73,9%
69,3%
59,6%
10,4%
96,0%
Material flotante
Presente Presente Presente Presente Presente Presente ausente
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA (ver anexo I)
DBO (% Remoción)
70
20,0%
57,4%
Ausente
En las tablas 27 y 28, las casillas sombreadas, corresponden a datos, que
definitivamente no cumplen por lo exigido en el decreto.
4.1.5 Funcionamiento actual de la PTB: En los siguientes apartes, se mostrará
el comportamiento de la PTAR Biológica a lo largo de los meses del estudio; es
decir, si cumple con su objetivo primordial, que es la depuración de las aguas
residuales. En adición, se comparan los resultados de la depuración, con respecto
a los parámetros exigidos por el decreto 1594.
Periodo de retención calculado, Para determinar este, se utiliza el cociente entre
el volumen de las instalaciones de la PTB (Figura 13) y el caudal del afluente de
entrada:
Volumen de afluente: 45 metros cúbicos diarios
Tabla 29. Periodo de retención hidráulica. PTB
Balsa de
digestión
28,32
0,63
Zona
3
Volumen m
Retención (Días)
Balsa de
sedimentación
137,4
3,1
Balsa de
pulimento
32,9
0,73
Total PTB
198,62
4,41
Aspectos físicos
Figura 15. Perfil de temperatura (PTB)
M
ar
zo
ro
re
Fe
b
En
e
br
Di
c
ie
m
m
ie
ro
e
e
br
re
No
v
Se
p
O
ct
m
ub
br
o
t ie
go
st
lio
A
Ju
Ju
ni
o
o
ay
M
br
A
e
1 9 ,5 0
1 9 ,0 0
1 8 ,5 0
1 8 ,0 0
1 7 ,5 0
1 7 ,0 0
1 6 ,5 0
1 6 ,0 0
1 5 ,5 0
1 5 ,0 0
il
Temp gr C.
T e m p e ra tu ra
M eses
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Temperatura
La variación de la temperatura del efluente en su descarga al cuerpo de agua
receptor (Río Bogotá) se observa en la figura 15. Se encuentra en un intervalo
entre 15,5 y 19ºC, que esta dentro del rango aceptado por el decreto 1594 (< 40º
C).
71
Potencial de Hidrógeno (pH)
Los cambios del pH del efluente en su descarga al cuerpo de agua receptor (Río
Bogotá) se muestran en la figura 16. Se encuentra en un intervalo entre 6,3 y 7,8
que esta dentro del rango aceptado por el decreto 1594 ( 5,0 < pH < 9,0 ).
Figura 16. Perfil de pH (PTB)
P o te n ci a l d e H i d ro g e n o
8 ,0 0
pH
7 ,5 0
7 ,0 0
6 ,5 0
zo
ro
ar
re
ro
M
Fe
b
Di
c
En
e
br
m
ie
ie
No
v
O
e
e
br
m
ub
ct
m
t ie
S
ep
A
re
e
br
to
os
g
li o
Ju
Ju
ni
o
o
M
A
ay
br
il
6 ,0 0
M ese s
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Materia orgánica
Tabla 30. Demanda bioquímica de Oxígeno (PTB)
Comportamiento de DBO (mg/ l) PTAR BIOLÓGICA
Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo
Afluente 303,00 520,0 318,0 237,0
Efluente 318,00 348,0 189,0 123,0
Remoción
-5%
33% 41% 48%
120,1
18,0
279,3
168,2
675,5
164,5
505,0
259,0
404,6
319,1
265,3
74,2
752,5
436,0
85%
40%
76%
49%
21%
72%
42%
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Figura 17. Comportamiento DBO en el afluente y el efluente (PTB)
Comportamiento DBO (PTAR BIOLOGICA)
800
Mg/l
600
Afluente
400
Efluente
200
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Meses
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
72
Salvo el primer mes de funcionamiento, como Planta de tratamiento biológico, en
los siguientes meses se ha presentado remoción de DBO , tal y como lo muestra
la tabla 30, pero el porcentaje de remoción es irregular con respecto al tiempo.
A la hora de comparar los datos de remoción con respecto al decreto 1594,
exceptuando el mes de septiembre, en los demás meses de estudio, siempre se
ha presentado en mayor o menor medida, un incumplimiento de lo establecido
(>=80%).
La remoción media con respecto a los meses del estudio, ha sido del 51%
Sólidos en suspensión
Tabla 31. Sólidos en suspensión (PTB)
Comportamiento de S S (mg/ l) PTAR BIOLÓGICA
Abril Mayo Junio Julio AgostoSeptiembreOctubreNoviembre Diciembre Enero Febrero Marzo
160,00 294,00 77,00 131,00
Afluente 1489,00 917,00 1689,00 171,00 678,00 252,00
184,00
260,00
94,00 214,00 197,00 87,00
Efluente 112,00 121,00 162,00 97,00 334,00 174,00
164,00
262,00
Remoción 92%
87%
90%
43%
51%
31%
-1%
11%
41%
27%
-156%
34%
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Con excepción de noviembre y febrero, en los demás meses se observa una
reducción de la concentración de sólidos en suspensión, pero al igual que en la
DBO, la remoción es irregular conforme pasa el tiempo.
Figura 18. Comportamiento de sólidos en suspensión afluente y efluente(PTB)
Comportamiento S. S. (PTAR BIOLOGICA)
2000
Mg/l
1500
Afluente
1000
Efluente
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Meses
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
En los tres primeros meses de funcionamiento de la PTAR biológica, cumple con
meritos lo estipulado en el decreto, pero en los demás meses de estudio se ha
incumplido. La remoción media de sólidos suspendidos durante el periodo de
estudio es del 50%.
73
Grasas y aceites
Tabla 32. Grasas y aceites (PTB)
Comportamiento de Grasas y aceites (mg/ l) PTAR BIOLÓGICA
Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo
206,00
52,00
341,00
Afluente 898,00 560,00 3804,00 30,00 274,00 16,00
2,00
8,00
16,00
43,00
Efluente 74,00 320,00 8,00 12,00 74,00
96,1%
69,2%
87,0%
Remoción 91,8% 42,9% 99,8% 60,0% 73,0% 87,5%
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Figura 19. Comportamiento Grasas y aceites en el afluente y efluente (PTB)
Com por tam ie nto Gr as as y Ace ite s
(PTAR BIOLOGICA)
1000
Mg/l
800
Aflue nte
600
Eflue nte
400
200
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Meses
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
A diferencia de los dos parámetros anteriores, la remoción de la grasa es mucho
mayor, a pesar de que los porcentajes también son irregulares, pero en este
aspecto, la remoción que se obtiene es un logro muy importante, ya que las
emisiones provenientes del Mesón de la Sabana son grandes y uno de los
componentes de mayor concentración es la de grasas y aceites.
Con respecto al decreto, se puede decir que en cinco ocasiones se cumple
cabalmente con lo estipulado y las veces que se ha incumplido, el margen ha sido
mínimo.
Durante los meses, el porcentaje medio de remoción fue del 79%.
Con respecto a los resultados anteriores, se podría decir, que lo planta de
tratamiento biológico cumple con el decreto 1594 en lo que respecta a parámetros
físicos (pH, Temperatura y material flotante); mientras que en los aspectos
químicos, se incumple en gran margen, en lo referente a DBO y S S. Con respecto
a la remoción de grasas y aceites, el porcentaje de remoción incumple en un muy
corto porcentaje, con respecto al 80% estipulado por el decreto 1594.
Durante los meses de estudio, se observa que la planta no logra mantener un
74
funcionamiento estable y permanente con respecto a los parámetros de remoción
de materia orgánica y, la constante es el incumplimiento continuado y repetitivo
con los limites que exige el decreto 1594.
En adición, es importante comentar que una de las causas de la desestabilización
del sistema de tratamiento, puede ser debida a los vertimientos aportados por el
anfiteatro de la Facultad de Medicina, que contiene principalmente una solución
de formol (agente de interés sanitario), glicerina y agua; que actúa como un
inhibidor bacteriano y podría ser el principal obstáculo para el buen desempeño
del Bioxigene, en razón a que este vertimiento funciona como un bactericida de
alto espectro y rendimiento.
4.1.6 Funcionamiento actual de la PTAR En los siguientes apartes, se mostrará
el comportamiento de la planta de tratamiento por aireación extensiva a lo largo de
los meses del estudio; es decir, si cumple con su objetivo primordial, que es la
depuración de las aguas residuales. En adición, se comparan los resultados de la
depuración, con respecto a los parámetros exigidos por el decreto 1594.
Periodo de retención calculado, Para determinar este, se utiliza el cociente entre
el volumen de las instalaciones de la PTAR (Figura 14) y el caudal del afluente de
entrada:
Volumen de afluente: 48,2 metros cúbicos diarios.
Tabla 33.Periodo de retención hidráulica. PTAR
Zona
Volumen m3
Retención (Días)
Fuente: Autor, 2002-2003
Laguna de
oxidación
613
12,7
Zona de
sedimentación
26,64
0,55
Total PTAR
640
13,3
Para determinar el periodo de retención celular, se tuvieron en cuenta los
resultados de los análisis realizados a las muestras obtenidas el día 8 de mayo de
2002, en donde solo se midieron sólidos en suspensión (anexo K).
La muestra uno se tomo al inicio de recirculación de lodos y 40 minutos después
se realizó la muestra dos. Al promediar los análisis, nos da una concentración
media de sólidos suspendidos en los lodos recirculados.
(33,950 + 1,250)/ 2= 17,600 mg / l
La muestra tres, corresponde a una análisis integrado para así poder determinar la
concentración de sólidos en suspensión dentro de la laguna. Al multiplicarlo por el
volumen de la laguna, el resultado es la cantidad neta de sólidos en suspensión:
75
184 mg / l * 613,000 l = 112´792,000 mg
Al dividir ambos resultados, se obtienen los litros de lodo necesarios para
regenerar la cantidad de lodos en el medio
112´792,000 mg / 17,600 mg / l = 6,409 litros o 6,4 m3.
Todas las mañanas se recirculan al menos 25 metros cúbicos de lodos; se podría
decir que el periodo de retención celular en la PTAR es de un día.
•
Aspectos físicos
Temperatura
La variación de la temperatura del efluente en su descarga al cuerpo de agua
receptor (Río Bogotá) se observa en la figura 20, se encuentra en un intervalo
entre 18 y 15,5º C, que está dentro del rango aceptado por el decreto 1594 (< 40º
C).
Figura 20. Perfil de temperatura (PTAR)
zo
ro
M
ar
re
b
e
D
Fe
ie
ic
En
b
m
m
e
ro
re
re
b
re
S
N
e
o
p
O
ti
vi
e
ct
u
m
o
g
A
b
b
to
s
lio
Ju
n
Ju
re
1 8 ,5 0
1 8 ,0 0
1 7 ,5 0
1 7 ,0 0
1 6 ,5 0
1 6 ,0 0
1 5 ,5 0
1 5 ,0 0
io
Temp gr C.
T e m p e ra tu ra
M eses
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Figura 21. Perfil de pH (PTAR)
M e se s
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
76
M
ar
zo
ro
b
re
ro
Fe
ie
D
ic
e
b
m
m
e
vi
o
N
En
re
re
b
re
u
ct
e
ti
p
e
S
O
m
o
g
A
b
b
to
s
l io
Ju
n
Ju
re
8 ,1 0
7 ,6 0
7 ,1 0
6 ,6 0
6 ,1 0
5 ,6 0
5 ,1 0
io
pH
P o te n c i a l d e H i d r o g e n o
Potencial de Hidrógeno (pH)
Los cambios del pH del efluente en su descarga al cuerpo de agua receptor (Río
Bogotá) se muestran en la figura 21, Se encuentra en un intervalo entre 8,1 y 5,2
que está dentro del rango aceptado por el decreto 1594 (5,0 < pH < 9,0 ).
Materia orgánica
Demanda bioquímica de Oxígeno ( DBO)
Durante los meses en el que se ha hecho el estudio, la PTAR ha presentado
remoción de carga orgánica, tal y como lo muestra la tabla 34, desde junio hasta
Octubre exceptuando agosto (No se realizó medición), la eliminación de carga
orgánica supera la media; Noviembre y diciembre son meses extraordinarios y
opuestos entre si; en febrero y enero no se tomaron mediciones y la medición de
marzo también está por encima de la media.
Tabla 34. Demanda Bioquímica de Oxígeno (PTAR)
Comportamiento de DBO (mg/ l) PTAR
Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre OctubreNoviembre Diciembre Enero Febrero Marzo
377,72
Afluente
204,00 207,21
244,74
546,55
504,00
204,00
160,9
Efluente
51,00 54,05
75,08
222,22
451,50
10,00
Remoción
75%
74%
69%
59%
10%
95%
57%
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Figura 22 Perfil de DBO (PTAR)
C o m p o r t a m ie n t o D B O ( P T A R A IR E A D A )
600,00
500,00
Mg/l
400,00
A fl u e n te
300,00
E f l u e n te
200,00
100,00
0,00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
M e se s
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Se podría decir, que la planta tiene una remoción constante por encima de la
media, salvo el mes de noviembre.
