Universidad de La Salle Ciencia Unisalle Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 2021 Diseño preliminar de una planta de tratamiento de aguas residuales PTAR en el municipio de Nuevo Colón Boyacá Maria Camila Barrera Peña Universidad de la Salle, Bogotá, [email protected] Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil Citación recomendada Barrera Peña, M. C. (2021). Diseño preliminar de una planta de tratamiento de aguas residuales PTAR en el municipio de Nuevo Colón Boyacá. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/955 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected]. DISEÑO PRELIMINAR DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)EN EL MUNICIPIO DE NUEVO COLÓN BOYACÁ MARIA CAMILA BARRERA PEÑA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2021 1 DISEÑO PRELIMINAR DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)EN EL MUNICIPIO DE NUEVO COLÓN BOYACÁ MARIA CAMILA BARRERA PEÑA 40151577 Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil Director Ing. Álvaro Enrique Rodríguez Páez UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2021 2 Nota de aceptación _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ Firma del director _________________________________________ Firma del jurado _________________________________________ Firma del jurado 3 DEDICATORIA Quiero dedicar este trabajo de grado primeramente a Dios por ejercer sobre mí, su voluntad mas no la mía cuando muchas veces quise abandonar la carrera, por ser mi guía cuando yo no encontraba el camino A mi familia en especial a mi mamá y a mi abuela, a mi mamá Edyt Peña por darme la vida, apoyarme incondicionalmente como nadie más en cada una de las veces que me he sentido sola y cometido errores, a mi abuela Dora Cely por ser quien me crio, mi amiga incondicional, confidente y un ejemplo de lucha y de amor por la vida cuando el cáncer de seno atravesó por la vida de ella y cada uno de nosotros como familia. Quiero dedicar esto también a todos aquellos amigos que me dejo la universidad, los cuales me permitieron crecer como persona y ser humano, para ser quien soy hoy en día, en especial a mis amigos de tenis de mesa que logramos pasar este deporte de algo como un hobbie a un deporte representativo que le dio alegrías a la institución Por último, quiero dedicar esto a cada uno de los compañeros que me cruce en el camino, realizando trabajos, hablando en clases, compartiendo ideas y/o tertulias, pues gracias a ellos fortalecí mi carácter y me ayudo a crecer como la persona que soy. MARIA CAMILA 4 AGRADECIMIENTOS Expresamos nuestro agradecimiento a: El ingeniero Álvaro Enrique Rodríguez Páez por su apoyo incondicional, su paciencia y sus aportes intelectuales para el desarrollo exitoso de este trabajo de grado. A mis padres y familiares por su apoyo en el transcurso de nuestra formación como ingeniera civil y del presente trabajo de grado. A la jurado Maria Alejandra Caicedo por ayudar a enriquecer este trabajo de grado con sus aportes y correcciones. A toda la comunidad de la Universidad de La Salle por habernos acogido durante este período de formación académica y profesional. 5 Tabla de contenido Resumen ...............................................................................................................................................10 Abstract ................................................................................................................................................12 Introducción .........................................................................................................................................14 1. Planteamiento y formulación .........................................................................................................15 2. Justificación ....................................................................................................................................16 3. Objetivos ........................................................................................................................................18 4. Generalidades del municipio .........................................................................................................19 4.1.Ubicación geográfica......................................................................................................................19 4.2.Límites ...........................................................................................................................................19 4.3.Clima .............................................................................................................................................20 4.4.Fuentes hidrográficas ....................................................................................................................20 5. Marco referencial ...........................................................................................................................21 5.1.Marco teórico .................................................................................................................................21 5.2.Marco conceptual ...........................................................................................................................22 5.2.1. Aguas residuales .......................................................................................................................22 5.2.2. Saneamiento básico ..................................................................................................................22 5.2.3. Acueducto ................................................................................................................................22 5.2.4. Alcantarillado ...........................................................................................................................23 5.2.5. Caudal.......................................................................................................................................23 5.2.6. Clarificador...............................................................................................................................24 5.2.7. Coliformes ................................................................................................................................24 5.2.8. Contaminante ...........................................................................................................................24 5.2.9. Desarenador .............................................................................................................................24 5.2.10. Filtración ..................................................................................................................................25 5.2.11. Patógenos .................................................................................................................................25 5.3. Marco legislativo ...........................................................................................................................25 5.3.1. Constitución política ................................................................................................................25 5.3.2. Decreto 2811 de 1974 ..............................................................................................................25 5.3.3. Ley 9 de 1993 ...........................................................................................................................26 5.3.4. Ley 142 de 1994 .......................................................................................................................26 5.3.5. Ley 373 de 1997 .......................................................................................................................26 5.3.6. Ley 9 de 1979 ...........................................................................................................................27 5.3.7. Conpes 3177 de 202 .................................................................................................................27 5.3.8. Decreto 3100 de 2003 ..............................................................................................................27 5.3.9. Resolución 1443 de 2004 .........................................................................................................27 5.3.10. Resolución 0330 de 2017 .........................................................................................................28 5.3.11. RAS 200 ...................................................................................................................................28 5.3.12. Resolución 0631 de 2015 .........................................................................................................28 6 6. Antecedentes ..................................................................................................................................30 7. Etapas del tratamiento de la PTAR ................................................................................................31 7.1.Tratamiento preliminar ..................................................................................................................31 7.1.1. Cribado .....................................................................................................................................31 7.1.2. Desarenador ..............................................................................................................................32 7.2.Tratamiento secundario ..................................................................................................................32 7.2.1. Desbaste ...................................................................................................................................33 7.2.2. Fangos activados ......................................................................................................................33 7.2.3. Camas filtrantes ........................................................................................................................34 7.2.4. Placa rotativas y espirales ........................................................................................................35 7.2.5. Reactor biológico de cama móvil .............................................................................................35 7.2.6. Filtros aireados biológicos .......................................................................................................36 7.2.7. Reactores biológicos de membranas ........................................................................................36 7.2.8. Sedimentación secundaria ........................................................................................................37 8. Metodología ...................................................................................................................................39 8.1.Recolección de información ...........................................................................................................39 8.2.Análisis de datos.............................................................................................................................39 8.3.Diseño hidráulico de la planta ........................................................................................................39 9. Diseño metodológico......................................................................................................................41 9.1.Proyección de la población ............................................................................................................41 9.1.1. Método geométrico ..................................................................................................................42 9.1.2. Periodo de diseño .....................................................................................................................43 9.2.Cálculo de caudales del sistema .....................................................................................................43 9.3.Canal de entrada .............................................................................................................................47 9.4.Pretratamiento ................................................................................................................................48 9.4.1. Diseño de estructuras de cribado ..............................................................................................49 9.4.1.1.Pérdidas de rejillas ...................................................................................................................50 9.4.2. Desarenador ..............................................................................................................................51 9.4.2.1.Consideraciones de diseño .......................................................................................................52 9.5.Tratamiento secundario ..................................................................................................................56 9.5.1. Reactor UASB ..........................................................................................................................56 9.5.2. Sedimentador secundario .........................................................................................................60 10. Conclusiones ..................................................................................................................................63 Bibliografía...........................................................................................................................................65 Anexo A. Manual de operación, mantenimiento y control de la PTAR ..............................................66 7 Índice de ilustraciones Ilustración 1. Ubicación geográfica de Nuevo Colón ........................................................................ 19 Ilustración 2. Hidrografía de Nuevo Colón ....................................................................................... 20 Ilustración 3. Rejilla........................................................................................................................... 31 Ilustración 4. Desarenador................................................................................................................... 32 Ilustración 5.Desbaste ........................................................................................................................ 33 Ilustración 6. Lodos activados ........................................................................................................... 34 Ilustración 7. Camas filtrantes ........................................................................................................... 35 Ilustración 8. Reactor biológico de cama móvil ................................................................................ 36 Ilustración 9. Reactores biológicos de membranas............................................................................ 37 Ilustración 10. Sedimentador secundario ........................................................................................... 38 Ilustración 11. Esquema de funcionamiento de la PTAR .................................................................. 47 Ilustración 12.Diferentes formas de barrotes de rejillas .................................................................... 50 8 Índice de tablas Tabla 1. Estudio estadístico DANE ...................................................................................................................41 Tabla 2. Dotación neta máxima por altura sobre el nivel del mar .....................................................................43 Tabla 3. Proyección de la población del municipio ..........................................................................................46 Tabla 4. Caudal de diseño .................................................................................................................................46 Tabla 5.Canal rectangular..................................................................................................................................48 Tabla 6. Parámetro de rejillas ............................................................................................................................48 Tabla 7.Coeficiente de pérdida para rejillas ......................................................................................................50 Tabla 8. Resultados obtenidos para el diseño de rejilla de 1" ...........................................................................51 Tabla 9. Especificaciones del material ..............................................................................................................53 Tabla 10. Número de Hazen ..............................................................................................................................54 Tabla 11 Cálculo del desarenador .....................................................................................................................55 Tabla 12.Velocidades de flujo ascendente para el diseño de reactores UASB .................................................57 Tabla 13. Tiempo de retención hidráulica para reactores UASB ......................................................................57 Tabla 14. Resultados obtenidos para el diseño de reactor UASB .....................................................................58 Tabla 15. Resultados obtenidos para el diseño del GLS ...................................................................................59 Tabla 16..Parámetros de diseño de sedimentadores secundarios ......................................................................60 Tabla 17.Características del sedimentador secundario ......................................................................................62 9 Resumen El tratamiento de aguas residuales, es un sistema utilizado para remover contaminantes del agua. Eventualmente el agua usada se descontamina a través de medios naturales, lo cual requiere mucho tiempo; en una planta de tratamiento se acelera este proceso. Logrando así reutilizar esta agua en diversas actividades como la agricultura, la industria y la recreación. Al remover los contaminantes del agua, de cierta forma, se está defendiéndola del ataque de algunas bacterias y productos químicos. Existen varios niveles de defensa: pretratamiento, tratamiento primario, secundario y terciario; en el pretratamiento se encuentran los sistemas de enfriamiento, remoción de solidos flotantes mediante rejillas, remoción de arenas y grases. En el tratamiento primario el objetivo es reducir principalmente los sólidos sedimentables, el tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el contenido biológico del agua residual, el cual deriva los desechos orgánicos provenientes de residuos humanos, residuos de alimentos, jabones, detergentes y en general residuos de orgánicos de procesos industriales, el objetivo del tratamiento terciario es aumentar la calidad del afluente al estándar requerido antes de que este sea descargado al ambiente receptor, se trata de remover nitrógeno o fósforo del afluente tratado u otros contaminantes difíciles de remover. En Colombia alrededor del 50% de los municipios cuenta con una planta que ayude a mejorar las condiciones de los afluentes principales de estos lugares, por lo cual esto es un problema de calamidad pública que el gobierno debe buscar solucionar, por lo tanto, para el municipio de Nuevo Colón, Boyacá es necesario realizar la implementación de esta, debido a que en su área urbana y rural cuentan con pozos de inspección que en su mayoría no están conectados a una red de alcantarillado adecuado provocando malos olores, zancudos, entre otros tipos de situaciones. 