Con respecto al decreto, hay incumplimiento, sin embargo, el margen de diferencia
es un porcentaje mínimo.
77
La remoción media durante los meses en que se realizó el muestreo es de
63%.
Sólidos en suspensión
Tabla 35. Perfil de sólidos en suspensión (PTAR)
Comportamiento de S S (mg/ l) PTAR
Abril Mayo Junio Julio AgostoSeptiembreOctubreNoviembreDiciembre EneroFebreroMarzo
113
170
Afluente
154,00 94,00 48,00
384,00
474,00
208,00
12
136
Efluente
1433,00 142,00 202,00 264,00
138,00
232,00
Remoción
-831% -51% -321%
31%
71%
-12%
89%
20%
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Los análisis de sólidos en suspensión realizados en esta PTAR, en su mayoría,
fueron medidos antes de implementar la nueva zona de sedimentación y
definitivamente muestran que la remoción es casi nula y contrariamente, se
observa que los lodos activos no se retienen, sino que se van hacia el río Bogotá.
Figura 23. Perfil de sólidos en suspensión (PTAR)
C o m p o r t a m ie n t o S . S . ( P T A R A IR E A D A )
1600
1400
Mg/l
1200
1000
800
A fl u e n te
600
E fl u e n te
400
200
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
M e se s
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
A excepción de los datos de octubre y diciembre, los demás muestran el mal
funcionamiento de la zona de sedimentación. En enero y febrero no se realizaron
mediciones, mientras que en marzo con nueva zona de sedimentación, la
eliminación no fue la deseada. La remoción de la fracción de sólidos en
suspensión es casi nula y en algunos casos, la carga del efluente es mayor que la
del afluente.
Grasas y aceites
78
Tabla 36. Grasas y aceites ( PTAR)
Comportamiento de Grasas y aceites (mg/ l) PTAR
Abril Mayo Junio Julio AgostoSeptiembreOctubreNoviembreDiciembre EneroFebreroMarzo
182,00 12,00 90
26
234
116
46
Afluente
22,00
4,00
36
10
18
20
< 10
Efluente
87,9% 66,7% 60,0%
Remoción
61,5%
92,3%
82,8%
80,0%
-
-
-
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
A diferencia de los dos parámetros anteriores, la eliminación de grasa es mucho
mayor y los porcentajes de remoción se mantienen por encima de la media.
Con respecto al decreto, se puede decir que en cinco ocasiones se cumple
cabalmente con lo estipulado y las veces que se ha incumplido, el margen ha
sido mínimo.
Figura 24. Perfil de grasas y aceites del afluente y efluente (PTAR)
Co m po r ta m ie n to Gr a s a s y Ac e ite s
(P TAR AIREADA)
Mg/l
250
200
150
A flu e n te
Eflu e n te
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Meses
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Durante los meses en que se han realizado análisis, el porcentaje medio de
remoción fue del 76% y desde octubre se muestra un cumplimiento constante.
La PTAR no produce olores que afecten las áreas aledañas. Con respecto a los
resultados anteriores, se podría decir, que la PTAR cumple con el decreto 1594 en
lo que respecta a parámetros físicos (pH, Temperatura y material flotante);
mientras que en los aspectos químicos, se incumple en corto margen, en DBO y
grasas y aceites. En lo referente a la remoción de los sólidos en suspensión, la
eliminación con respecto a lo establecido por el decreto, es nula y esto es
preocupante, ya que podría acarrear una posible sanción.
Durante los meses de estudio, se observa que la planta no logra mantener un
funcionamiento estable y permanente con respecto a los parámetros de remoción
de materia orgánica y, la constante es el incumplimiento continuado y repetitivo
79
con los limites que exige el decreto 1594.
4.1.7 Balance de masas orgánicas (DBO, SS, Grasas) de las PTARs de la
Universidad:
•
•
•
•
•
•
•
La depuración dentro de la PTB ocurre en la laguna de estabilización
facultativa.
La adición de microorganismos se realiza en el bioreactor, donde se genera
una mezcla completa con retención de 30 minutos por ciclo.
La temperatura de la laguna varia entre 15,5 y 19 ºC durante el tiempo.
El valor de la precipitación media anual es de 730,5 mms.
El valor de la evaporación media anual es de 863,4 mms.
El caudal de afluente es de aproximadamente 45 m3/día
El volumen aproximado de la laguna es de 200 m3 y su periodo de retención
hidráulico es de 4,4 días.
Muestra de calculo para DBO en la PTB
Kilogramos removidos de DBO =
Kilogramos DBO afluente – Kilogramos DBO efluente
Porcentaje de remoción DBO =
Kilogramos removidos de DBO / Kilogramos DBO afluente
(398,21 mg/l *45000 l) - (398,21 mg/l *45000 l)
(17,9 Kg – 9,6 Kg) DBO
8,3 Kg DBO removidos
(8,3 Kg DBO / 17,9 Kg DBO Afluente)
46 % de remoción DBO del afluente
Figura 25. Caracterización de la materia orgánica de la PTB
Caracterización de Efluente
CAUDAL L/ Día
43627
MATERIA ORGANÍCA
Caracterización de Afluente
CAUDAL L/ Día
45000
MATERIA ORGÁNICA
Parámetro mg/ l Kg. /Día
DBO
398,21 17,9
SST
525,17 23,6
GyA
686,78 30,9
Parámetro
DBO
SST
GyA
Eficiencia de Proceso
MATERIA ORGANÍCA REMOVIDA
Parámetro Kg % Remoción
DBO
8,3
46%
SST
16,1
68%
GyA
28,2
91%
80
mg/ l Kg. /Día
219,72
9,6
168,17
7,6
61,9
2,7
•
•
•
•
•
•
•
•
La depuración dentro de la planta de tratamiento por aireación extensiva ocurre
en la laguna de oxidación ( reactor) y la separación entre el lodo y el agua
depurada, en la zona de sedimentación.
La temperatura de la laguna varia entre 15,5 y 18 ºC durante el tiempo.
El valor de la precipitación media anual es de 730,5 mms.
El valor de la evaporación media anual es de 863,4 mms.
El caudal de afluente es de aproximadamente 48 m3/día
El volumen aproximado de la laguna es de 640 m3 y su periodo de retención
hidráulico es de 13,3 días.
Régimen hidráulico: mezcla completa.
El periodo de retención celular es de un día.
Figura 26. Caracterización de la materia orgánica de la PTAR:
Caracterización de Efluente
CAUDAL L/ Día
42307
MATERIA ORGANÍCA
Parámetro mg/ l Kg. /Día
DBO
146,39
6,4
SST
319,88
14,4
GyA
17,14
0,83
Caracterización de Afluente
CAUDAL L/ Día
48200
MATERIA ORGANÍCA
Parámetro mg/ l Kg. /Día
DBO 326,89
14,7
SST
205,63
9,3
G y A 100,86
4,86
Eficiencia de Proceso
MATERIA ORGANICA REMOVIDA
Parámetro
Kg
% Remoción
DBO
8,3
57%
SST
-5,1
-56%
GyA
4,0
83%
Fuente: Autor, 2002- 2003, Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Todos los parámetros de DBO, S S y grasas y aceites, en el afluente y efluente de
las PTAR, son el promedio de las mediciones realizadas durante los 12 meses
(Ver anexo H y I).
Se observa que los caudales son ligeramente similares para ambas plantas, sin
embargo, la PTB elimina mayor cantidad de masa orgánica.
Hay que aclarar, que la masa de DBO, S S y grasas, no se elimina dentro de las
plantas de tratamiento, sino que se transforma en otros compuestos tales como
biomasa, agua, gases, entre otros (ver sección 1,12).
Para poder cuantificar dichas transformaciones, algunas bibliografías consultadas
por el autor, cuentan con modelos matemáticos que requieren de información
adicional, como son:
o Relación de consumo de sustrato y generación de biomasa.
o Relación sólidos suspendidos, sólidos suspendidos volátiles
o Coeficientes cinéticos
81
o Consumos de energía, entre otros.
Toda esta información no es inherente a los objetivos del estudio realizado dentro
de las plantas de tratamiento de la universidad y van mas allá de lo estipulado por
la normatividad.
4.1.8 Comparación de eficiencias de remoción de materia orgánicas entre
plantas:
Figura 27. Gráfica comparativa de porcentaje de remoción DBO.
% REMOCION DBO
%
90%
70%
P. Biologica
50%
P. Aireada
30%
Norma CAR
10%
-10% 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Meses
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Figura 28. Grafica comparativa de porcentaje de remoción de sólidos en
suspensión.
% REMOCION S. S.
90%
P. Biologica
75%
P. Aireada
%
60%
45%
Norma CAR
30%
15%
0%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Meses
En esta grafica no se tuvieron en cuenta los datos negativos de remoción de la PTAR
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Las figuras 27, 28 y 29 se realizaron para comparar el porcentaje de remoción
materia orgánica entre las plantas (PTAR Biológica – PTAR) de la UNIVERSIDAD
DE LA SABANA.
82
Estas figuras, muestran los porcentajes de remoción de los componentes
orgánicos de cada una de las plantas en función de los meses; además, está
implícito el límite de la norma técnica.
Figura 29. Grafica comparativa de porcentaje de remoción de grasas y aceites.
% R E M O C IO N G R A S A S Y A C E IT E S
1 0 0 ,0 0 %
8 5 ,0 0 %
P . B io lo g ic a
P . A ir e a d a
7 0 ,0 0 %
No rm a C A R
5 5 ,0 0 %
4 0 ,0 0 %
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
M eses
Fuente: Análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
En las figuras de porcentaje de remoción de DBO y S S, se observa que las
mediciones realizadas en ambas plantas, no muestran ninguna tendencia y la
constante entre las dos, es el incumplimiento con la norma.
Para efectos de comparación, al promediar los porcentajes de remoción durante
los meses, se observa que la PTAR Biológica tiene un porcentaje de remoción
media de S S y grasas y aceites, mayor que el de la PTAR; a su vez, la PTAR
tiene un mayor porcentaje de remoción medio de DBO que la PTAR Biológica.
De acuerdo a la afirmación anterior, aunque las dos plantas incumplan con el
decreto 1594 del Ministerio de Agricultura en lo que respecta a carga orgánica, la
PTAR Biológica elimina una fracción mayor de materia orgánica.
4.1.9 Comparación estadística entre las plantas de la Universidad: Analizar el
funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales de la
UNIVERSIDAD DE LA SABANA es uno de los objetivos del proyecto. Para esto,
se han determinado las eficiencias de remoción de cada planta desde abril de
2002.
Para la comparación entre plantas de tratamiento se utilizará una distribución t de
student para muestras pequeñas (n <= 30) (ver anexo N) con respecto al
porcentaje de remoción de materia orgánica (DBO, S S, grasas y aceites) del
efluente, con un nivel de significación del 5% y n1 + n2 – 2 grados de libertad por
parejas, con lo que se podrá determinar la diferencia de remoción media de
materia orgánica por parámetro en cada planta.
83
Las siguientes tablas presentan la remoción durante los meses de cada PTAR, por
parámetro
B – Promedio: Remoción PTB – promedio de remociones de los meses
PTB
A – Promedio: Remoción PTAR– promedio de remociones de los meses
PTAR.
T1: (B- Promedio) elevado al cuadrado.
T2: (A- Promedio) elevado al cuadrado.
Tabla 37. Comparación estadística de la Remoción de DBO entre las dos Plantas.
Mes
junio
julio
agosto
septiembre
octubre
noviembre
diciembre
enero
febrero
marzo
TOTAL
PTB
41%
48%
PTAR
75%
74%
85%
40%
76%
49%
21%
72%
42%
474%
69%
59%
10%
95%
57%
439%
B - Promedio A-Promedio
-12%
12%
-5%
11%
32%
-13%
23%
-4%
-32%
19%
-11%
0%
6%
-4%
-53%
32%
-6%
0%
T1
1,46%
0,21%
T2
1,51%
1,27%
10,48%
1,60%
0,40%
0,14%
27,79%
10,42%
0,13%
10,00%
3,75%
1,13%
29%
0,33%
42%
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Tabla 38. Comparación estadística de la Remoción de Sólidos suspendidos entre
las dos Plantas:
Mes
junio
julio
agosto
septiembre
octubre
noviembre
diciembre
enero
febrero
marzo
TOTAL
PTB
90%
43%
51%
31%
11%
-1%
41%
27%
-156%
34%
171%
PTAR
-831%
-51%
-321%
31%
71%
-12%
89%
20%
-1004%
B – Promedio A -Promedio
73%
-706%
26%
75%
34%
-196%
14%
157%
-6%
197%
-18%
114%
24%
215%
10%
-173%
17%
146%
0%
0%
T1
53,14%
6,71%
11,49%
1,93%
0,37%
3,28%
5,71%
0,98%
299,64%
2,86%
386%
T2
4977,30%
55,50%
382,20%
244,92%
386,12%
128,82%
460,10%
211,70%
6847%
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Los resultados de las tablas 37, 38 y 39, señalan que existe una diferencia en la
84
remoción media de materia orgánica en ambas plantas de tratamiento.