10 De acuerdo con lo anterior, se realizó el planteamiento del tratamiento preliminar donde se encuentran las rejillas para la remoción de sólidos y el desarenador para la remoción de arena; el tratamiento primario que se llevara a cabo a través de los reactores UASB que estabilizaran la materia orgánica inicial y el tratamiento secundario a través de un filtro anaerobio de flujo ascendente junto con un sedimentador que buscaran sacar la mayor cantidad de impurezas posibles, el tratamiento terciario no se realizara debido a los costos que estos generan para un municipio de estas características. En consecuencia, se plantean las dimensiones de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) a través de una proyección de población a 25 años que será el periodo de diseño de esta, el cálculo de caudales que correspondan y se transporten en esta, para con ello determinar las dimensiones adecuadas que cumplan las características fisicoquímicas del agua del municipio. 11 Abstract Wastewater treatment is a system used to remove pollutants from the water. Eventually the used water is decontaminated through natural means, which is time consuming; in a treatment plant this process is accelerated. This achieving the reuse of this water in various activities such as agriculture, industry and recreation. By removing pollutants from the water, in a way, you are defending it from attack by some bacteria and chemicals. There are several levels of defense: pretreatment, primary, secondary and tertiary treatment; The pretreatment includes cooling systems, removal of floating solids through grids, removal of sand and grease. In primary treatment, the objective is to mainly reduce sedimentable solids, secondary treatment is designed to substantially degrade the biological content of wastewater, which derives organic waste from human waste, food waste, soaps, detergents and in general waste. of organics from industrial processes, the objective of tertiary treatment is to increase the quality of the effluent to the required standard before it is discharged to the receiving environment, it involves removing nitrogen or phosphorus from the treated effluent or other difficult-to-remove pollutants. In Colombia, around 50% of the municipalities have a plant that helps to improve the conditions of the main tributaries of these places, which is why this is a problem of public calamity that the government must seek to solve, therefore, for the municipality of Nuevo Colón, Boyacá, it is necessary to carry out the implementation of this, because in its urban and rural areas they have inspection wells that are mostly not connected to an adequate sewage network causing bad odors, mosquitoes, among other types of situations. In accordance with the above, the preliminary treatment approach was carried out where the grates for the removal of solids and the desander for the removal of sand are located; the primary treatment that will be carried out through the UASB reactors that stabilize the initial organic matter and the secondary treatment through a secondary flow anaerobic filter together with a settler that will seek to remove as 12 much impurities as possible, the tertiary treatment It will not be carried out due to the costs that these generate for a municipality of these characteristics. Consequently, the dimensions of the wastewater treatment plant (WWTP) are proposed through a population projection at 25 years that will be the design period of this, the calculation of flows that correspond and are transported in it, to with this, determine the appropriate dimensions that meet the physicochemical characteristics of the municipality's water 13 Introducción Las aguas residuales son un fenómeno que no pueden ser menos preciado y olvidado por parte de los entes gubernamentales que deben velar por el bienestar de su comunidad ni mucho menos de la población en general. Por tal motivo, uno de los objetivos del milenio es garantizar la sostenibilidad del medio ambiente donde los afluentes de agua juegan un papel muy importante para tal fin. En Colombia, existen entidades y normas que buscan garantizar que este objetivo se cumpla tal como el ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible que busca definir la política nacional Ambiental y promover la recuperación, conservación, protección, ordenamiento, manejo, uso y aprovechamiento de los recursos naturales renovables, a fin de asegurar el desarrollo sostenible y garantizar el derecho de todos los ciudadanos a gozar y heredar un ambiente sano. A través de esta entidad, se han legislado resoluciones como la RAS 2000 que fue reemplazada por la resolución 0330 de 2017 donde se reglamentan los requisitos técnicos que se deben cumplir en las etapas de planeación, diseño, construcción, puesta en marcha, operación, mantenimiento y rehabilitación de la infraestructura relacionada con los servicios públicos domiciliaros de acueducto, alcantarillado y aseo. (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2017) En la presente investigación se busca diseñar y generar la operación y mantenimiento de lo que seria la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Nuevo Colón en el departamento de Boyacá, ya que este municipio no cuenta con dicho mecanismo que mejore las condiciones de saneamiento básico para el casco urbano del municipio. El proceso se realizando mediante la obtención de datos estadísticos, análisis fisicoquímicos del agua del cauce principal y modelamientos matemáticos que cumplan los lineamientos que exigen las normas en el país. 14 1. Planteamiento y formulación del problema En el área urbana del municipio habitan aproximadamente 5000 personas, la cobertura del sistema de alcantarillado corresponde a un poco más del 18% en la prestación del servicio, sin embargo, los planes de desarrollo con los que cuenta el municipio no son actuales a los lineamientos planteados por el gobierno, sumado a esto, la construcción de nuevas edificaciones para poblaciones vulnerables ha aumentado los caudales de agua al sistema, el municipio no cuenta con la infraestructura para tratar estas aguas y disponerlas correctamente en los cursos del agua, por lo tanto se está generando una contaminación a cursos de agua que van aguas abajo a otras poblaciones. El municipio de Nuevo Colón no cuenta con una planta de tratamiento de agua residual en el casco urbano, por lo tanto, los vertimientos o entregas de agua residual se hacen directamente a las quebradas (ya que no hay sistema de alcantarillado), sin ningún tipo de tratamiento, ni control al cuerpo de agua natural, ocasionando impactos negativos sobre el medio ambiente, problemas de salud y malos olores en la población, las viviendas y en los terrenos en el área de vertimiento. La alcaldía del municipio junto con la empresa de servicios públicos de servicios domiciliaros de Nuevo Colón, han manifestado la disposición para la implementación de este diseño, ya que se poseen los terrenos para su construcción y la necesidad de realizar los tratamientos correspondientes. 15 2. Justificación Las aguas residuales y su tratamiento son un tema de gran importancia, ya que el agua no es abundante en todas las partes del planeta y hoy el cambio de la temperatura ha provocado sequías y racionamiento de agua han afectado a todas las poblaciones en los últimos años. Por lo cual se requiere cuidar el agua e insistir en aplicar un correcto tratamiento de aguas para así contribuir con el cuidado de la misma Los sistemas de acueducto y alcantarillado deben estar compuestos por elementos que garanticen la captación de las aguas residuales y aguas lluvias, para ser estas transportadas hacia sistemas de tratamiento que reduzcan las cargas contaminantes y estas aguas puedan continuar su ciclo hidrológico hacia otros cursos de agua. Nuevo Colón a pesar de no ser considerado un municipio con escases de agua, en comparación con otros municipios del sector es necesario desarrollar una gestión integral de los riesgos a la oferta y disponibilidad del agua. Por lo cual, se debe predominar la protección del medio ambiente, mediante el manejo y tratamiento adecuado de las aguas residuales del municipio. Mediante los diferentes procesos a las que son expuestas las aguas servidas se retienen partículas de diferentes dimensiones como gravas y arenas, en otros procesos son extraídos los metales y Para el desarrollo de los objetivos planteados, se establece la realización de una propuesta a través del diseño hidráulico de la planta de tratamiento de aguas residuales para el casco urbano del municipio de Nuevo Colón, Boyacá en un tiempo estimado de cuatro meses, la propuesta incluirá la recopilación de información, del análisis de la DBO (Demanda bioquímica de oxígeno que tiene el agua) generada en la cabecera municipal de Nuevo Colón y el diseño hidráulico de la planta de tratamiento de aguas residuales por el método que corresponda. Las aguas residuales y su tratamiento son un tema de gran importancia, ya que el agua no es abundante en todas las partes del planeta y hoy el cambio de la temperatura ha provocado sequías y racionamiento 16 de agua han afectado a todas las poblaciones en los últimos años. Por lo cual se requiere cuidar el agua e insistir en aplicar un correcto tratamiento de aguas para así contribuir con el cuidado de la misma Los sistemas de acueducto y alcantarillado deben estar compuestos por elementos que garanticen la captación de las aguas residuales y aguas lluvias, para ser estas transportadas hacia sistemas de tratamiento que reduzcan las cargas contaminantes y estas aguas puedan continuar su ciclo hidrológico hacia otros cursos de agua. Nuevo Colón a pesar de no ser considerado un municipio con escases de agua, en comparación con otros municipios del sector es necesario desarrollar una gestión integral de los riesgos a la oferta y disponibilidad del agua. Por lo cual, se debe predominar la protección del medio ambiente, mediante el manejo y tratamiento adecuado de las aguas residuales del