Tabla 39. Comparación estadística de la Remoción de grasas y aceites entre las
dos Plantas:
Mes
Junio
Julio
agosto
septiembre
octubre
noviembre
diciembre
enero
febrero
marzo
TOTAL
PTB
100%
60%
73%
88%
96%
69%
87%
PTAR
88%
67%
60%
62%
92%
83%
80%
B- Promedio
18%
-22%
-9%
6%
14%
-13%
5%
P-Promedio
12%
-9%
-16%
-14%
16%
7%
4%
T1
3,24%
4,75%
0,77%
0,32%
2,04%
1,59%
0,27%
T2
1,44%
0,84%
2,52%
2,07%
2,69%
0,48%
0,17%
573%
531%
0%
0%
13%
10%
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Hipótesis: Se asemeja a una distribución de medias muéstrales (t)
Hipótesis nula(Ho):
µB = µA
Hipótesis Alternativa(Ha): µB = µA
µ = Probabilidad
Prueba Bilateral
Nivel de significancía (ά)= 5% (0,05)
Siendo: Desviación típica (‫) ل‬
‫=ل‬
Σ(B- Promedio)^2 + Σ(A- Promedio)^2
n1 + n2 - 2
‫( ل‬Bpromedio-Apromedio) =
‫^ل‬2 + ‫^ل‬2
n1
n2
t = (Bpromedio-Apromedio) – (µB – µA)
‫( ل‬Bpromedio-Apromedio)
Tabla 40. Resultados de la distribución T:
B promedio
A promedio
# de datos B (n1)
# de datos A (n2)
Grados de libertad (v)
Desviación típica (‫) ل‬
‫( ل‬BpromedioApromedio)
t
DBO
53 %
63%
9
7
14
2,25%
1,13%
SS
17%
-126%
10
8
16
21,26%
10,08%
Grasas y Aceites
82%
76%
7
7
12
1,38%
0,74%
30,84%
116,57%
8,13%
85
Dato obtenido de
Anexo N
2,1448
2,1199
2,1788
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Figura 30. Distribución “ t “ para la DBO
α=0,05
α=0,05
RC
ZA
-2,1448
RC
2,1448
Figura 31. Distribución “ t “ para los sólidos en suspensión
α=0,05
α=0,05
RC
ZA
RC
-2,1199
2,1199
Figura 32 Distribución “ t “ para grasas y aceites
α=0,05
α=0,05
RC
ZA
RC
-2,1788
2,1788
RC región crítica
ZA zona de aceptación
Los resultados anteriores señalan que existe una diferencia significativa en el
porcentaje de remoción media de Materia orgánica en ambas Plantas de
tratamiento.
La diferencia más marcada se encuentra en la remoción de Sólidos en
suspensión.
86
La menor diferencia se encuentra en la remoción de grasas y aceites
4.2 RESULTADOS DEL MUESTREO EN LA PTAR LEONA
La Cervecería LEONA S. A. es una empresa alimentaria y principalmente produce
bebidas de malta. Está situada 30 Kilómetros al norte de la ciudad Bogotá D.C. en
el municipio de Tocancipá (2600 m.s.n.m.); junto a ésta, pasa el río Bogotá, sitio
del cual disponen de aguas para proceso y también es donde eyectan sus aguas
residuales ya depuradas.
La Cervecería LEONA S. A. cuenta con una población media de 650 personas,
entre operarios, ingenieros y área administrativa.
Independientemente del agua producida por la población de la planta, el agua
residual a tratar, es de origen industrial, resultante de los procesos de elaboración
de cerveza y de bebidas de malta. En teoría, por cada tonelada de producto
terminado, se requieren nueve toneladas de agua potable.(Fuente: Indicadores de
funcionamiento, PTAR leona 2000-2001)
El periodo activo de la Cervecería es de 24 horas al día, los 365 días del año,
siendo los últimos meses del año, el periodo mas productivo, y como tal, el de
mayor generación de agua residual.
4.2.1 Origen y caracterización de las aguas residuales que llegan a la PTAR
Leona
Tabla 41. Clasificación del agua residual con respecto a los sitios donde se
originan los efluentes PTAR Leona:
Área de origen
Agua residual
Cocinas, oficinas, baños, en general son de consumo
doméstico.
Provenientes de las líneas de producción
Sanitaria
Provenientes de la sección de envases.
Concentrada
Diluida
Fuente: Operarios PTAR Leona, 2002
Las aguas residuales sanitarias, son domésticas de consumo sanitario en su
mayoría (Desechos fecales, entre otros).
Las aguas residuales concentradas son industriales de consumo en proceso y en
ocasiones lleva excesos de ingredientes, producto intermedio, producto terminado,
entre otros.
Las aguas residuales diluidas son industriales de consumo en el proceso de
lavado de envases que lleva detergentes líquidos (libres de tensoactivos), botellas
87
entre otros.
Todas estas aguas son recolectadas por redes de alcantarillado independientes,
pero antes de entrar al tanque de ecualización se mezclan y forman una sola
corriente de entrada (afluente).
Existe otra corriente de agua residual que no es tan significativa, que corresponde
a los lixiviados resultantes de secar los lodos de exceso de la PTAR Leona.
La tabla 42 muestra las mediciones presentadas a la CAR en el segundo semestre
de 2001. No se presentan datos de Temperatura
Tabla 42. Análisis fisicoquímicos del afluente en el tanque de ecualización y el
afluente, al final del tratamiento fisicoquímico.
Especificaciones
T. ecualización Efluente
pH
5,63
7,62
Grasas
Presentes
Ausentes
O2
<2 ppm
5 ppm
DQO
1525 ppm
<=40 ppm
Tensoactivos
3,6 ppm
0,99 ppm
Presente
Ausente
Material flotante
Sólidos
Suspendidos
1275 ppm
<=20 ppm
Fuente: Análisis de laboratorio de la CERVECERIA LEONA S. A.
4.2.2 Caudales y generalidades hidráulicas de la PTAR LEONA
Figura 33. Perfil de caudal por el tanque de ecualización correspondiente al
periodo 2001:
Perfil de caudales durante los meses
250000
M3 por mes
200000
150000
100000
50000
0
FEBRERO
MARZO
ABRIL
MAYO
JUNIO
Meses
Fuente: Operarios PTAR LEONA, 2002
88
JULIO
AGOSTO
SEPTIEMBRE
Tanque ecualizador, Su capacidad es de 1500 m3 de agua residual (ver figura 8).
Cuenta con una entrada de afluente y tres salidas hacia el proceso de tratamiento
En la gráfica no se encuentran los meses de diciembre ni enero, que
corresponden al periodo de mayor afluencia debido a la época de festividades
donde hay más consumo de productos alcohólicos; pero aparecen junio y julio,
que son los de menor caudal
La altura de cada reactor anaerobio es de aproximadamente cuatro metros y en la
actualidad su capacidad máxima de tratamiento es de 60 m3 por hora, es decir
que, todos los reactores juntos pueden tratar anaeróbicamente un total de
216.000 m3 de agua residual al mes, trabajando 24 horas al día, durante 30 días.
Tabla 43. Eficiencias de remoción DQO de cada uno de los reactores Anaerobios
durante los meses (periodo 2001)
FASE I
AÑO 2001 REACTOR 1
ENERO
77,54%
FEBRERO
MARZO
81,69%
ABRIL
85,19%
MAYO
77,36%
JUNIO
84,51%
JULIO
75,41%
AGOSTO
71,70%
SEPTIEMBRE
79,06%
PROMEDIO
REACTOR 2
FASE II
REACTOR 3
REACTOR 4 REACTOR 5
68,84%
80,32%
73,40%
71,04%
87,99%
78,53%
67,62%
75,39%
79,96%
73,62%
78,40%
79,51%
77,87%
72,59%
85,61%
81,43%
78,36%
76,72%
87,71%
84,14%
62,87%
77,69%
79,09%
71,96%
79,68%
86,25%
77,10%
59,40%
77,01%
Fuente: Análisis de laboratorio de la Cervecería Leona, 2001
Existen dos reactores aeróbicos, no se tienen los volúmenes, pero el reactor dos
es de mayor tamaño.
Tabla 44. Eficiencias de remoción de cada uno de los reactores aerobios en
función del tiempo:
Fase 1
Reactor 1
Meses 2001
ENERO
FEBRERO
MARZO
ABRIL
MAYO
JUNIO
JULIO
AGOSTO
SEPTIEMBRE
PROMEDIO
Fase 2
Reactor 2
88,98%
86,46%
92,15%
90,23%
83,63%
91,51%
92,89%
87,96%
90,08%
93,51%
93,01%
89,48%
90,16%
90,40%
88,83%
90,49%
89
Fuente: PTAR LEONA
Se observa en la tabla 43, que el reactor uno corresponde a la fase uno y el 2, 3, 4
y 5 corresponden a la fase dos, esto es debido a que el afluente inicial se divide en
tres corrientes, la primera se dirige hacia la fase uno, la segunda hacia la fase dos
y la tercera hacia el tratamiento aerobio. Este tema se profundiza mas en el
numeral 4.2.5 (Caracterización de materia orgánica de la PTAR Leona)
Tabla 45. Eficiencias de remoción de carga orgánica en el tratamiento terciario
Fase 1
Fase 2
Meses 2001
Sediflotador 1 Sediflotador 2
ENERO
FEBRERO
MARZO
ABRIL
MAYO
JUNIO
JULIO
AGOSTO
SEPTIEMBRE
PROMEDIO
86,46%
60,00%
93,51%
93,01%
89,48%
90,16%
90,40%
88,83%
90,27%
35,21%
50,00%
50,70%
80,85%
55,35%
Fuente: Análisis de laboratorio de la Cervecería Leona
Figura 34. Puntos de muestreo ubicados en el afluente y efluente de cada fase de
la PTAR Leona
FASE ANAEROBICA 1
DQO
S. S.
DQO
pH, Gr as a, DQO, O2,
Te ns oactivos , Solidos
dis ue ltos y totale s
Q4
NEUTR 1
REACT 1
Q9
FASE
AEROBIA I
Q11
Q2
T. ECUALIZACION
TRAT.
QUÍMICO
I
Q13
DQO
DQO
S. S.
Q16
Q1
Q15
pH, Gr as a, DQO, O2,
Te ns oactivos , Solidos
dis ue ltos y totale s
Q17
TAMICES
DQO
DQO
NEUTR 2
R2
R3
R4
R5
Q3
Q5
Q6
Q8
Q10
DQO
FASE ANAEROBICA 2
TRAT.
QUÍMICO II
FASE
AEROBIA II
Q7
Q12
Q14
DQO
S. S.
Fuente: Operarios de PTAR LEONA
El porcentaje promedio de remoción de la fase dos es del 77.4% y el de la fase
uno es del 79,06%.
90
El porcentaje de remoción total de materia orgánica equivalente a la DQO, en el
tratamiento anaeróbico es del 78,2 %.
El porcentaje de remoción total de materia orgánica equivalente a la DQO, en el
tratamiento Aeróbico es de 90,3 %.
Los sediflotadores tienen volúmenes iguales, pero no estaban disponibles los
datos.
Los resultados de la tabla 45 no significan que el sediflotador dos sea más
ineficiente, lo que ocurre es que este estanque no se utiliza la mayor parte del año
y solo se utiliza en los periodos en que el afluente de la PTAR de la Cervecería es
alto (correspondiente a las épocas de fin de año).
4.2.3 Análisis técnico y estadístico de los datos recogidos: El perfil del
afluente mensual se observa en la figura 33 y los datos y puntos de medición, en
la figura 34.
Los datos de caudales y los obtenidos en el laboratorio de la Cervecería Leona S.
A, se presentan en el anexo J
Los datos utilizados para determinar estas eficiencias, se toman a partir de la
corriente uno (Q1) hasta antes de la salida a la fuente receptora (Q14 y Q13), es
decir que solo abarcan la fase secundaria y la fase terciaria.
Tabla 46. Eficiencias de remoción de materia orgánica obtenidas por la PTAR
LEONA en los meses del periodo 2001.
Mes
Remoción
DQO
Remoción
SS
99,08%
96,6%
99,04%
ENERO
FEBRERO
98,18%
MARZO
ABRIL
97,9%
98,12%
MAYO
97,3%
97,61%
JUNIO
97,4%
98,00%
JULIO
97,6%
98,29%
AGOSTO
97,85
98,17%
SEPTIEMBRE
97,5%
98,20%
PROMEDIO
97,4%
98,30%
Fuente: Análisis de laboratorio de la CERVECERIA LEONA (anexo J)
4.2.4 Funcionamiento de la PTAR LEONA: En los siguientes apartes, se
mostrará el comportamiento de la PTAR LEONA a lo largo de los meses del
estudio; es decir, si cumple con su objetivo primordial, que es la depuración de las
91
aguas residuales industriales.
En los datos suministrados por los supervisores de la PTAR LEONA, solo se
encuentran las mediciones (periodo 2001) de caudal, DQO y Sólidos en
suspensión. El compendio de estos datos esta en el anexo J
Aspectos físicos
Potencial de Hidrógeno (pH)
El pH de 7,62 del efluente al cuerpo de agua receptor ( Río Bogotá). se encuentra
en dentro del rango aceptado por el decreto 1594 ( 5,0 < pH < 9,0 ).
Materia orgánica
Tabla 47. Demanda Química de Oxígeno ( PTAR LEONA)
Comportamiento de DQO (mg/ l) PTAR LEONA
Corriente
ENERO FEBRERO MARZOABRIL MAYO JUNIOJULIO AGOSTO SEPTIEMBRE
Afluente
Q1
1091
1966 1391 1250 1440
1891
1643
Q13
38
46
32
35
36
Efluente
Q14
36
38
38
32
34
42
45
Promedio
37
42
38
32
34,5
42
40,5
Fuente: Análisis de laboratorio de la CERVECERIA LEONA S. A.)
La figura 35 muestra la eliminación casi total de la DQO en el efluente de la PTAR.
El porcentaje de remoción esta por encima del 80%, situándose en un intervalo
muy estrecho( 87% - 92%), lo que indica un funcionamiento ideal y constante
durante los meses.
Figura 35. Perfil de DQO (PTAR LEONA)
Mg/l
Comportamiento DQO (PTAR LEONA)
2000
1600
1200
800
400
0
Afluente
Efluente
1
2
3
4
5
6
Meses
92
7
8
9
10
La remoción media con respecto a los meses del estudio, ha sido del 97,4%
Tabla 48. Sólidos en suspensión (PTAR LEONA)
Comportamiento de S S (mg/ l) PTAR LEONA
Corriente
ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE
Afluente
Q1
2348
1611
1200 1156 748 1065 823
1200
1278
Q13
23
14
22
22
18
22
17
14
23
Efluente
Q14
21
17
22
22
18
22
12
30
23
Promedio 22
15,5
22
22
18
22
14,5
22
23
Fuente: Análisis de laboratorio de la CERVECERIA LEONA S. A.
Figura 36. Perfil de Sólidos en suspensión (PTAR LEONA)
Mg/l
Comportamiento S. S. (PTAR LEONA)
2000
1600
1200
800
400
0
Afluente
Efluente
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Meses
Fuente: Análisis de laboratorio de la CERVECERIA LEONA S. A.
La eliminación de la fracción de sólidos en suspensión es muy alta y su porcentaje
de remoción se mantiene en un rango muy corto( 97% - 99%), lo que indica, que la
PTAR esta funcionado en condiciones óptimas. Durante los meses, supera con
creces lo estipulado en el decreto 1594 y su remoción media de sólidos
suspendidos, es del 98,3%.
4.2.5 Balance de masas orgánicas (DQO, SS) en la PTAR Leona: Tal y como
se observa en la figura 37, la PTAR LEONA tiene una corriente principal
proveniente del tratamiento primario (Q1), que luego se divide en tres corrientes:
La corriente Q2, que se dirige hacia el tratamiento anaeróbico uno, tratamiento
aeróbico uno y tratamiento químico uno.
La corriente Q3 que se dirige hacia el tratamiento anaeróbico dos, tratamiento
aeróbico dos y tratamiento químico dos.
La corriente Q15 que se divide en dos; Q16 (25% de Q15). que se dirige al
tratamiento aeróbico uno; y Q17 (75% de Q15). que se dirige al tratamiento
aeróbico dos.
93
Las tres corrientes contienen igual contenido de materia orgánica, pero los
caudales son diferentes; Q2 ( 20% de Q1), Q3 (23% de Q1) y Q15 (57% de Q1).
Los tratamientos que se llevan a cabo en Q1 y Q2, son similares y solo varían en
el numero de dispositivos (por ejemplo, reactores anaeróbicos y aireadores) y la
dimensión de algunas instalaciones (por ejemplo, reactores aeróbicos).
Se requirió de esta disposición en las instalaciones, debido a que durante los
meses del año, los caudales de afluente normales no exigen la máxima capacidad
de la PTAR y para efectos de ahorro de energía y funcionalidad operativa, se
prescinde en la utilización de algunas instalaciones como por ejemplo el
tratamiento químico uno. Cuando los caudales son máximos (noviembre,
diciembre) se utiliza la totalidad de las instalaciones.
(Fuente: Operarios PTAR Leona)
En las tablas 49 y 50 se muestran las eficiencias de remoción de las operaciones
en el de depuración, mientras que en la tabla 51, se determina la eficiencia global
del proceso.
Todos los parámetros de DQO, S S, en el afluente y efluente de la PTAR, son el
promedio de las mediciones realizadas durante los 12 meses de estudio (Ver
anexo J).
Las casillas que aparecen en gris, corresponden a valores que no se pueden
calcular, por la falta de algún dato.
94
Tabla 49. Caracterización de materia orgánica, sección uno
FASE
Parametro
Caudal m3/ mes
DBO kg/m3
SST kg/m3
Entrada
34760
1,525
0,1272
FASE ANAEROBICA 1
Salida
Kg removidos % remocion
33607
0,245
44775,285
83,93%
sin dato
Entrada
50052
0,972
FASE AEROBICA 1
Salida
Kg removidos % remocion
sin dato
0,096
90,12%
sin dato
Entrada
sin dato
0,096
0,144
TRATAMIENTO QUIMICO 2
Salida
Kg removidos % remocion
6850
0,037
61,46%
0,02
86,81%
FASE ANAEROBICA 1
Figura 37
Q4
NEUTR 1
REACT 1
Q9
FASE AEROBIA I
Q11
Q2
TRAT.
QUÍMICO
I
Q13
23%* Q1
T. ECUALIZACION
25%* Q15
Q16
Q1
Q15
57%* Q1
Q17
TAMICES
75%* Q15
20%* Q1
R2
R3
R4
R5
NEUTR 2
Q3
Q5
Q6
Q7
Q8
Q10
TRAT.
QUÍMICO II
FASE AEROBIA
II
Q12
Q14
FASE ANAEROBICA 2
FASE
Parametro
Caudal m3/ mes
DBO kg/m3
SST kg/m3
Entrada
30225
1,525
1,272
FASE ANAEROBICA 2
Salida
Kg removidos % remocion
28448
0,35
36136,325
77,05%
sin dato
Entrada
93990
1,077
sin dato
FASE AEROBICA 2
Salida
Kg removidos % remocion
sin dato
0,102
90,53%
sin dato
Tabla 50. Caracterización de materia orgánica , PTAR LEONA sección dos.
95
Entrada
sin dato
0,102
0,177
TRATAMIENTO QUIMICO 2
Salida
Kg removidos % remocion
97580
0,038
62,75%
0,02
88,14%
Aunque hay ausencia de datos, se observa que el mayor porcentaje de remoción,
se encuentra en el tratamiento aeróbico.
Tabla 51. Balance de materia global PTAR LEONA
BALANCE DE MATERIA GLOBAL
Parámetro
Caudal m3/ mes
DQO kg/m3
Entrada
151625
1,525
Salida
104431
0,0375
Kg. removidos
% remoción
227312
97,54%
SST kg/m3
1,272
0,02
190778
98,43%
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la CERVECERIA LEONA S. A.
Todos los parámetros de DQO y S S en el afluente y efluente de la PTAR LEONA,
son el promedio de las mediciones realizadas durante los n meses.(ver anexo J)
La PTAR LEONA, produce lodos biológicos y lodos químicos como consecuencia
de la depuración de las aguas residuales industriales. En la tabla 52 se observa la
cantidad de lodos producidos en los tratamientos aeróbicos y químicos de la PTAR
LEONA y el volumen total luego de ser deshidratados.
Tabla 52. Producción de lodos durante el periodo (2001)
CANTIDAD DE LODOS PRODUCIDOS ( VOL. M3 DE S S)
periodo2001
FEBRERO
MARZO
ABRIL
MAYO
JUNIO
JULIO
AGOSTO
SEPTIEM.
PROMEDIO
AEROBIO I QUIMICO I AEROBIO II
QUIMICO II
total
LODOS DESHIDRATADOS
1159,99
613,64
1604,12
1334,93
4712,69
709,00
391,83
393,50
127,37
601,06
1009,53
1067,42
678,67
0,00
0,00
0,00
163,05
73,89
500,43
193,00
1909,42
1231,10
492,60
1091,16
1470,91
1722,25
1360,22
444,02
472,35
266,00
350,05
666,55
1291,37
689,32
2745,27
2096,95
885,97
2205,33
3220,88
4581,47
2921,22
611,00
401,00
164,07
408,39
596,46
848,42
534,05
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la CERVECERIA LEONA S. A.
Caracterización de lodos antes de ser deshidratados
•
Humedad *:
88.96%
Cenizas *:
4.25%
Nitrógeno *:
0.17%
Carbono orgánico total: 5.12% (porcentaje en base seca)
Densidad *:
1.11 gr / ml
Humedad* luego de ser deshidratado: 40%
Porcentaje* en base húmeda
96
5. DIAGNOSTICO
Hasta esta instancia, se han referido las generalidades técnicas de cada planta de
tratamiento, se han valorado, comparado mediante sus eficiencias de remoción de
carga orgánica y se han evaluado con respecto al decreto 1594 del Ministerio de
Agricultura.
En los siguientes apartes se realizará un diagnostico de cada una de las plantas
mostrando el desempeño de todas sus instalaciones a lo largo del proceso de
depuración de los afluentes.
Las figuras 38, 39, 40 y 41 fueron realizadas con datos obtenidos al finalizar el
periodo de muestreo, utilizando las mismas técnicas y análisis de los demás datos.
(Anexo K ) La única novedad fue la adición de puntos de muestreo dentro de las
plantas de la Universidad de la Sabana, para poder cuantificar el desempeño de
las instalaciones durante el proceso de depuración.
El eje derecho de las gráficas muestra la concentración de parámetro (línea azul),
el eje izquierdo el porcentaje de remoción (Línea negra), todo lo anterior en
función de las operaciones de cada PTAR, por ultimo los porcentajes en rojo
muestra la remoción entre etapas.
Figura 38. Remoción de sólidos en suspensión dentro de la PTB
Solidos en suspención
650,0
100 %
600,0
20,25%
85 %
S. S. m g/l
550,0
-29,1%
21,70%
500,0
68 %
51 %
%
34 %
450,0
17 %
400,0
0 %
350,0
Entrada
Balsa 1
Balsa 2
Salida
Etapa
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
97
Figura 39. Remoción de DBO dentro de la PTB
Dmanda Bioquimica de Oxigeno
100 %
1070,0
DQO m g/l
950,0
85 %
42,21%
68 %
830,0
51 %
710,0
39,9%
590,0
%
34 %
-11,4%
17 %
470,0
0 %
350,0
Entrada
Balsa 1
Balsa 2
Salida
Etapa
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Figura 40. Remoción de sólidos en suspensión dentro de la PTAR
SOLIDOS EN SUSPENCION
20 %
-7,6%
190,0
15 %
S. S. m g/l
175,0
25,7%
160,0
10 %
-5 %
145,0
130,0
0%
115,0
-5 %
%
-10 %
100,0
Entrada
Reactor
Salida
Etapa
Fuente: Resultados de análisis de laboratorio de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Figura 41. Remoción de DQO dentro de la PTAR Leona
DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO
1800
100 %
77%
DQO mg/ ml
1500
85 %
-200%
1200
68 %
900
51 %
90,2%
600
34 %
64%
300
17 %
0 %
0
Entrada
T. Anaerobico
Intermedio
Etapas
98
T. Aerobico
T. Quimico
%
5.1
DIAGNOSTICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLOGICO
En las figuras 38 y 39 se observa una remoción constante de ambos parámetros
(DBO y S S) hasta la etapa dos; en la etapa tres un incremento de la
concentración en cada parámetro y como resultado remociones negativas.
El agua residual doméstica a su paso por el bioreactor, la balsa de digestión y la
balsa sedimentación pierde aproximadamente 68% y un 40% de DBO y S S
respectivamente. En la balsa de pulimento ocurre el proceso contrario, es decir, de
nuevo hay una contaminación, y la corriente resultante llega al cuerpo receptor
con un 61% y 20 % de DBO y SS respectivamente. Todo esto ocurre en un
intervalo de tiempo que va desde cuatro hasta cinco días.
Una de las posibles causas por la cual se contamina el agua en esta zona, es por
la probable presencia de infiltraciones, ya sea por el nivel freático o por causa del
río Bogotá; este ultimo es muy cuestionado debido a la diferencia de alturas
piezométricas entre la PTB y el río Bogota, que es superior al metro. Algo que es
seguro es que de la zona de sedimentación a la balsa de pulimento hay flujos de
agua que pasan por los extremos de la esclusa dos sin cruzar el filtro de grava.
En adición, la zona de pulimento presenta un problema crítico debido a que los
olores más ofensivos se producen allí, el cual genera un ambiente negativo para el
quehacer diario de los estudiantes, teniendo en cuenta que a su lado se
encuentran los edificios E y el campo de fútbol
Los datos analizados y las eficiencias de remoción obtenidas muestran una PTAR
Biológica con deficiencias en la depuración de aguas residuales, Aunque el
mecanismo o principio de depuración elimina gran parte de la carga contaminante,
la remoción está al margen de los estipulado por la ley.