municipio. Mediante los diferentes procesos a las que son expuestas las aguas servidas se retienen partículas de diferentes dimensiones como gravas y arenas, en otros procesos son extraídos los metales y diferentes compuestos químicos y finalmente los diferentes procesos se encargan de descomponer la materia orgánica y pueden reducirse los sólidos biológicos. De esta manera y siguiendo los parámetros de diseño en la Resolución 0330 de 2017, se realizarán los cálculos correspondientes para los diferentes elementos que realizan los procesos de descontaminación de la planta de tratamiento propuesta para el municipio de Nuevo Colón en Boyacá 17 3. Objetivos 2.1 Objetivo general • Diseñar preliminarmente la planta de tratamiento de aguas de residuales (PTAR) para mejorar la calidad de las fuentes hídricas del municipio de Nuevo Colón en el departamento de Boyacá 2.2 Objetivos específicos • Recopilar información sobre las características fisicoquímicas de las aguas residuales del municipio de Nuevo Colón, Boyacá • Determinar el método pertinente para el tratamiento de las aguas residuales del municipio que cumpla con las condiciones, características y normatividad correspondientes • Dimensionar la planta de tratamiento de aguas residuales que cumpla con los parámetros adecuados 18 4. Generalidades del Municipio 4.1 Ubicación geográfica El municipio de Nuevo Colón está situado en el centro occidente del departamento de Boyacá, pertenece a la provincia de Marquez. Dista a 27,5 Km de Tunja, la capital del departamento y a 120 Km de Bogotá D.C (Alcaldía de Nuevo Colón, 2021) Ilustración 1. Ubicación geográfica de Nuevo Colón Fuente. (Alcaldía de Nuevo Colón, 2021) 4.2 Límites • Sur: Umbita y Turmequé • Norte: Ventaquemada, Boyacá y Jenesano • Oriente: Tibana • Occidente: Turmequé y Ventaquemada 19 Su extensión total es de 50.59 Km2; extensión urbana de 2.68 Km2, una extensión rural de 47.91 Km2. La altitud de la cabecera municipal de es de 2500 msnm con respecto al casco urbano 4.3 Clima Su temperatura media es de 16 °C. El municipio se encuentra en un piso térmico frio y piso bioclimático de paramo. El territorio de Nuevo Colón, se encuentra en la cordillera oriental en las estribaciones del altiplano Cundiboyacense, sobre colinas denudacionales conformadas por materiales y geoformas que originan terrenos quebrados y modelados por las condiciones locales clima frio (Alcaldía de Nuevo Colón, 2021) 4.4 Fuentes hidrográficas Ilustración 2. Hidrografía de Nuevo Colón Fuente. (Corpochivor, 1999) 20 5. Marco referencial 5.1 Marco teórico El primer sistema de tratamiento en la humanidad que se utilizó fue anaerobio: pozo séptico. En 1887 Talbot de Urbana le coloco bafles a dicho pozo. En 1905 Karl Imhoff, ingeniero alemán separa las dos fases del proceso: sedimentación y digestión El gran avance fue el proceso de mineralización de lodos en periodos largos de retención, haciendo más segura e inofensiva la disposición. La primera planta de tratamiento de aguas residuales en Colombia (Vitelma), fue construida en 1933 en Bogotá En Colombia a partir del desarrollo industrial y el rápido crecimiento de la poblaciónse vio afectado los cauces naturales y el deterioro de los ecosistemas presentes en ellos, lamentablemente las industrias no encaminaban su interés en estos problemas ambientales. Por esta razón el Ministerio de Medio Ambiente y Desarrolloimplemento nuevas normas de vertimientos como la reglamentada en el artículo 28del decreto 3930 de 2010, actualizada el decreto 1594 de 1984, especialmente para las personas que realizan actividades industriales, comerciales o de servicios. Debido a esta situación los municipios comenzaron a desarrollar proyectos de saneamiento ambiental que se centraron en la construcción de plantas de tratamiento de agua residuales para mejorar las condiciones de los causes receptores. Los procesos aplicados para la descontaminación de las aguas dependen de su estado, contexto, herramientas y el uso esperado de las aguas tratadas. Se pueden asegurar 4 pasos para el tratamiento secundario y terciario. 21 El pretratamiento tiene dos fases encargadas de la remoción de sólidos de gran tamaño por medio de rejillas y filtros, extraer estos solidos permite asegurar que las tuberías no se taponen y que elementos más grandes pueden dañar algunos de los equipos de descontaminación. 5.2 Marco conceptual 5.2.1 Aguas residuales: Son cualquier tipo de agua cuya calidad está afectada negativamente por la influencia antropogénica. Se trata de agua que no tiene valor inmediato para el fin para el que se utilizó ni para el propósito para el que se produjo debido a su calidad, cantidad o al momento en que se dispone de ello. Existen diferentes tipos de aguas residuales según su origen. Los principales tipos son: Aguas residuales urbanas: Las aguas residuales domesticas o la mezcla de estas con aguas residuales industriales o con aguas de escorrentía pluvial (Laura F.Zarza, s.f.) Aguas residuales domésticas: Las aguas residuales procedentes de zonas de vivienda y de servicios, generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domesticas (Laura F.Zarza, s.f.) Aguas residuales industriales: Todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para cualquier actividad comercial o industrial, que no sean residuales domesticas ni aguas de escorrentía pluvial (Laura F.Zarza, s.f.) 5.2.2 Saneamiento básico: Es el conjunto de técnicas que permite eliminar higiénicamente residuos sólidos, excretos y aguas residuales, para tener un ambiente limpio y sano (Subdirección de salud ambiental, 2015) 5.2.3 Acueducto: Conjunto de obras, equipos y materiales utilizados para la captación, aducción, tratamiento y distribución del agua potable para consumo humano (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 22 5.2.4 Alcantarillado: Conjunto de obras para la recolección, conducción y disposición final de las aguas residuales o de las aguas lluvias. Existen cuatro tipos de alcantarillados, los cuales son: Alcantarillado de aguas combinadas: Sistema compuesto por todas las instalaciones destinadas a la recolección y transporte, tanto de las aguas residuales como de las aguas lluvias (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) Alcantarillado de aguas lluvias: Sistema compuesto por todas las instalaciones destinadas a la recolección y transporte de las aguas lluvias (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) Alcantarillado de aguas residuales: Sistema compuesto por todas las instalaciones destinadas a la recolección y transporte de las aguas residuales domésticas y/o industriales (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) Alcantarillado separado: Sistema construido por un alcantarillado de aguas residuales y otro de aguas lluvias que recolectan en forma independiente en un mismo sector (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 5.2.5 Caudal: Es el volumen de agua que pasa por una unidad de tiempo. Referido a un medidor, es el cociente obtenido entre el volumen de agua que circula a través de un medidor de agua y el tiempo que le toma hacerlo. Existe varios tipos y/o variables de caudal Caudal de diseño: Caudal estimado con el cual se diseñan los equipos, dispositivos y estructuras de un sistema determinado (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) Caudal de incendio: Parte del caudal en una red de distribución destinado a combatir los incendios (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 23 Caudal máximo diario: Consumo máximo durante una hora, observado en un periodo de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) Caudal máximo horario: Consumo máximo durante una hora, observado en un periodo de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) Caudal medio diario: Consumo medio durante veinticuatro horas, obtenido como el promedio de los consumos diarios en un periodo de un año (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 5.2.6 Clarificador: Tanque de sedimentación rectangular o circular usado para remover solidos sedimentables del agua residual (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 5.2.7 Coliformes: Bacterias gram negativas de formas alargadas capaces de fermentar lactosa con producción de gas a la temperatura de 35 o 37° C. Se utilizan como indicadores de contaminación biológica (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 5.2.8 Contaminante: Toda materia o energía en cualquiera de sus estados o formas, que al incorporarse o actuar en la atmosfera agua, suelo, flora o fauna, o cualquier elemento ambiental, altere o modifique su composición natural y degrade su calidad (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 5.2.9 Desarenador: Componente destinado a la remoción de las arenas y solidos que están en suspensión en el agua, mediante un proceso de sedimentación mecánica (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 24 5.2.10 Filtración: Proceso mediante el cual se remueve las partículas suspendidas y coloidales del agua al hacerlas pasar a través de un medio poroso (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 5.2.11 Patógenos: Microorganismos que pueden causar enfermedades en otros organismos, ya sea en humanos, animales y plantas (emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía) 5.3 Marco legislativo 5.3.1 Constitución política Artículo 79 Todas las personas tienen derecho a gozar de un ambiente sano. La ley garantizara la participación de la comunidad en las decisiones que puedan afectarlo. Es deber del Estado proteger la diversidad e integridad del ambiente, conservarlas áreas de especial importancia ecológica y fomentar la educación para el logro de estos fines (Congreso de la república de Colombia, 1991) Artículo 366 El bienestar general y el mejoramiento de la calidad de vida de la población son finalidades sociales del Estado. Será objetivo fundamental de su actividad la solución de las necesidades insatisfechas de salud, de