5.2 DIAGNOSTICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO POR AIREACIÓN
EXTENDIDA (PTAR)
En la figura 40 se observa un aumento en la concentración de sólidos en
suspensión en el reactor de aproximadamente 8%, y, una remoción final a la
salida de la PTAR del 20% (teniendo en cuenta los nuevos dispositivos de la zona
de sedimentación).
El incremento en el reactor es lógico debido a la formación del líquido – mezcla,
pero aun así, este aumento de concentración en los sólidos en suspensión debe
ser mayor (varios cientos por cientos mas), ya que según el fabricante, para
garantizar la depuración en niveles aceptables, se requiere por lo menos 3000
mg/l de sólidos en suspensión (tejido orgánico).
99
Desde finales de octubre de 2002, se ha observado que los aireadores de hélice
de flujo inclinado funcionan intercalados y no en continuo, como estipula el
fabricante; en estas condiciones la agitación del medio no es la suficiente y podría
ser la principal causa por la cual el líquido mezcla no alcanza la concentración
deseada de sólidos en suspensión, a pesar de que la concentración media de
estos, en el lodo recirculado es cercana a los 17000 mg. / l (Ver sección 4.1.6).
Hasta finales del año 2002, la decantación de sólidos en suspensión en la zona de
sedimentación era baja y los lodos prácticamente salían por la corriente resultante
de la PTAR hacia el Río Bogota. Solo hasta marzo de este año, se realizaron
mediciones y la remoción de sólidos en suspensión no es ni aceptable (57% y 20
% de DBO y S S respectivamente), pero para efectos de valoración de los nuevos
dispositivos, se requieren mas mediciones.
La PTAR no presenta problemas de olor y los únicos inconvenientes son a nivel
operativo.
5.3 DIAGNOSTICO DE LA PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES CERVECERIA LEONA S.A. (PTAR LEONA)
En la figura 41 se observa que desde la entrada (Q1) y pasando por los reactores
anaerobios, se alcanza una remoción del 77% de DQO, luego, en el punto
intermedio, hay una incremento que alcanza el 200% en la concentración de
DQO, debido a que en este sitio ocurre la mezcla entre la corriente resultante del
tratamiento anaerobio y la corriente 15 (Q15) que proviene de la corriente de
entrada. Luego en el tratamiento aerobio se alcanza una remoción aproximada del
93% con respecto a la concentración inicial y por ultimo, luego de cruzar el
tratamiento fisicoquímico se alcanza una remoción del 98% de DQO.
De acuerdo a lo anterior, se podría decir que la PTAR Leona funciona
correctamente, siendo el tratamiento aeróbico el que mayor remoción de materia
orgánica presenta.
La PTAR Leona supera con creces lo estipulado por el decreto 1594, sin embargo,
una de las consecuencias del sistema de lodos activos y del tratamiento
fisicoquímico, son las grandes cantidades de lodos (Químicos y biológicos ) que se
producen, como se observa en la tabla 52. (mas de 500 m3 de lodos por mes).
Mas allá de la deshidratación que se les realiza, la Industria cervecera LEONA no
posee sistemas de gestión en el manejo de residuos sólidos y el tener que
almacenarlos presenta los siguientes problemas:
Alto riesgo de vectores en las zonas aledañas, debido al alto grado de
putrefacción que estos poseen.
100
Los lodos desprenden olores desagradables debido a la volatilidad de sus
componentes.
Contaminación de agua y suelos debido a lixiviados.
Se presenta un pasivo ambiental alto.
101
6. COSTOS
La tablas 53 y 55 compilan los datos del “libro diario” que maneja el área
administrativa de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA, para llevar el control de los
gastos diarios (Egresos) y la copia fue suministrada al autor por el señor Helberth
Tarazona, jefe administrativo de la universidad.
Algunos costos provienen de otras fuentes, tales como los de energía eléctrica,
que fueron suministrados por los encargados de las instalaciones eléctricas; e
insumos como el Bioxigene, que fue suministrado por el fabricante de la PTB.
6.1 PLANTA DE TRATAMIENTO POR AIREACIÓN EXTENDIDA (PTAR)
La PTAR inicio su construcción a finales del 1999 y un año después comenzó a
operar. Esta planta fue simplemente la adaptación de el sistema de lodos
activados, a la laguna de oxidación que funcionaba anteriormente.
Su construcción culminó en diciembre de 2002, con la adición de una mejor zona
de sedimentación, de la cual se habla con mas detalle en la sección 3.2.1.
En la parte de costos de fabricación, (ver Tabla 53) aparecen los nombres de
empresas y/o personas naturales, que intervinieron en la construcción y suministro
de materiales que se requirieron en la PTAR.
Los costos operativos son los desembolsos de dinero que la PTAR requiere para
su normal funcionamiento durante los meses y en este caso son el resultado de la
sumatoria de costos por concepto de energía eléctrica, gastos de laboratorio y
mantenimiento.
Como se puede observar los costos por concepto de energía eléctrica son altos,
debido a que los aireadores de hélice de flujo inclinado, trabajan las 24 horas al
día, todos los días del año.
6.1.1 Costo por metro cúbico de agua residual depurada. Ahora bien, si se
tienen en cuenta los costos operacionales, el balance de materia (sección 4.1.7) y
las eficiencias medias de remoción a lo largo del periodo de estudio (sección
4.1.6); se pueden determinar el costo requerido para depurar un metro cúbico de
agua residual con las condiciones actuales de funcionamiento en la PTAR. (ver
Tabla 54)
102
Tabla 53. Costos (PTAR)
COSTO DE OPERACIÓN
PLANTA DE TRATAMIENTO AEROBICO POR LODOS ACTIVADOS
1999
2000
2001
PERIODO
2002
TOTAL
1
COSTOS DE FABRICACION
14.600.000
209.245.541
0
12.000.000
235.845.541
2
Construcciones y obras civiles
Ilam Ltda
José Ignacio Rojas
Cemento BOYACA
Jorge Triana y Cia
Arturo Rodriguez
Santana Estupiñan Ltda
Electromoderno Ltda
José Ignacio Forero
José Agustin Cajica
Guillermo Arevalo
Guillermo Cuevas
Miguel Moscoso
German Giraldo Giraldo
Julio Rubiano
Polyfique Ltda
Obdulo Acevedo
Henry Bonet Beltran
Ferrelectricos Maver
Inelmec
Laboratorios Contecon Urbar
Sedimentador
COSTOS OPERACIONALES
14.600.000
4.600.000
10.000.000
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
209.245.541
4.600.000
156.599.532
10.024.780
24.383.386
2.778.100
805.000
1.540.027
547.053
265.000
688.832
186.300
1.226.417
400.000
1.291.860
317.400
37.654
1.629.000
100.207
1.736.500
88.493
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
22.000.000
12.000.000
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
12.000.000
26.400.000
235.845.541
9.200.000
166.599.532
10.024.780
24.383.386
2.778.100
805.000
1.540.027
547.053
265.000
688.832
186.300
1.226.417
400.000
1.291.860
317.400
37.654
1.629.000
100.207
1.736.500
88.493
12.000.000
48.400.000
0
0
0
0
0
0
22.000.000
0
0
24.000.000
1.200.000
1.200.000
46.000.000
1.200.000
1.200.000
14.600.000
209.245.541
22.000.000
38.400.000
284.245.541
Energía Eléctrica
Mantenimiento
Gastos Laboratorio
COSTOS TOTALES
Fuente: Área administrativa de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Tabla 54. Costo por metro cúbico para el 2002 (PTAR)
AGUA RESIDUAL DOMESTICA
AÑO
CARGA
EFICIE
Eficiencia
medía
Media
CANT. (M3)
COSTO
KG
MENSUALES
(M3)
D.B.O.
%
%
1060,4
2075
182,6
63
2002
CARGA
KG
S. S.
EFICIE
Eficiencia
medía
%
%
CARGA
KG
EFICIE
Eficiencia
medía
GYA
%
%
88
76
Fuente: Autor
En la tabla 54, las cargas corresponden a kilogramos mensuales y las eficiencias
son los valores promedio de los parámetros a lo largo de los meses de estudio.
6.2 PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
Su construcción comenzó en febrero de 2002 y culminó en noviembre del mismo
año. También fue el resultado de la adaptación de dispositivos y adecuación de
instalaciones a la laguna de oxidación que existía anteriormente.
Los costos mensuales por concepto de energía eléctrica, corresponden al
consumo de las bombas y el agitador del bioreactor, que en promedio funciona
103
cinco horas diarias durante los 22 días de afluencia normal a la universidad.
Luego se multiplica por los meses en que operó la planta durante el 2002.
Tabla 55. Costos (PTB)
COSTO DE OPERACION PLANTA DE TRATAMIENTO
BIOLOGICO
Periodo
2002
COSTOS DE ADAPTACIÓN $
76’796,000
José Ignacio Rojas
Arturo Rodríguez
21369000
227000
Sisvita Biotechnology
55200000
COSTOS OPERACIONALES $
19’600,000
Insumos (Bioxigene)
Energía eléctrica
Mantenimiento
Gastos laboratorio
16800000
2800000
-
COSTOS TOTALES $
96’396,000
Fuente: Área administrativa de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA y Sisvita Biotechnology.
El valor de Bioxigene corresponde al precio de 18 litros que consume el
bioreactor durante los 22 días de afluencia normal a la universidad. (Ver pagina 56).
El precio de venta de Bioxigene al por mayor en una presentación de tres litros es
de 280,000 pesos, entonces para 18 litros que se consumen al mes (ver pagina 59),
será de 1680000 pesos.
Los costos de mantenimiento y gastos de laboratorio no se encuentran
discriminados, pero están incluidos dentro del monto asignado a Sisvita
Biotechnology.
6.2.1 Costo por metro cúbico de agua residual depurada. Ahora bien, si se
tienen en cuenta los costos operacionales, el balance de masas orgánicas
(sección 4.1.7) y las eficiencias medias de remoción a lo largo del periodo de
estudio (sección 4.1.4); se pueden determinar el costo requerido para depurar un
metro cúbico de agua residual con las condiciones actuales de funcionamiento en
la PTAR:
Tabla 56. Costo por metro cúbico (PTB)
AGUA RESIDUAL DOMESTICA
AÑO
CARGA
S. S.
182,6
51
354,2
KG
MENSUALES
(M3)
990
1980
4570
CARGA
D.B.O.
COSTO
2002
EFICIE
Eficiencia
medía
Media
%
%
CANT. (M3)
Fuente: Autor
104
KG
EFICIE
Eficiencia
medía
%
%
50
CARGA
KG
EFICIE
Eficiencia
medía
GYA
%
%
620,4
79
Para determinar los Kilogramos de carga orgánica removida mensualmente, se
multiplican los kilogramos removidos por 22, (corresponden a los días hábiles de
afluencia normal en la universidad durante el mes). Lo mismo aplica para
determinar el caudal mensual.
6.3 LA PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO
RESIDUALES CERVECERIA LEONA S.A. (PTAR LEONA)
DE
AGUAS
El autor no tuvo acceso a la información económica referente a costos de
construcción y costos de operación mensual; sin embargo, le fue suministrada la
tabla 57, que muestra la cantidad de agua potable que se utiliza en las líneas de
producción, la cantidad mensual de agua residual a tratar en la PTAR y los costos
mensuales por metro cúbico de agua residual depurada.
El índice 2 corresponde a los metros cúbicos de agua residual por metro cúbico
de producto terminado.
Tabla 57. Costos por metro cúbico de agua depurada (PTAR LEONA)
AGUA
AÑO
2001
CARGA
EFICIE
CANT.
CANT.
COSTO
INDICE
KG
Eficiencia
%
(M3)
(M3)
(M3)
2
D.Q.O.
%
JUNIO
147554
120282
257,65
8,18
151435
98
JULIO
146721
130649
349,66
8,90
161743
98
AGOS
129276
118047
308,11
9,28
126546
97
SEPTIE
150398
130825
271,24
9,23
164185
98
OCTU
134053
106883
248,29
9,66
148460
97
NOVIEM
183120
153429
156,09
8,65
197309
94
DICIEM
242457
181604
172.04
5,41
266594
95
TOTAL
1133579
941719
ENERO
288393
247919
272,34
5,36
319568
94
FEBRERO
281404
242359
202,93
6,06
264414
97
MARZO
233279
190143
250,08
5,69
306320
98
ABRIL
131885
120235
204,61
6,14
236382
98
MAYO
125598
114537
170,52
5,26
159320
97
JUNIO
114036
91560
185,63
5,64
114450
97
JULIO
171932
132069
232,46
5,01
195198
98
AGOSTO
168900
132637
271,17
5,44
250816
98
SEPTIEMBRE
157138
129498
381,76
5,41
212765
97
OCTUBRE
166882
130099
348,66
4,30
187472
97
TOTAL
MES
2000
AGUA RESIDUAL
POTABLE
1216272
1839447
1531056
MAXIMO
288393
247919
381,76
6,14
2246705
319568
MINIMO
114036
91560
170,52
4,30
114450
94
PROMEDIO
183945
153106
252,02
5,43
224671
97
Fuente: CERVECERIA LEONA
105
98
El costo mensual aproximado de operación de la PTAR Leona es de 40´000,000
millones de pesos y resulta de multiplicar el costo por metro cúbico promedio de
agua residual depurada, por el caudal promedio de entrada de agua residual a la
PTAR.
En las costos de operación de la PTAR se incluyen:
Costos por concepto de energía eléctrica.
Costos por concepto de insumos (CO2, Agente floculante y coagulante,
desinfectante, entre otros).
Costos por concepto de análisis de laboratorio.
Nomina de empleados. (tres operarios de planta y dos laboratoristas)
Costos por retribuciones de carga contaminante
106
7. CONCLUSIONES
Se realizó un plan muestral en las plantas de tratamiento de agua residual de la
UNIVERSIDAD DE LA SABANA, que sirvió como herramienta para recoger la
información química y física requerida por el decreto 1594 del Ministerio de
Agricultura; como preámbulo para la valoración y evaluación de cada una de
estas.
A partir de la información obtenida en las plantas de la UNIVERSIDAD DE LA
SABANA y los datos suministrados por la CERVECERÍA LEONA S. A; se
determinaron los siguientes rendimientos de depuración en sus aguas residuales:
Sitio
Planta
Planta de
UNIVERSIDAD tratamiento Biológico
DE LA
Planta de
tratamiento por
SABANA
CERVECERIA
LEONA
aireación extendida
Planta de
tratamiento
convencional
Remoción
DBO
Remoción
DQO
Remoción S S
Remoción de
grasas y aceites
50 %
-
51 %
79 %
63 %
-
Nula
76 %
-
97,4 %
98,4 %
No se determino
Se realizó un balance de masas orgánicas (DBO, SS, grasas; y en la PTAR
LEONA DQO y SS) con los resultados operativos de las plantas de tratamiento de
agua residual estudiadas con los siguientes logros:
o Se determinó la cantidad en masa (Kg) en cuanto a DBO, S S y grasas
dentro de las corrientes de entrada (Afluente) y salida (efluente) en cada
planta de tratamiento.
o Se determinaron las eficiencias de remoción dentro de las instalaciones
de cada planta en lo que se refiere a DBO, S S y grasas, con respecto a
las concentraciones iniciales y finales.
o Se determinó la cantidad en masa (Kg) de DBO, S S y grasas que se
retiran del agua residual que pasa por las plantas.
Se determinó que la UNIVERSIDAD DE LA SABANA debe realizar correcciones
estructurales y operativas en su planta de tratamiento biológico y, operativas en su
planta de tratamiento por aireación extendida; ya que corre el riesgo de ser
amonestada por las entidades gubernamentales encargadas del manejo ambiental
en la sabana de Bogotá (CAR y DAMA), debido a que estas plantas de tratamiento
agua residual no cumplen con los parámetros de calidad especificados en el
decreto 1594 del Ministerio de Agricultura.
107
Se encontró que la planta de tratamiento convencional de agua residual industrial
de la CERVECERIA LEONA cumple a cabalidad con la remoción de carga
orgánica especificada por el decreto 1594, pero el manejo de los residuos sólidos
no es el apropiado y podría generar problemas ambientales en las zonas aledañas
Se calcularon los costos requeridos para depurar un metro cúbico de agua
residual en las condiciones actuales para cada una de las plantas estudiadas en el
proyecto
Sitio
Planta
UNIVERSIDAD
DE LA SABANA
CERVECERIA
LEONA
Planta de
tratamiento
Biológico
Planta de
tratamiento por
aireación extendida
Planta de
tratamiento
convencional
Costo $ / m
3
1980
2075
252
En la siguiente tabla se muestra la evaluación de los sistemas de tratamiento
estudiados en el proyecto, con respecto a los factores sanitarios y ambientales.
PTB
PTAR
PTAR LEONA
INTERVALO DE CAUDAL APLICABLE
El caudal aplicable para
sistema
no
contempla
crecimiento poblacional de
Universidad,
la
cual
encuentra en un 30% de
implementación.
el Según el fabricante, la laguna
el de oxidación esta proyecta para
la un tiempo no inferior a 10 años
se
su
La planta fue diseñada con
respecto a la cabeza de
producción de la cervecería.
En el periodo 2001, el caudal
medio de afluencia era de
153000 m3/mes y, la máxima
capacidad de la planta en
condiciones
optimas
de
funcionamiento es de 500000
m3/mes
VARIACIÓN DEL CAUDAL APLICABLE
De acuerdo con las mediciones
realizadas en el tanque colector,
se encuentra un variación del
22% aproximadamente entre el
caudal medio y los máximos y
mínimos, pero el efluente es
estabilizado a la salida del
bioreactor.
En las vacaciones disminuye la
población en casi un 80%.
Los afluentes de entrada al
tanque
colector
tienen
variaciones considerables, pero
este regula el afluente a la
laguna de oxidación.
En las vacaciones disminuye la
población en casi un 80%.
108
En época de alta producción,
los
caudales
son
aproximadamente el doble del
promedio,
pero
se
contrarrestan con la utilización
de dispositivos alternos.
CARACTERÍSTICAS DEL AGUA A TRATAR
Los edificios producen aguas Los edificios producen aguas La Cervecería produce aguas
residuales domésticas
de residuales domésticas
de residuales
industriales
carácter medio.
carácter medio.
procedentes de las líneas de
El mesón produce aguas
producción de bebidas de
residuales domésticas
de
malta.
carácter fuerte.
En menor porcentaje, aguas
El anfiteatro produce aguas
residuales diluidas procedentes
residuales con presencia de
de la zona de embotellamiento
compuestos de interés sanitario
y aguas residuales domésticas
(formol) cada seis meses.
de uso sanitario.
CONSTITUYENTES INHIBIDORES
El vertimiento de la solución
agua, formol y glicerina se
constituye como el mayor y más
importante
inhibidor
de
crecimiento bacteriano para el
sistema.
Los constituyentes de interés En las aguas de producción hay
sanitario producidos en los fracciones de alcohol etílico
laboratorios, se almacenan y se producto de fermentaciones.
ponen a disposición de una
empresas que se encarga de
manejarlos. Es decir que
nunca son llevados hacia el
alcantarillado.
LIMITACIONES CLIMATICAS
La
temperatura
media
presentada en esta zona (1417°C )no se puede considerar
como factor desestabilizante del
sistema. En el año existen dos
periodos lluviosos y dos periodos
cálidos.
La
temperatura
media
presentada en esta zona (1417°C )no se puede considerar
como factor desestabilizante
del sistema. En el año existen
dos periodos lluviosos y dos
periodos cálidos.
La
temperatura
media
presentada en esta zona (1417°C )no se puede considerar
como factor desestabilizante
del sistema. En el año existen
dos periodos lluviosos y dos
periodos cálidos.
EFICACIA DEL TRATAMIENTO
Cumple con el decreto 1594 en
lo que respecta a parámetros
físicos, material flotante y pH.
En cuanto a remoción orgánica
no cumple en ningún caso con
los limites establecidos.
Su remoción es imprecisa, ya
que durante el tiempo presenta
un comportamiento variable.
Cumple con el decreto 1594 en
lo que respecta a parámetros
físicos, material flotante y pH.
En cuanto a remoción orgánica
no cumple en ningún caso con
los limites establecidos.
Su remoción es imprecisa, ya
que durante el tiempo presenta
un comportamiento variable.
109
Cumple con todos los limites
exigidos en el decreto y su
comportamiento durante los
meses
es
estable
y
permanente.
TRATAMIENTO DE LODOS
La PTB presenta un mecanismo
facultativo
en
donde
la
producción de lodos es muy baja
y, son acumulados dentro de la
balsa de sedimentación debido al
filtro de graba que esta al final de
esta sección.
Los lodos producidos en la
depuración dentro del reactor,
se concentran por decantación
y clarificación dentro de la zona
de sedimentación. En la
actualidad estos se recirculan
diariamente a la laguna para
mantener los niveles de sólidos
en suspensión dentro del
sistema.
Hay producción de lodos
biológicos y químicos. Una
fracción de los lodos biológicos
es recirculada a las lagunas de
aireación
prolongada.
La
fracción restante se mezcla con
los lodos químicos y son
llevados a un proceso de
secado y deshidratación para
luego ser almacenados.
Al
ser
almacenados
se
convierten
en
un
pasivo
ambiental
debido
a
alta
putrefacción, su alto contenido
de compuestos volátiles y los
lixiviados producidos.
CARACTERÍSTICAS DEL CUERPO RECEPTOR
La Universidad vierte
sus
aguas al Río Bogota, mas
específicamente, en la zona alta
que se caracteriza por tener los
menores
índices
de
contaminación en comparación
con la zona media y baja. Los
vertimientos no cumplen con la
calidad y condición exigidas por
la norma.
De
acuerdo
al
estudio
anterior, se observa que: La
PTB es un sistema de
tratamiento inestable y poco
fiable; contiene vertimientos
desestabilizadores;
sus
dimensiones no contrarrestan
los caudales a tratar y, sus
operaciones no son capaces
de remover en términos
legales la carga orgánica
contenida en sus afluentes
El sistema no es compatible
con el tipo de afluentes que
debe tratar y, por tratarse de
un sistema facultativo donde
priman
las
condiciones
anaerobias,
siempre
presentara problemas
de
olores para la comunidad
universitaria.
La Universidad vierte sus aguas La Cervecería Leona también
al
Río
Bogota,
mas vierte sus aguas en la zona alta
específicamente, en la zona alta del Río bogota, a la altura de
que se caracteriza por tener los Tocancipa y, las vierte aguas
menores
índices
de arriba de donde toma el agua
contaminación en comparación de proceso.
con la zona media y baja. Los
vertimientos no cumplen con la
calidad y condición exigidas por
la norma.
FIABILIDAD DEL SISTEMA
De acuerdo al estudio anterior, se La planta funciona de forma
observa que: La PTAR es un sistema ideal y constante durante el
de tratamiento inestable pero es de tiempo, además garantiza
fiar cuando se opera en condiciones las condiciones de calidad
normales; sus dimensiones son exigidas por le decreto.
suficientes para tratar los caudales de Sin embargo la cantidad de
entrada y, puede alcanzar los limites lodos producidos durante el
de remoción exigidos por la ley, mes generan un pasivo
siempre y cuando se operen ambiental.
simultáneamente sus dos aireadores y
se optimice su zona de sedimentación
COMPATIBILIDAD DEL SISTEMA
El mecanismo de depuración Se observa que la
planta de
existente en la laguna de tratamiento convencional es la
aireación
extensiva
es respuesta efectiva a las aguas
suficiente para tratar las aguas residuales producidas en el proceso
residuales domésticas y no de elaboración
de bebidas de
presenta problemas de olores malta.
en sus alrededores.
Es necesario implementar un
sistema de gestión para el manejo
de residuos sólidos.
110
INCONVENIENTES Y LIMITACIONES QUE SE PRESENTARON EN EL
DESARROLLO DE ESTE TRABAJO EN LO QUE RESPECTA A LAS PTAR DE
LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA:
Modificaciones continúas del plan inicial de trabajo:
• Inclusión de la PTAR
• Cambio de normatividad (Decreto 1594 por RAS)
La base de datos sobre el tema de agua residuales existente en la Universidad es
muy escasa.
Restricciones técnicas y económicas para el plan de muestreo.
• Realizar una toma de muestras compuestas al mes no garantiza la
representatividad del los sistemas ya que existen factores externos e internos
que puedan afectar la actividad normal de las Plantas preciso en el día de
muestreo. (sobre cargas, variaciones en el caudal, factores climatológicos,
entre otros)
Condiciones variables dentro de los procesos, operaciones y dispositivos de
sistemas.
• Cambio de bombas que afectaban la medición de caudales
• Redimensionamiento de tanques.
• Cortes de electricidad
• Reconstrucción de dispositivos, entre otros.
Ausencia de datos y mediciones durante algunos meses, que afectaban los
análisis estadísticos.
• Se dejaron de realizar los muestreos o los análisis no se obtenían en el
laboratorio por varios motivos.
•
Resultados negativos difíciles de explicar.
Con respecto a la PTAR Leona, cabe resaltar que no hubo ningún inconveniente;
quizás la restricción de información debido a políticas de la empresa
111
8. RECOMENDACIONES
Con las siguientes recomendaciones se busca en cierta medida, estabilizar los
sistemas de tratamiento de agua residual de la Universidad de la Sabana, en
cuanto a continuidad de resultados operativos y márgenes de concentración de
materia orgánica en afluentes y efluentes dentro de las plantas.
En cuanto a la PTAR Leona, se busca una mejor gestión en el manejo de residuos
sólidos.
8.1 PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
Aislar los vertimientos de la sala de anatomía hacia el alcantarillado de la PTB, ya
que contiene formol, que actúa como bactericida de amplio espectro y
rendimiento, y afecta principalmente el mecanismo biológico de depuración en el
sistema.