educación, de saneamiento ambiental y de agua potable. (Congreso de la república de Colombia, 1991) 5.3.2 Decreto 2811 de 1974 En este decreto es dictado por el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente. El ambiente es patrimonio común. El Estado y los particulares deben participar en su preservación y manejo, que son de utilidad pública e interés social. La preservación y manejo de los recursos naturales renovables también son de utilidad pública e interés social. (Decreto 2811 del 18 de Diciembre de 1974, 1974) 25 5.3.3 Ley 9 de 1993 Por la cual se crea el ministerio del medio ambiente, se reordena el sector público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el sistema nacional ambiental- SINA y se dictan otras disposiciones. (Congreso de la república de Colombia, 1993) 5.3.4 Ley 142 de 1994 Artículo 5 Competencia de los municipios en cuanto a la prestación de los servicios públicos. Es competencia de los municipios en relación con los servicios públicos que ejercen en los términos de la ley, y de los reglamentos que con sujeción a ella expidan los consejos. (Ministeria de Energía Nacional, 1994) 5.3.5 Ley 373 de 1997 Artículo 1 Programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Todo plan ambiental regional y municipal debe incorporar obligatoriamente un programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Se entiende por programa para uso eficiente y ahorro del agua el conjunto de proyectos y acciones que deben elaborar y adoptar las entidades encargadas de la prestación de los servicios de acueducto, alcantarillado, riego y drenaje, producción hidroeléctrica y demás usuarios del recurso hídrico. Las corporaciones autónomas regionales y demás autoridades ambientales encargadas del manejo, protección y control del recurso hídrico en su respectiva jurisdicción, aprobaran la implantación y ejecución de dichos programas en coordinación con otras corporaciones autónomas que compartan las fuentes que abastecen los diferentes usos. (Ministerio de ambiente y desarrollo económico, 1997) 26 5.3.6 Ley 9 de 1979 Conocida como Código Sanitario Nacional. Establece los procedimientos y las medidas para llevar a cabo la regulación y control de los vertimientos. (Ministerio de salud y protección social, 1979) 5.3.7 Conpes 3177 de 2002 Establece los lineamientos para formular el plan nacional de manejo de aguas residuales. Con el objetivo de mejorar la calidad del recurso hídrico de la Nación. Busca promover la descontaminación y mejorar las inversiones y las fuentes de financiación y revisar y ajustar la implementación de la tasa retributiva por contaminación hídrica. 5.3.8 Decreto 3100 de 2003 Reglamenta los artículos 42 y 43 de la Ley 99 de 1993, respecto a la implementación de tasas retributivas por vertimientos líquidos puntuales a un cuerpo de agua. La tasa retributiva consiste en un cobro por la utilización directa o indirecta de las fuentes de agua como receptoras de vertimientos puntuales y por sus consecuencias nocivas para el medio ambiente. El Decreto establece el Plan de Saneamiento y Manejo de Vertimientos. La resolución 372 de 1998 establece el monto de las tasas mínimas para Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) y Sólidos Suspendidos Totales (SST). (Ministerio del medio ambiente y desarrollo económico, 2002) 5.3.9 Resolución 1433 de 2004 Por la cual de reglamenta el artículo 12 del decreto 3100 de 2003, sobre los planes de saneamiento y manejo de vertimientos. Se establece la definición de los PSMV, los actores involucrados, información que se debe presentar y se dictan las medidas preventivas y sancionatorias. 27 5.3.10 Resolución 0330 de 2017 Por la cual se adopta el reglamento técnico para el sector de agua potable y saneamiento básico- RAS y se derogan las resoluciones 1096 de 200, 0424 de 2001, 0668 de 2003, 1459 de 2005, 1447 de 2005 y 2320 de 2009. (Ministerio de vivienda, ciudad y territorio, 2017) 5.3.11 RAS 2000 Título E Fija los criterios básicos y requisitos mínimos que deben reunir los diferentes procesos involucrados en la conceptualización, el diseño, la construcción, la supervisión técnica, la puesta en marcha, la operación y el mantenimiento de los sistemas de tratamiento de aguas residuales que se desarrollen en la República de Colombia, con el fin de garantizar su seguridad, durabilidad, funcionalidad, calidad, eficiencia, sostenibilidad y redundancia dentro de un nivel de complejidad determinado. (Ministerio de desarrollo económico, 2000) 5.3.12 Resolución 0631 de 2015 Por lo cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de agua superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones 28 6. Antecedentes Desde tiempos atrás algunas culturas tanto orientales como occidentales, empleaban el agua de fuentes aledañas al lugar de su asentamiento, quienes después de su utilización la reingresaban de diversas formas a la misma fuente, dejando a la naturaleza a cargo de la depuración del líquido. Mientras la población no fuera excesiva, el agua se diluía sin mayor problema y los pobladores de aguasabajo podían usarla con mínimo riesgo. La gravedad se fue presentando a través del tiempo debido a que fue aumentando la población que devolvían aguas altamente contaminadas y la naturaleza no tiene capacidad para depurarlas. El tratamiento de las aguas residuales nace en la necesidad de eliminar toda aquella sustancia o componente que pueda producir daños al medio ambiente y riesgos para la salud humana. “Su utilización comienza a finales del año 1800 y principios del actual siglo y coincide con la época de la higiene”. (CISNEROS JIMÉNEZ, 2008) A fin de evitar estos problemas se idearon y llevaron a la práctica nuevos métodos de tratamiento intensivo. De este modo, “se estudió la precipitación química,digestión de fangos, filtración intermitente en arena, filtración en lechos de contactoy finalmente en 1916 se creó la primera planta tratamiento municipal de agua residual en Estados Unidos”. (CISNEROS JIMÉNEZ, 2008) La construcción de sistemas de tratamientos de aguas en Colombia es una práctica relativamente reciente. Colombia trata el 10% de las aguas residuales a pesar de contar con una capacidad instalada que alcanzaría el 20% (EL ESPECTADOR, 2016). Según 29 un estudio de UNICEF, menos de la cuarta parte de los municipios de21 departamentos analizados cuentan con una planta de tratamiento de aguas residuales. (ENDESA, 2015). En la actualidad la zona de estudio específico del tratamiento de agua residual corresponde al casco urbano perteneciente al Municipio de Nuevo Colón, el cual cuenta con una cobertura en el sistema de alcantarillado de aguas residuales del 20% aproximadamente, donde el manejo de aguas residuales en las zonas urbanas se realizaba mediante pozos sépticos artesanales, y hoy en día el servicio público de alcantarillado cuenta con un nivel bajo, debido a que mantiene una cobertura parcial de los domicilios de la población objetivo, esperando que este número siga creciendo (Alcaldía de Nuevo Colón, 2021) Diariamente las actividades socioeconómicas descargan a los cuerpos de agua, sustancias de características diversas como residuos sólidos, material orgánico, compuestos químicos, metales y material vegetal, entre otros. Cuyas principales fuentes de degradación son las actividades domésticas, industriales y agropecuarias, las cuales han originado a través de los años afectaciones en los sistemas hidrobiológicos y alteración en la calidad del agua. 30 7. Etapas del tratamiento de la PTAR 7.1 Tratamiento preliminar Los tratamientos preliminares habitualmente son físicos e implican la reducción de sólidos en suspensión y el acondicionamiento delas aguas residuales para los posteriores procesos de tratabilidad Los tratamientospreliminares fundamentales en un sistema de tratamiento de aguas residuales, son 7.1.1 Cribado El cribado es la operación utilizada para separar el material gruesodel agua, mediante el paso de ella por una criba o rejilla. El sistema de rejilla es el sistema más utilizado para remover el material contaminante grueso como basuras,de acuerdo con el método de limpieza, las rejillas son de limpieza manual o mecánica. (ROMERO, 2002) Ilustración 3. Rejilla Fuente. (UNAD,2016) 31 7.1.2 Desarenador Esta estructura tiene como objetivo eliminar mediante la sedimentación las arenas, gravas, barro, las partículas más o menos finas de origeninorgánico de manera que la arena retenida no arrastre materias contaminadas, presentes en el agua captada, con el fin de evitar que se produzcan sedimentaciones en los canales y conductos, para proteger las partes móviles de los equipos contra la abrasión y evitar sobrecarga de sólidos en las unidades de tratamiento bilógico. Ilustración 4. Desarenador Fuente. (Acueducto, Agua y Alcantarillado de Bogotá, 2016) 7.2 Tratamiento secundario Método de tratamiento mediante los cuales consiguen la remoción de contaminantes por actividad biológica, El tratamiento secundario se aplica cuando se desea eliminar las sustancias orgánicas biodegradables disueltas o en suspensión. El tratamiento secundario también es efectivo en la remoción de nitrógeno. 