Tal y como se expuso anteriormente, como la PTB presenta problemas de
infiltraciones a la altura de la balsa de pulimento y para poder determinar el origen
y magnitud de estos se sugiere:
Desviar el efluente desde la balsa de sedimentación hasta el tanque eyector y
así omitir la balsa de pulimento.
2. Vaciar la balsa de pulimento
3. Identificar e impermeabilizar las infiltraciones existentes
1.
Aunque en la zona de digestión se presenta la mayor remoción dentro de la PTB,
se cree que la costra gruesa superficial posee un contenido alto de grasas (no hay
datos de laboratorio que comprueben dicha afirmación), ya que la balsa actúa
como una gran trampa de grasa; entonces se sugiere:
1. Realizar un muestreo y los posteriores análisis de laboratorio para comprobar
tal afirmación.
2. Si el contenido de grasa es superior al contenido del afluente, se sugiere la
conformación de dispositivos que separen las grasas del afluente antes de que
este llegue a la PTB (p. e: en el tanque colector o directamente en el Mesón de
la Sabana).
En adición se sugiere retirar al menos dos veces por semana las hojas y demás
material vegetal que se desprende de la flora de los alrededores y se posa en la
superficie de la PTB, que aumenta la carga contaminante en el afluente.
112
8.2 PLANTA DE TRATAMIENTO POR AIREACIÓN EXTENDIDA (PTAR)
Para mejorar la eficiencia de la PTAR, se sugiere aumentar el periodo de retención
celular, ya que en la actualidad es igual a un día. Para tal efecto se debe reducir
los días en que se realiza la recirculación de lodos; con esto se logra que una
misma cantidad de lodo permanezca por mayor tiempo en suspensión con el
líquido mezcla y haya mas eliminación de materia orgánica; mientras que al ritmo
actual (ver sección 4.1.6).
Se sugiere realizar la recirculación de lodos cada dos días y así el periodo de
retención celular aumentaría a dos días, siempre y cuando los aireadores de flujo
inclinado funcionen continuamente.
La necesidad de ahorrar y conservar energía es evidente, debido a que los costos
por concepto de electricidad son muy altos pero disminuir la operatividad de la
planta es una solución que no favorece el medio ambiente.
A continuación se analiza la viabilidad de montar una planta generadora de
electricidad como fuente de energía para los dos aireadores.
Los aireadores son de 3 hp, de 220 voltios, trifásicos y funcionan las 24 horas del
día durante todo el mes, el precio de la energía eléctrica es de 2’000.000.oo de
pesos mensuales (Periodo 2002).
A continuación se muestran tres tipos de plantas eléctricas con combustibles
distintos:
Marca
Combustible
Precio
Potencia
Consumo
Precio de combustible(Trabajando las
24 horas del día durante todo el mes)
HONDA
Gasolina
13 HP
3,2 L / h
$ 2’435.000.oo
HONDA
ACPM
13 HP
3,5 L / h
$ 1’797.000.oo
Precios
HONDA
Gas
7 millones
11
millones
6.5
millones
13 HP
3,7 Libras /
h
$ 1’175.000.oo
Precios de combustibles del mes de julio de 2003
La mejor opción es la planta eléctrica de gas con un ahorro mensual neto de
815,000 pesos, que cubriría el costo inicial de la planta eléctrica en ocho meses.
En adición a lo anterior, es necesario que la Universidad de La Sabana disponga
de mas esfuerzo técnico y económico para que, del el plan de muestreo se
obtengan mas y mejores resultados operativos de los sistemas; es decir:
Aumentar el número de muestreos al mes en ambos sistemas.
113
Realizar al menos una vez en el semestre un análisis para determinar
agentes de interés sanitario en los afluentes y efluentes de ambas plantas.
Diseñar sistemas de monitoreo para controlar las condiciones del sistema
como son variaciones en el caudal y la carga contaminante.
Generar protocolos o procedimientos básicos para contrarrestar problemas
de olor y depuración en los sistemas, cuando se presenten.
Con lo anterior se busca minimizar la variación en la depuración de los sistemas,
mejorar la condición y calidad de los vertimientos realizados por la Universidad
hacia la cabecera alta del Río Bogotá, y por supuesto, cumplir con los limites
establecidos en el decreto 1594.
8.3 LA PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO
RESIDUALES CERVECERIA LEONA S.A. (PTAR LEONA)
DE
AGUAS
Debido a que lodos resultantes de la operación de la planta de tratamiento de
aguas residuales de Cervecería Leona no se disponen adecuadamente desde el
punto de vista técnico, se sugieren las siguientes alternativas:
1. Utilizar un proceso para la bioconversión y deshidratación de los lodos
resultantes del tratamiento actual de las aguas residuales, mediante la ayuda de
agentes microbianos benéficos para la posterior obtención de fertilizantes
orgánicos.
2. Utilizar un proceso para el tratamiento de las aguas residuales alternativo que
no genere lodos, o que minimice la producción de estos en lo posible potenciando
la instalación actual disponible, en las operaciones que sean compatibles con el
nuevo proceso.
Para poder valorar la viabilidad técnica y económica de ambas alternativas, se
deben realizar las siguientes actividades:
•
Caracterizar y calificar las corrientes en el proceso biológico alternativo a
escala de laboratorio o planta piloto, tratando muestras representativas del
afluente actual.
•
Realizar un análisis económico sobre la viabilidad del negocio, rentabilidad y
necesidad de crédito entre otros asuntos en las alternativas uno y dos.
114
BIBLIOGRAFÍA
APHA, AWWA, WTCF. Standard methods for the examination to water or
wastewater 16th edition, 1995
BERNAL D. Eufrasio, Toma, manejo y preservación de muestra para análisis de
calidad del agua, publicaciones CAR, 1998
U.S. EMVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (E P A): Design manual and
corrosion control in sanitary sewerage systems and treatment plants. E P A
1600/1-85/018,1996
U.S. Environmental Protection Agency, EPA, Treatability Manual (EPA 600/8-80042E), vol. 1,2,3,4,5, Washington, D.C., 1980.
ICONTEC, Comité 000016 gestión ambiental. Agua, Años 1977; 2000
EVALUACIÓN PTAR BIOLÓGICA, Especialización en Ingeniería Ambiental de la
Universidad de La Sabana, 2003
NTC-ISO 5667-1, Gestion ambiental. Calidad del agua. Directrices para el diseño
de programas de muestreo, 1995
INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES
(IDEAM), valores totales mensuales de precipitación y evaporación para el
municipio de chia, estación 2120626, periodo 1989-2002
METCALF Y EDDY, Inc, Ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y
reutilización, 3ra Ed. McGraw Hill, Inc, México,1996.
MINISTERIO DE AGRICULTURA DE COLOMBIA, RESOLUCIÓN NO. 1096 de 17
de Noviembre de 2000, Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y
Saneamiento Básico – RAS.”
MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO, DIRECCIÓN GENERAL DE
AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO “Evaluación ambiental del sector de
agua potable y saneamiento básico en Colombia” Noviembre de 2.001
MINISTERIO DE AGRICULTURA DE COLOMBIA, decreto 1594 del 26 de junio de
1984.
NALCO CHEMICAL COMPANY, Manual del Agua. Su Naturaleza, Tratamiento y
115
Aplicaciones, Tomo I, II, III, 2nd Edicion., McGraw Hill / Interamericana de México,
S.A. de C.V., 1995.
NEMEROW L. Nelson, Liquid Waste of Industry. Theories, Practices and
Treatment, Addison-Wesley Publishing Company, Inc. USA, 1971.
SHEPPARD T. Powel., Manual de Aguas para Usos Industriales, vol. 1,2,3. 1a
reimpresión, Ediciones Ciencia y Técnica, S.A. de C.V., México D. F., 1988
STANIER, R. Y,; INGRAHAM, J. L.: The microbial world. 5th ed., Prentice-hall,
Englewood Cliffs, NJ. 1986
http// www.unisabana.edu.co/ alumnos
http://web.minambiente.gov.co/oau/nivel3.php?indicador=DQO&observ=2
116
ANEXO A
Agentes infecciosos potencialmente presentes en el agua residual doméstica
bruta.
Organismo
Enfermedad
Comentario
Bacteria
Escherichia coli
(enteropatogénica)
Gastroenteritis
Legionella pneumophila
Legionelosis
Lestospira (150 esp.)
Lesptospirosis
Salmonella typhi
Fiebre tifoidea
Salmonella (-1.700 esp)
Shigella (4 esp)
Salmonelosis
Shigelosis
Vibrio cholerae
Cólera
Yersinia enterolitica
Yersinosis
Diarrea
Enfermedades respiratorias
agudas
Letospirosis, fiebre
(enfermedad de Well)
Fiebre alta, diarrea , ulceras
en el instentino delgado
Envenenamiento de alimentos
Disentería bacilar
Diarreas extremadamente
fuertes, deshidratación
Diarrea
Virus
Enfermedades respiratorias
Adenovirus (31 tipos)
Gastroenteritis, Anomalías
Enterovirus (67 tipos, p.e.
cardiacas, meningitis
polio, eco y virus Cossakie)
Hepatitis infecciosas
Hepatitis A
Gastroenteritis
Agente Norwalk
Gastroenteristis
Reovirus
Gastroenteritis
Rotavirus
Leptospirosis, fiebre
Vómitos
Protozoos
Balantidium coli
Crystosporidium
Balantidiasis
Criptosporidiosis
Entamoeba histolytica
Ameabiasis (disentería
amebica)
117
Diarrea, disentería
Diarrea
Diarreas prolongadas con
sangre, abcesos en el hígado
Giardia lamblia
amebica)
Giardiasis
y en el intestino delgado
Diarrea, nauseas, indigestión
Ascaris lumbricoides
Enterobius vericularis
Fasciola hepatica
Hymenolepis nana
Taenia saginata
T. solium
Trichuris trichiura
Helmintos
Ascariasis
Enterobiasis
Fascioliasis
Hymenlepiasis
Teniasis
Teniasis
Trichuriasis
Infestación de gusanos
Gusanos
Gusanos (ternera)
Tenia enana
Tenia (buey)
Tenia (cerdo)
Gusanos
Fuente: STANIER, R. Y,; INGRAHAM, J. L, 1986
ANEXO B
Organismos específicos que han sido empleados como indicadores de
contaminación humana
Organismo indicador
Bacterias coliformes
Bacterias coliformes fecales
Klebisella
Escherichia coli
Estreptococos fecales
Enterococos
Características
Especies de organismos que pueden fermentar lactosa con
generación de gases (o producen una colonia diferenciable en
un periodo de incubación en un medio adecuado de 24 +- 2h a
48+- 3h) a 35 +- 0.5Cº. existen algunas variedades que no se
ajustan a la definición. El grupo de coliformes incluye cuatro
géneros de la familia Enterobacteriacea.
Estos son el
Escherichia, Klebbisella, Citrobactor y Enterobacter. Del grupo
de organismos, el genero Escherichia (especie E. Coli) parece
ser el mas representativo de la contaminacion fecal
Se estableció un grupo de bacterias coliformes fecales en
función de la capacidad de generar gas (o colonias) a una
temperatura de incubación de elevada (445+-0.2Cº durante 24
+-2h).
La población total de coliformes incluye el genero Klebisella.
La Klebisella termo tolerante también se incluye en el grupo de
coliformes fecales. Este grupo se cultiva a 35 + - 0.5Cº
durante 24 +-2h.
El E. Coli es parte de la población bacteriana y es el genero de
coliformes mas representativos de las fuentes de
contaminación fecal.
Este grupo se ha empleado, junto con los coliformes fecales,
para determinar las fuentes de contaminación fecal reciente
(humanas o de animales de granja). Con los procedimientos
analíticos habituales no es posible diferenciar los verdaderos
estreptococos fecales de algunas de las variedades que se
parecen a este grupo, lo cual representa un impedimento para
su uso como organismo indicador.
Dos familias de estreptococos fecales ---S. Faecalis y s.
Faecium—son los miembros del grupo de los estreptococos
mas específicos de la contaminación humanan. Las dos
familias conocidas como enterococos se pueden aislar y
cuantificar mediante la eliminación de las demás familias
mediante métodos analíticos.
118
Clostridium perfringens
P. aeruginosa y A. hydrophila
Los enterococos suelen estar presentes en numero inferior al
resto de los organismos indicadores; no obstante, sobreviven
mejor en agua salada.
Es una bacteria persistente anaerobia formadora de esporas y
sus características la convierten en un indicador útil en los
casos en los que se realiza la desinfección del agua, en los
que es posible la existencia pasada de contaminación, en los
que el tiempo que se tarda antes de realizar los análisis es
dilatado.
Estos organismos pueden estar presentes en grandes
cantidades en el agua residual. Ambos se pueden considerar
como organismos acuáticos y se pueden encontrar en el agua
en ausencia de fuentes de contaminación inmediata.