32 7.2.1 Desbaste Consiste en la retención de los sólidos gruesos del agua residual a través de una reja, manual o autolimpiable, o un tamiz, habitualmente de menor paso o luz de malla. Esta operación produce una reducción de la carga contaminante a la entrada, lo cual permite la preservación de equipos tales como conducciones, bombas y válvulas, en contraparte de los depósitos y obstrucciones provocadas, por los sólidos que por lo general pueden ser muy fibrosos. Ilustración 5.Desbaste Fuente. (Fibras y Normas de Colombia S.A.S, s.f) 7.2.2 Fangos activados Las plantas de fangos activos o lodos activos como también se le denomina a este proceso aerobio de biomasa suspendida, utilizan diversos mecanismos para hacer uso de oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica como también pueden atrapar partículas de material. Esta fase pone en contacto el agua residual con flóculos biológicos previamente formados, en los que se absorbe la materia orgánica 33 y donde es degradada por las bacterias presentes, manteniendo una determinada concentración de organismos aerobios, todo esto es llevado a cabo en una balsa aireada o tanque de aireación. Ilustración 6. Lodos activados Fuente. (Fibras y Normas de Colombia S.A.S, s.f) 7.2.3 Camas filtrantes Las camas filtrantes de goteo son aquellas en las que las aguas residuales son rociadas en la superficie de una profunda cama compuesta de carbón, piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos, los cuales deben contener altas superficies para soportar las biopelículas que se forman. Su uso en el tratamiento de aguas residuales se desarrolla en plantas más antiguas o plantas receptoras de cargas variables, suscitándose, una distribución del agua mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central, tal contenido hídrico gotea en la cama y es 34 recogido por los drenes en la base, los cuales también proporcionan un recurso de aire que se infiltra hacia arriba de la cama, manteniendo un medio aerobio. Las películas biológicas de bacterias, protozoarios y hongos se forman en la superficie del medio, reduciendo o comiéndose los contenidos orgánicos Ilustración 7. Camas filtrantes Fuente. (Fibras y Normas de Colombia S.A.S, s.f) 7.2.4 Placas rotativas y espirales Son usadas las placas o espirales de revolución lenta para el sumergimiento parcial en las aguas, creando un floculo biótico que proporciona el substrato requerido. 7.2.5 Reactor biológico de cama móvil El MBBR según sus siglas en Ingles, asume la adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios activos, con la intención de reunir la biomasa, manteniendo una alta densidad de la población de biomasa e incrementando la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la concentración de licor mezclado de sólidos. 35 Este proceso tecnológico emplea a millones de portadores del biofilm de polietileno, el cual funciona con un movimiento de aire mezclado dentro de un lavado aireado del tratamiento de aguas residuales. Ilustración 8. Reactor biológico de cama móvil Fuente. (Fibras y Normas de Colombia S.A.S, s.f) 7.2.6 Filtros aireados biológicos Los filtros anóxicos biológicos combinan la filtración con una reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación, incluyendo usualmente un reactor lleno de medios de un filtro. La finalidad de este medio es el alto soporte de la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos en el filtro. La reducción del carbón como la conversión de amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna vez alcanzado en un solo reactor, mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anóxica. 7.2.7 Reactores biológicos de membranas Es aquel sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto con un proceso de fangos; este se compone en 2 partes integradas unilateralmente siendo, por un lado, el 36 reactor biológico responsable de la depuración biológica y por el otro lado, la separación física de la biomasa y el agua a través de un sistema de filtración por membrana. Su aplicación en el proceso de tratamiento de aguas residuales es diversa, destacando que esta tecnología garantiza la remoción de todos los contaminantes suspendidos y sólidos disueltos. También permite la eliminación de la demanda química de oxígeno coloidal, ya que al no atravesar la membrana tiene un tiempo de contacto mayor con la biomasa. Asimismo, los sistemas MBR de las elevadas concentraciones de biomasa con las que se trabaja en el reactor biológico como consecuencia de la presencia de una barrera física (membrana) que no deja escapar las bacterias, lo cual permite un control perfecto sobre la edad del fango y los parámetros principales de operación del sistema. Ilustración 9. Reactores biológicos de membranas Fuente. (Fibras y Normas de Colombia S.A.S, s.f) 7.2.8 Sedimentación secundaria Se constituye como el paso final de la etapa secundaria del proceso de tratamiento de aguas 37 residuales, donde son retirados los flóculos biológicos del material de filtro, produciendo agua tratada con bajos niveles de materia orgánica y materia suspendida. Ilustración 10. Sedimentador secundario Fuente. (Fibras y Normas de Colombia S.A.S, s.f) 38 8. Metodología 8.1 Recolección de información. Se inició la investigación con visitas realizadas al municipio de Vélez a las oficinas de la Alcaldía, Planeación Municipal,Empresa de Servicios públicos Domiciliarios de Nuevo Colón y en la corporación autónoma regional de Chivor CORPOCHIVOR para obtener información preliminar, de la cual se extrajeron, algunos datos del Plan de Desarrollo Municipal, el Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado y análisis físico – químico de los vertimientos del municipio de Nuevo Colón. 8.2 Análisis de datos. Conocida la información preliminar, el análisis de datosse inicia con el análisis de los antecedentes y justificación. Se continua, con una caracterización general del municipio, luego una descripción muy general de la zona de estudio, y con el análisis físico químicos obtenidos de calidad del agua esperados posteriormente, se describen aspectos de la estructura de tratamiento a diseñar y luego se exponen las consideraciones teóricas de algunos autores. 8.3 Diseño hidráulico de la planta. La información existente brindada por el municipio, permitió, conocer la población a servir, los aportes de agua residual y cargas más representativas, que, para este estudio, se tomaron como esenciales los parámetros de reducción DBO y SST. Para el diseño se empleó la metodología del reglamento de la comisión reguladora de saneamiento y agua potable RAS 2000 a través de la resolución 0330 de 2017, donde se aplicaran los dos tipos de tratamientos que son tratamiento primario (asentamiento de sólidos) y tratamiento secundario (tratamiento biológico de sólidos flotantes y 39 sedimentables), donde la selección para cada etapa de tratamiento dependió de las necesidades, características de la zona y costos óptimos para su realización, operación y mantenimiento. Una vez desarrollado el tipo de tratamientoa implementar se procedió a la realización de los cálculos pertinentes, los planos de diseño hidráulico de los componentes de la planta de tratamiento y finalmente se realizo el manual de operación y mantenimiento. 40 9. Diseño metodológico 9.1 Proyección de la población Una proyección de la población es un cálculo que refiere el crecimiento aproximadoprevisto en el número de habitantes de un lugar para un año futuro dado. Con base en el anuario estadístico DANE, se presenta una tasa de crecimiento considerando que el casco urbano se encuentra con vías de comunicación, planesde desarrollo rural, aumentos graduales de la población y el asentamiento de nuevas viviendas en la zona, de modo que atienda las necesidades de la comunidaddurante un determinado período de diseño, en el cual el sistema sea eficiente el 100% Para calcular la capacidad de tratamiento de la PTAR del municipio de Nuevo Colón, se empleará la cifra de población futura de la cabecera municipal para el año 2018, reportada por el departamento administrativo nacional de estadística – DANE. Tabla 1. Estudio estadístico DANE Población Censo DANE Municipio Año Habitantes 1993 5557 2005 5967 2018 6025 Fuente (DANE, 2021) La estimación de la población es el aspecto principal para la determinación del nivelcomplejidad. El titulo B del reglamento técnico del sector de saneamiento básico y agua potable RAS 2000, capitulo B.2. Población dotación y demanda, establece queesa dotación debe corresponder a la proyectada al final del periodo de diseño. 41 9.1.1 Método geométrico Este método es útil en poblaciones que muestran una actividad económica Importante. El crecimiento geométrico es geométrico si el aumento de la población es proporcional al tamaño de la misma; la ecuación empleada es: (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000) Donde Pf: población futura para el tiempo estimado en el diseño. Puc: población del último año censado. Pci: población correspondiente al año inicial Tuc: año correspondiente al último censo. Tci: año correspondiente al censo inicial Tf: año para el cual se quiere proyectar. La tasa de crecimiento anual se calcula de la siguiente manera 9.1.2 Periodo de diseño. El periodo de diseño fija las condiciones básicas del proyecto como la capacidad del diseño a atender la demanda futura, la densidad actual y la durabilidad de los materiales, equipos empleados y operación de la planta, este periodo depende la tasa de crecimiento de la población del comercio yla industria. • Periodo de diseño: 25 años 42 9.1.3 Dotación. Debido a que el acueducto no cuenta con registros históricos de consumo en la región, para lo cual nos basamos en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico. • Dotación neta. La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante, sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto. Tabla 2. Dotación neta máxima por altura sobre el nivel del mar Altura promedio sobre el nivel del mar de la zona atendida. Dotación neta máxima (L/HAB*DIA) >2000 m.s.n.m 120 1000 – 2000 m.s.n.m 130 < 1000 m.s.n.m 140 Fuente. (Ministerio de vivienda, ciudad y territorio, 2017) Teniendo en cuenta que el municipio de Nuevo Colón se ubica aproximadamente a los 2500m.s.n.m, la dotación neta para el presente diseño corresponde a 120 l/hab*día. 9.2 Cálculo de caudales del sistema Para determinar los caudales del sistema s seguirán los procedimientos indicados en la Resolución 0330 de 2017 y los textos bibliográficos de consulta que se especifiquen. • Aguas residuales domesticas (QD) Debido a que el municipio no cuenta con una proyección de demanda de agua potable, se determinara el caudal de aguas residuales domesticas mediante la siguiente ecuación 43 𝑄𝐷 = 𝐶𝑅 ∗ 𝑃 ∗ 𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎 86400 Donde: CR: coeficiente de retorno, ya que no hay datos de campo se asume como 0.85. P: población proyectada para el periodo de diseño. Las contribuciones de caudales por aguas comerciales, industriales e institucionales deberán analizarse particularmente, por lo tanto, se analizarán con respecto a las áreas aferentes que existan en el sistema • Caudal medio diario (QMD) Se determinará por medio de la próxima ecuación 𝑄𝑀𝐷 = 𝑄𝐷 + 𝑄𝐶 + 𝑄𝐼 + 𝑄𝐼𝑁 Donde: QC: caudal por aguas residuales comerciales, por norma se asume 0.4 L/s*Ha. Se deberámultiplicar este valor por las áreas aferentes al sistema de alcantarillado, mediante los cálculos realizados se obtuvo como valor de áreas aferentes 0.4 Ha. QI: caudal por aguas residuales institucionales, por norma se asume 0.4 L/s*Ha. Se deberá multiplicar este valor por las áreas aferentes al sistema de alcantarillado, mediante los cálculos realizados se obtuvo como valor de áreas aferentes 1.5 Ha. • Caudal máximo horario (QMH) Se determinan con los valores obtenidos de QMD y mediante la ecuación 𝑄𝑀𝐻 = 𝐹 ∗ 𝑄𝑀𝐷 44 Donde: F: factor de mayoración que se obtiene mediante la ecuación siguiente. 𝐹= • 3.70 𝑄𝑀𝐷0.073 Caudal de infiltración (QINF) De acuerdo con las condiciones del terreno se podrá utilizar un valor entre 0.1 y 0.3 L/s*ha; por la consulta realizada se identificó que el suelo es arcilloso y por tanto de baja permeabilidad, la topografía consiste en una gran área con pendientes medias por lo tanto el valor a asumir como caudal de infiltración es de QINF =0.1 L/s*ha. Se deberá multiplicar este valor por las áreas aferentes al sistema dealcantarillado, mediante los cálculos realizados se obtuvo como valor de áreas aferentes 3.2 Ha. • Caudal por conexiones erradas (QCE) Deberá ser determinado mediante datos históricos del lugar de estudio o en su defecto tomar como valor de caudal por conexiones erradas QCE = 0.1 L/ s*ha. Se deberá multiplicar este valor por las áreas aferentes al sistema de alcantarillado, mediante los cálculos realizados se obtuvo como valor de áreas aferentes 3.2 Ha. • Caudal de diseño (QDT) Sera determinado mediante la ecuación presentada, el resultado de este deberá ser un caudal no menor a 1.5 L/s, en caso de obtener un valor inferior al mencionado se deberá tomar como QDT el valor 1.5 L/s. 45 𝑄𝐷𝑇 = 𝑄𝑀𝐻 + 𝑄𝐼𝑁 + 𝑄𝐶𝐸 Tabla 3. Proyección de la población del municipio AÑO 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2047 Pf (Hab) 6593 6679 6767 6856 6946 7037 7129 7222 7317 7413 7510 7608 7708 7733 Fuente. Autora Tabla 4. Caudal de diseño DESCRIPCIÓN Coeficiente de retorno (CR) Población proyectada (P) Dotación Neta (Dneta) Caudal comercial (Qc) Caudal institucional (Qi) Caudal de infiltración (Qin) Caudal conexiones erradas (Qce) Caudal aguas residuales domesticas (Qd) Caudal medio diario (QMD) Factor de mayoración (F) Caudal máximo horario (QMH) Caudal de diseño (Qdt) VALOR 0,85 7893,00 120,00 0,16 0,60 0,32 0,32 9,32 10,40 3,12 32,41 33,05 UNIDAD L/hab*día L/s L/s L/s L/s L/s L/s L/s L/s Fuente. Autora 46 Ilustración 11. Esquema de funcionamiento de la PTAR Afluente Canal de Rejillas Desarenador entrada Reactor UASB Filtro anaerobio Sedimentador Tratamiento preliminar Tratamiento secundario Fuente. Autora 9.3 Canal de entrada El canal de acceso o, de entrada, es la estructura en la cual descarga la tubería delcolector de conducción en la planta. Se propone un canal a cielo abierto y con sección rectangular. La longitud del canal de acceso no necesariamente habrá de ser calculada, pero habrá de ser suficiente para dar cabida a la basura que se aglomere en las rejillas. Inicialmente se inicia el cálculo de la altura de la lámina de agua en el canal de Entrada empleando la ecuación de Manning. 1 𝑅 2/3 ∗ 𝑠 2 ∗ 𝐴 𝑄= 𝑛 Donde Q= Caudal de diseño, en m3/sR= Radio hidráulico, en m S= Pendiente del fondo del canal, en m/m n= Coeficiente de rugosidad A= Área del canal, en m2 47 Tabla 5.Canal rectangular DESCRIPCIÓN Caudal Caudal Manning Pendiente Área Ancho del canal (b) Altura lámina de agua (m) Borde libre Perímetro mojado Radio hidráulico VALOR 33,045 0,033 0,0014 0,001 0,18 0,6 0,3 0,15 1,2 0,15 UNIDAD l/s m3/s % m2 m m m m m Fuente. Autora 9.4 Pretratamiento 9.4.1 Diseño de estructura de cribado Deben ubicarse aguas arriba del sistema para que este obstruya el paso de solidos degran tamaño que puedan afectar el funcionamiento del sistema. Las rejillas diseñadas para la planta son de limpieza manual Tabla 6. Parámetro de rejillas Características De limpieza manual De limpieza mecánica Ancho de las barras Profundidad de las 0,5 – 1,5 cm 2,5 -7,5 cm 0,5 – 1,5 cm 2,5 -7,5 cm barras Abertura o 2,5 – 5 cm 1,5 – 7,5 cm 30º - 45º 0º -30º 0,3 – 0,6 m/s 0,6 – 1 m/s 15 cm 15 cm espaciamiento Pendiente con la vertical Velocidad de acercamiento Perdida de energía permisible Fuente. (ROMERO, 2002) 48 9.4.1.1 Perdidas en rejillas La pérdida de energía a través de la rejilla es función de la forma de las barras y de la altura o energía de velocidad del flujo entre las barras. Según la ecuación de Kirchner, encontrada en la norma RAS 2000 título B, la perdida de energía en una rejilla será: 4 𝑤 3 𝐻 = 𝛽 ( ) ℎ𝑣 sin 𝜃 𝑏 Donde • H: perdida de energía. (m) • β: factor de forma de las barras. • W: ancho máximo de la sección transversal de las barras, en la dirección delflujo (m). • b: espaciamiento o separación mínima entre barras (m). • hv: altura o energía de velocidad del flujo de aproximación (m). • θ: ángulo de la rejilla con la horizontal (º) 49 Ilustración 12.Diferentes formas de barrotes de rejillas Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000) Tabla 7.Coeficiente de pérdida para rejillas Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000) La forma de las barras a implementar será circulares donde el coeficiente de perdidaβ es de 1,79, ver tabla 13 Altura o energía de velocidad del flujo de aproximación hv se calculó con lasiguiente formula ℎ𝑣 = 𝑣2 2∗𝑔 Para hallar la altura H se le dio un valor de 0.4 m de longitud de la rejilla. El diámetro utilizado para el diseño es de 1” La rejilla será la encargada de retener aquellos solidos de gran tamaño como ramas o rocas que sean arrastradas por las aguas residuales; también será determinante para impedir el paso de elementos arrojados los flujos de agua como colchones, muebles, ropa, basura, etc. Este elemento deberá estar ubicado antes del aliviadero y por el canalque lo contiene serán captadas las aguas vertidas por los dos 50 puntos de evacuación de aguas residuales combinadas que actualmente tiene el municipio. Se realizaron los cálculos correspondientes para el diseño de la rejilla del sistema de tratamiento. Se asumió como rejilla gruesa con separación de 4 cm, velocidad máxima de aproximación de 0.3 m/s, caudal de diseño 0.033 m3/s, ángulo de inclinación de las barras de 45° Tabla 8. Resultados obtenidos para el diseño de rejilla de 1" Descripción Símbolo Valor Unidad Altura rejilla h 0.5 m Base rejilla b 0.5 m 13 vanos Cantidad de vanos Cantidad de varillas bm 7 und Perdida de Carga H 0.004 m Altura flujo de aproximación hv 0.005 m Longitud varillas L 0.6 m Fuente. Autora La rejilla obtenida es de dimensiones 0.5 m de base y 0.5 m de alto; debido a la inclinaciónde 45° a la cual será ubicada, la longitud de las varillas será de 0.6 m. Sera construida por barras de acero unidas entre si mediante soldadura. El canal de la rodea deberá estarconstruido en concreto reforzado y cuyo espesor de muros y placas no deberá ser menor a 0.15m. La rejilla será anclada a los muros del canal. 51 9.4.2 Desarenador El desarenador para la planta de tratamiento de agua residual de Vélez Santander es de flujo horizontal. La expresión de velocidad de sedimentación desarrollada por HANZEN Y STOKES tiene la siguiente forma. 𝑉𝑺 = 𝑔 𝜌𝑠 − 𝜌 ∗ ∗ ∅2 18 𝜇 Donde Vs: velocidad de sedimentación (cm/s). g: gravedad (981 cm/s). ρs: peso específico de la partícula. ρ: peso específico del agua. µ: viscosidad cinemática. Ø: diámetro de la partícula (cm). 9.4.2.1 Consideraciones de diseño Vo = velocidad vertical, partícula critica. Vs = velocidad de sedimentación, cualquier partícula. Vh = velocidad horizontal, partícula critica. • Se remueven todas las partículas con velocidades: Vs > Vo. • Si Vs< Vo solo se removerán si entran a un h menor. 52 Tabla 9. Especificaciones del material PESO ESPECIFICO DEL MATERIAL ARENA 2,65 GRAVA 2,65 Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO,2000) • Relación larga/ ancho: 3/1 o 5/1. • Profundidades mínimas 1.5 m y máxima 4.5 m. • La zona de lodos debe tener una relación larga/profundidad de 10/11 y pendientesde 5% a 8%. • Tiempo de retención hidráulico entre 30 min y 4h. • Carga hidráulica entre 15 y 80 m3/m2/d. ✓ Eficiencia del desarenador depende de los deflectores: ✓ n: 1, sin deflectores o deficientes. ✓ n: 2, regulares. ✓ n: 3, buenos. ✓ n: 4 a 8 muy buenos ✓ Recomendaciones de operación: ✓ Vh < 20vs ✓ 9<vh/vo<15 ✓ Vh <vr Tiempo de sedimentación se calculo con la siguiente fórmula 𝑡= 𝐻 𝑣𝑠 53 t: tiempo de remoción de la partícula. H: profundidad útil de sedimentación Tiempo de retención hidráulico, tiempo en que se demora en entrar y salir lapartícula: θh = Nh * t 30 minutos < θ < 240 minutos Tabla 10. Número de Hazen Condicion es n=1 n=3 n=4 87,5 0 7,00 2,75 2,37 80,0 0 4,00 NÚMERO DE HAZEN % de Remoción 75,0 70,0 00 0 3,00 2,30 1,66 1,52 65,0 0 1,80 60,0 0 1,50 55,0 0 1,30 50,0 0 1,00 0,76 0,73 Fuente. (ROMERO, 2006) El Volumen del desarenador se calculó con la siguiente formula V = Q diseño ∗ θh Área superficial se determina de la siguiente forma 𝐴𝑠 = 𝑉 𝐻 As = L ∗ B 𝐵= 𝐴𝑆 𝐿 Carga hidráulica superficial del tanque se calculó con la siguiente formula 𝐶𝑠 = ∅0 2 = 𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝐴𝑠 𝑔 𝜌𝑠 − 𝜌 ∗ 18 𝜇 54 Velocidad horizontal se determina de la siguiente forma 𝑉ℎ = 𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝐵∗𝐻 𝑉ℎ𝑚á𝑥 > 𝑉ℎ Velocidad horizontal máxima 𝑉ℎ𝑚á𝑥 = 20 ∗ 