Fuente: E P A, 1980
ANEXO C
Efecto de los caudales y las cargas contaminantes sobre la selección y
dimensionamiento de las instalaciones de plantas de tratamiento secundario
Proceso u
operación
unitaria
Bombeo de
agua residual y
condiciones
Desbaste
Desarenado
Sedimentación
primaria
Fangos
activados
Filtros
percoladores
Factores de
diseño
críticos
Criterios de
dimensionamiento
Caudal máximo
horario
Caudal
Caudal máximo
horario
Caudal
Caudal mínimo
Velocidad de
aproximación en el
caudal
Caudal máximo
horario
Carga de superficie
Caudal máximo
horario
Carga de superficie
Caudal mínimo
horario
Tiempo de detención
Caudal máximo
horario
Tiempo de residencia
hidráulica
Carga orgánica
máxima diaria
Relación alimento /
microorganismo (F/A)
Caudal máximo
horario
Carga hidráulica
Caudal mínimo
horario
Carga hidráulica y
carga organiza
119
Efecto de los criterios de diseño
sobre el funcionamiento de la
planta
Posibilidad de inundación del pozo de
bombeo, sobrecarga de la red de
alcantarillado, o desbordamiento de las
unidades de tratamiento si se supera el
caudal punta
Las perdidas de carga en la circulación a
través de rejas y tamices aumentan para
caudales elevados.
A caudales bajos, puede producirse la
deposición de sólidos en el canal
A caudales elevados, el rendimiento de los
desarenadores
disminuye,
provocando
problemas en el resto de las instalaciones
La eficacia de la eliminación de sólidos se
reduce para cargas de superficie altas; se
incrementa la carga en los proceso de
tratamiento secundario.
A caudales bajos, el aumento del tiempo de
detención puede hacer que el agua devenga
séptica
Arrastre de sólidos a caudales elevados;
puede hacer necesaria la recirculación del
fango efluente a caudales bajos.
Una demanda de oxígeno alta puede
exceder la capacidad de aireación y
provocar bajos rendimientos del proceso de
tratamiento.
El arrastre de sólidos a caudales elevados
puede provocar bajos rendimientos del
proceso de tratamiento.
A caudales bajos, puede ser necesario
aumentar la recirculación para mantener el
proceso.
Sedimentación
secundaria
Tanques de
cloración
Carga orgánica
máxima diaria
Carga contaminante /
volumen del medio
Caudal máximo
horario
Carga de superficie o
tiempo de detención
Caudal mínimo
horario
Carga orgánica
máxima diaria
Caudal máximo
horario
Fuente: Metcalf y Hedí, 1996
Tiempo de detención
Carga de sólidos
Tiempo de detención
La presencia de cantidades inadecuadas de
oxígeno en las fases de carga punta puede
reducir la eficacia del proceso y generar
olores.
Menor eficacia en la eliminación de sólidos
para caudales elevados o tiempos de
detención cortos.
Posibilidad de fango ascendente para
tiempo de detención dilatados.
La carga e sólidos aplicada a un tanque de
sedimentación puede ser un factor limitante.
Para tiempos de detención cortos, la
eliminación de bacterias puede ser
insuficiente.
ANEXO D
Tipos de sedimentación que intervienen en el tratamiento del agua residual
Tipo de fenómeno de
sedimentación
Descripción
Se refiere a la sedimentación de
partículas en una suspensión con
De partículas discretas baja concentración de sólidos.
Las partículas sedimentan como
(Tipo 1)
entidades individuales y no existe
interacción sustancial con las
partículas vecinas.
Se refiere a una
suspensión
bastante diluida de partículas que
se agregan, o floculan, durante el
proceso de sedimentación. Al
Floculenta
unirse, las partículas aumentan
(Tipo 2)
de masa y sedimentan a mayor
velocidad.
Retardada, también
llamada zonal
(Tipo 3)
Comprensión
(Tipo 4)
Se refiere a suspensiones de
concentración intermedia, en las
que las fuerzas entre partículas
son suficientes para entorpecer la
sedimentación de las partículas
vecinas. Las partículas tienden a
permanecer
en
posiciones
relativas fijas, y la masa de
partículas sedimenta como una
unidad.
Se desarrolla una
interfase sólido – líquido en la
parte superior de la masa que
sedimenta.
Se refiere a la sedimentación en
la que las partículas están
concentradas detal manera que
se forma una estructura, y la
120
Aplicación / Situaciones
en que se presenta
Eliminación de las arenas del
agua residual
Eliminación de una fracción de
los sólidos en suspensión del
agua residual bruta en los
tanques de sedimentación
primaria, y en la zona superior
de
los
decantadores
secundarios. También elimina
los floculos químicos de los
tanques de sedimentación
Se presenta en los tanques de
sedimentación
secundaria
empleados
en
las
instalaciones de tratamiento
biológico.
Generalmente, se produce en
las capas inferiores de una
masa de fango de gran
espesor, tal como ocurre en el
sedimentación solo puede tener
lugar como consecuencia de la
comprensión de esta estructura.
La comprensión se produce por el
peso de las partículas, que se
van añadiendo constantemente a
la estructura por sedimentación
desde el líquido sobrenadante
Fuente: Metcalf y Eddy, 1996
121
fondo de los decantadores
secundarios profundos y en
las
instalaciones
de
espesamiento de fangos.
ANEXO E
PUNTOS HIDRAULICOS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA
LUGAR
Edificio A
Edificio B
Edificio C
académicos
SANITARIO F
14
8
8
9
portería vehicular
casa del lago
SANITARIO C
12
1
3
kioscos
LAVAMANOS ORINALES POCETAS LAVADEROS LAVAPLATOS
16
7
4
7
3
2
9
3
10
18
5
1
1
1
1
3
1
1
1
parqueadero Prof.
caseta de los cipreses
1
1
1
2
1
1
2
1
1
caseta lago
la estacion
caseta camino
6
1
2
4
5
casa de gobierno
cafetería
casa académica
casa adminsitrativa
capilla oratorio
edificio d ala norte
edificio d a la sur
17
17
5
3
4
5
18
18
1
1
10
1
2
1
1
cuarto de mantenimiento
caseta plazoleta
biblioteca nivel 1
6
4
3
1
6
4
6
6
6
6
7
19
21
2
2
2
1
1
1
5
3
1
2
27
10
4
1
cafetería
biblioteca nivel 2
biblioteca nivel 3
biblioteca nivel 4
7
punto fijo
edificio b1
edificio e 2
13
5
13
1
área administración
edificio g
30
laboratorio g
embarcadero
casa del bosque
lab. Biología molecular
1
2
2
1
2
2
2
3
2
11
2
2
9
8
4
3
2
4
3
1
1
2
hernita
campamento
mesón
7
1
mesoncito
vestidores
anatomía
6
6
1
1
1
12
1
2
caseta anatomía
2
casa fotografía
12
cuarto de basuras
punto de venta
TOTAL
165
63
238
67
55
8
Fuente: Orlando Meza, Jefe de servicios generales de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
122
1
34
LLAVES DUCHAS CALENTADOR FUENTES TOTAL
2
43
1
21
2
32
2
47
3
7
1
8
1
3
1
1
2
1
2
1
3
1
1
2
13
2
5
7
9
1
16
47
6
41
4
5
1
1
14
1
15
13
15
14
38
45
2
2
71
3
1
6
5
1
7
1
1
4
10
6
1
41
2
8
2
32
2
1
(IV.9)
36
1
1
1
15
2
2
2
4
7
50
13
4
4
710
ANEXO F
123
ANEXO G
124
ANEXO H
INFORMES DE RESULTADOS DE LABORATORIO
Laboratorio de fisicoquímica de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Examen solicitado: Análisis fisicoquímicos para aguas residuales domésticas
Plan muestral: Abril 2002 / Marzo 2003
Sitio de toma: Afluente(entrada PTB), Efluente ( salida PTB)
Parametro
pH
Temp º C.
S. S. T (mg/l)
PTAR BIOLOGICA (2003)
30 de Enero
Afluente Efluente
6,97
7,49
18,20
15,50
294,00
214,00
30 de enero
Afluente
Efluente
8,80
6,58
18,50
19,00
77,00
197,00
6 de Marzo
Afluente
Efluente
7,35
7,83
18,10
16,70
131,00
35,00
404,60
319,12
Presente Ausente
265,30
Presente
752,50
Presente
Grasas y aceites (mg/
l)
DBO (mg/l)
Material flotante
125
74,20
Ausente
435,96
Ausente
ANEXO I
INFORMES DE RESULTADOS DE LABORATORIO
Laboratorio de fisicoquímica de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Examen solicitado: Análisis fisicoquímicos para aguas residuales domésticas
Plan muestral: Abril 2002 / Marzo 2003
Sitio de toma: Afluente(entrada PTAR Aireada), Efluente ( salida PTAR Aireada)
126
ANEXO J
Laboratorio de fisicoquímica de la CERVECERIA LEONA S. A.
Examen solicitado: Análisis fisicoquímicos para aguas residuales domésticas
Plan muestral: Enero -septiembre (2001)
Sitio de toma: Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9,Q10, Q11, Q12, Q13, Q14.
DQO (mg/L)
MES
DQO 1
DQO 2
DQO 3
DQO 4
DQO 5
DQO 6
DQO 7
DQO 8
DQO 9
DQO 10
DQO 11
DQO 12
DQO 13
1091
824
559
245
340
ABRIL
1966
1326
1092
360
387
394
MAYO
1391
775
1042
206
370
367
JUNIO
1250
789
822
283
362
JULIO
1440
867
805
223
173
AGOSTO
1891
1130
1002
465
406
DQO 14 EFIC. REACT. A EFIC.RECT. AER.2
299
157
862
805
95
109
38
36
365
411
905
1434
71
93
46
38
92,15%
93,51%
301
390
983
973
96
68
38
90,23%
93,01%
270
291
254
391
523
64
55
32
32
83,63%
89,48%
295
177
198
836
935
71
92
35
34
91,51%
90,16%
300
433
1265
1323
90
127
42
92,89%
90,40%
610
667
1562
1549
188
173
36
45
87,96%
88,83%
335
359
972
1077
96
102
37
38
90,08%
90,49%
ENERO
FEBRERO
88,98%
86,46%
MARZO
SEPTIEMBRE
1643
919
1146
465
532
PROMEDIO
1525
947
924
321
367
332
127
ANEXO K
INFORMES DE RESULTADOS DE LABORATORIO
LABORATORIOS PRODYCON
Examen solicitado: Análisis fisicoquímicos para aguas residuales domésticas
Plan muestral: Mayo 8 de 2003
Sitio de toma: Muestra 1 y 2: Tubería de salida para recirculación de lodos (PTAR)
Laguna de oxidación (PTAR)
Muestra 3:
Muestra
Metodo
1
S. M. 2540-D
2
S. M. 2540-D
3
S. M. 2540-D
Técnica
utilizada
GRAVIMETRICAFILTRACIÓN
GRAVIMETRICAFILTRACIÓN
GRAVIMETRICAFILTRACIÓN
Limite de
detección
Resultado
Unidades
1
33950
Mg/l
1
1250
Mg/l
1
184
Mg/l
INFORMES DE RESULTADOS DE LABORATORIO
Laboratorio de fisicoquímica de la UNIVERSIDAD DE LA SABANA
Examen solicitado: Análisis fisicoquímicos para aguas residuales domésticas
Plan muestral: Marzo 6 de 2003
Sitio de toma: Bioreactor, Balsa de digestión, zona da sedimentación y balsa de pulimento
Parametro
DQO Mg / L
S S mg/L
Entrada
1075,4
622,0
Balsa 1
622,8
Balsa 2
374,4
496,0
388,0
128
Salida
417,0
501,0
ANEXO L
Medidas de precipitación sobre el municipio de Chía y alrededores(periodo 1989-2002)
129
ANEXO M
Medidas de Evaporación sobre el municipio de Chía y alrededores(periodo 1989-2002
130
ANEXO N
Distribución t de Student
Hipótesis estadística es un supuesto de un parámetro o de algún valor estadístico de una
población.
La hipótesis puede ser formulada con el fin de rechazarla de acuerdo con el análisis estadístico. Esta
clase de hipótesis se denomina hipótesis nula y se representa por Ho. Se tiene también la hipótesis
alternativa representada por Ha; se tiene entonces dos decisiones aceptar o rechazar la hipótesis la que,
a la vez, puede ser cierta o falsa
Nivel de significancia es la máxima probabilidad que se especifique , con el fin de hacer mínimo el
primer tipo de error. Generalmente esta probabilidad se fija antes de escoger la muestra. El nivel de
significancia se simboliza con alfa (α), siendo estos niveles del 1%, 5% o 10%, pero se puede utilizar
cualquier nivel, dependiendo del tipo de investigación que se adelante.
5%, en resultado significativo.
1%, el resultado es altamente significativo.
El valor del nivel de significancia corresponde a un área bajo la curva de probabilidad o normal,
denominada región critica o zona de rechazo (Rc).
Distribución T para n < 30 (muestra pequeña), la desviación típica se simboliza ‫ ل‬cuando no se a
efectuado ninguna corrección.
Grados de libertad (v), corresponden al numero máximo de variables que pueden asignarse libremente,
antes de que el resto de las variables queden completamente determinadas. Para n < 30 v = n1+ n2 -2
131