𝑣𝑠 Velocidad de resuspensión de las partículas removidas 𝑉𝑟 = √ 8∗𝑘 ∗ 𝑔 ∗ (𝜌𝑠 − 𝜌) ∗ ∅ 𝑓 𝑉ℎ < 𝑉𝑟 • k: factor de forma. (0.05) (0.04-0.05) • f: coeficiente de fricción. (0.03) Tabla 11 Cálculo del desarenador DESCRIPCIÓN Caudal de diseño Remoción de partículas de arena Borde libre Profundidad útil de sedimentación Profundidad útil de sedimentación Porcentaje de remoción Temperatura del agua µ Grado del desarenador Relación Longitud: Ancho Densidad relativa de las partículas Densidad relativa del agua Velocidad de sedimentación VALOR 0,033 0,005 0,3 UNIDAD m3/s cm m 2 m 200 cm 80 20 0,010 1 4a1 % °C cm2/s - 2,65 - 1 0,224 cm/s 55 Tiempo de remoción de la partícula θh θh Volumen Área superficial Ancho Largo Caudal de diseño Carga hidráulica superficial Vo Øo Velocidad horizontal Vh más Factor de forma Coeficiente de fricción Velocidad de resuspención H 891,410 s 59,427 min 3565,638 s 117,827 m3 58,914 m2 3,838 m 15,351 m 2855,100 m3/día 48,462 m3/m2/día 0,053 cm/s 0,05 mm 0,431 cm/s 4,487 cm/s 0,05 0,03 1,039 cm/s 2 m Cumple Cumple Fuente. Autora 9.5 Tratamiento secundario 9.5.1 Reactor UASB Denominado UASB (Upflow Anaerobic Sluge Blanket) por sus siglas en inglés o en español RAFA (Reactor Anaeróbico De Flujo Ascendente), proveniente del agua residual doméstica, proveniente de un tratamiento preliminar de rejillas, desarenado y trampa de gasas deberá entraral reactor por el fondo y fluir hacia la parte superior, manteniendo en pulsación el manto de lodos granular. Es necesario garantizar un sistema adecuadamente diseñado al reactor para una velocidad ascendente uniforme entre 0,8 y 1,0 m/h. La profundidad del tanque debe estar entre 4,5 m y 6 m. En la parte superior del tanque, cubriendo la superficie, debe disponerse una estructura de recolección de gas y separación de sólidos (SGSL), con el fin de que sean retornados al interior del reactor. Este elemento tiene como función el espesamiento de los lodos mediante procesos anaeróbicos, en este 56 elemento las aguas residuales son captadas y transformadas por medio de microorganismos presentes en el fluido. Durante este proceso las aguas generan biogás, nuevos microorganismos y en particular materias orgánicas degradadas(Pulido 2017). Tabla 12.Velocidades de flujo ascendente para el diseño de reactores UASB Caudal Influyente Velocidad Ascendente (m/h) 0,5 – 0,7 Caudal medio Caudal máximo 0,9 – 1,1 Caudal pico temporal (Caudales <1,5 pico entre 2 y 4 horas) Fuente. (Ministerio de vivienda, ciudad y territorio, 2017) Tabla 13. Tiempo de retención hidráulica para reactores UASB Temperatura del agua residual (°C) Tiempo de retención hidráulica (horas) 16 a 19 10 – 14 20 a 26 6–9 >26 >6 Fuente (Ministerio de vivienda, ciudad y territorio, 2017) Se deben considerar los rangos para la carga orgánica y el área de influencia de distribución de acuerdo con el lodo formado, se deberá consultar la Tabla 33 de la Resolución 0330 de 2017. Se determinará el área superficial del elemento de acuerdo con la siguiente ecuación: 𝐴= 𝑉 ℎ La longitud del elemento será la raíz cuadrada del área superficial hallada. El volumen se calculará multiplicando las dimensiones de ancho, largo y alto del elemento. La velocidadascendente se calculará mediante la siguiente ecuación: 𝑣𝑎 = 𝑄 ℎ = 𝐴 𝑇𝑅𝐻 57 El diseño del GLS (Gas Líquido Solido) ubicado en la parte alta del reactor y cuya funciónconsiste en la captación de los gases producto de los procesos en el tanque, se calculará mediante el siguiente procedimiento: Área basal (Aa): 𝐴𝑎 = 𝑄 𝑣𝑎 𝐺𝐿𝑆 Donde: vaGLS: velocidad ascendente en el GLS en m/h. El área del GLS (AGLS) será la resta del área de reactor y el área de apertura, mediantela ecuación que se indica a continuación: 𝐴𝐺𝐿𝑆 = 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 − 𝐴𝑎𝑝𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 Tabla 14. Resultados obtenidos para el diseño de reactor UASB DESCRIPCIÓN Caudal de diseño Sólidos suspendidos totales Tiempo de retención hidráulica Altura del reactor Volumen carga orgánica Área superficial horizontal Velocidad ascendente Longitud (D) Volumen recalculado Velocidad ascendente Tiempo de retención hidráulica VALOR 33,045 457,15 UNIDAD l/s mg/l 6 h 4,5 713,78 158,62 0,5 7 173,180 0,75 m m3 m2 m/h m m3 m/h 6 h Fuente. Autora 58 Tabla 15. Resultados obtenidos para el diseño del GLS DESCRIPCIÓN Velocidad ascendente Área basal Área Gas-Líquido-Sólido Número de separadores Ancho efectivo separadores Área de cada separador Altura por ocupar por el GLS Altura GLS Ángulo paredes separador VALOR 2 59,481 99,135 5 1,22 13,37 0,3 1,34 60 UNIDAD m/h m2 m2 und m m2 % m ° Fuente. Autora El reactor UASB será de forma cónica, las dimensiones obtenidas son una altura de 4.5 m y un diámetro de 7.0 m. Este elemento será construido después del desarenador y por medio de un canal en su parte superior verterá el agua tratada al siguiente proceso que es el sedimentador. Este elemento será construido en concretoreforzado, el espesor de los muros no podrá ser inferior a 0.20 m. El fondo del elemento tendrá inclinaciones que permitirá la decantación del exceso de lodos y mediante una tubería de succión será retirado este compuesto El elemento GLS se construirá en la parte superior del UASB y este será el encargado de controlar la emisión de biogás por medio de una tubería que no deberá ser inferior a 4”. Este elemento cubrirá en su totalidad al reactor, se deberá construir una cubierta metálica con cerchas reforzadas debido a la dimensión del elemento que tiene un diámetro de 7.0 m 59 9.5.2 Sedimentador secundario Tabla 16.Parámetros de diseño de sedimentadores secundarios Fuente (ROMERO, 2002) Se deberán considerar entre otros: • Para sedimentadores sin barrelodos, se recomiendan pendientes entre 45° y 65° en los fondos, se emplean para caudales de hasta 6 l/s. • En caudales superiores a 6 l/s se requerirán barrelodos con pendiente entre 5 a 10% para sedimentadores circulares y 1% para rectangulares. • Se deberá diseñar el tanque para el caudal máximo horario. Para tanques rectangulares su longitud-ancho deberá estar entre 1,5:1 y 15:1, en tanques circulares se recomienda un diámetro entre 3 y 45 cm con profundidad entre 2,5 y4 m. • Se deben tomar las mayores áreas calculadas considerando, que para caudal medio se utilizara entre 16 a 28 m3/m2día, y para caudal pico entre 40 y 64 m3/m2día. • El td deberá estar entre 2 y 3,5 horas. 60 • Para caudales de más de 250 l/s se deberán considerar construir más de dos sedimentadores. Se realizará el diseño siguiente los parámetros determinados en la normatividad vigentey mediante las ecuaciones propuestas. 𝑄𝑝𝑠 = (𝑅𝑄𝑝 + 𝑟) ∗ 𝑄 𝐴𝑝𝑠 = 𝐹𝑝 = 𝑄 𝐶𝑠 𝑆𝑆𝑉 ∗ 𝑄𝑝𝑠 𝐶𝑝𝑠 𝐴𝑐𝑠 = 𝐹𝑝 𝐶𝑝𝑠 Donde Qps: caudal pico afluente sedimentador secundario. RQp: relación caudal pico / promedio. r: recirculación. Aps: área para sedimentador caudal pico. CS: carga superficial Fp: flujo pico de sólidos. Acs: area requerida para la carga de sólidos. Cps: carga pico de sólidos. Las dimensiones del elemento serán calculadas de acuerdo con el área (Aps) obtenida. 61 Tabla 17.Características del sedimentador secundario Descripción Valor Unidad 0,033 m3/s 2855,1 m3/d Recirculación 0,20 20% SSLM 3500,00 mg / L Carga superficial 64,00 m/d Carga superficial promedio 20,00 m/d Carga pico de solidos 200,00 kg / d m2 Profundidad 4,00 M Carga máxima de rebose sobre vertedero Relación caudal pico / promedio 4,30 Caudal de diseño L / sm 0,60 - 4580 m3/d 72 m2 Flujo pico de solidos 16031 kg / d Área requerida para carga de solidos Longitud del sedimentador 80 10 M Ancho sedimentador 7 M Volumen de agua del sedimentador 286 m3 Carga de rebose sobre vertedero 1,5 L / sm Tiempo de retención 1,2 H Caudal pico afluente sedimentador secundario Área para sedimentador caudal pico m2 Fuente. Autora 62 10 Conclusiones ❖ Con el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales se pretende minimizar los índices de contaminación ambiental y la carga contaminante de las quebradas del municipio de Nuevo Colón, también, mejorar el saneamiento básico de la región y la calidad de vida de los habitantes disminuyendo lasenfermedades presentadas por las aguas no tratadas y así contribuir al mejoramiento de los recursos hídricos del país. ❖ Se puede concluir que el diseño de la planta de tratamiento de agua residual parael municipio de Nuevo Colón se centra en el cálculo hidráulico y de comportamiento biológico por lo tanto no se enfoca en un diseño estructural ya queesta no está determinada por elementos unitarios de grandes dimensiones, para suconstrucción se puede utilizar diferentes materiales presentes en el mercado. ❖ Los reactores del tipo UASB presentan una serie de ventajas sobre los sistemas aerobios convencionales, la inversión principalmente es menor (costos de implantación y manutención), producción pequeña de lodos excedentes, consumo pequeño de energía eléctrica y simplicidad del funcionamiento. Ellos son económicos energéticamente y ecológicamente. ❖ Un sistema de manejo de aguas residuales por su naturaleza propia siempre va apresentar algún tipo de olor, pero con la adecuada operación y las labores de mantenimiento continuo, además de la implementación de cerca viva, se pueden mitigar considerablemente. ❖ El manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento, resulta una herramienta de consulta fácil para el operador ya que permitirá tener las bases necesarias para controlar los tiempos de mantenimientos y operación de cada elemento de la PTAR. 63 ❖ Con la implementación correcta del manual de operación se garantizará un buen funcionamiento de cada una de las estructuras que conforman la PTAR por lo tantose sugiere un programa de capacitación para reforzar, ampliar y actualizar los conocimientos adquiridos por parte del operario de la planta. ❖ El diseño de la planta debe respetarse para el periodo en el cual se diseñó, debidoa que los caudales se encuentran estimados en base a la dotación por habitante, por lo que después del año 2046, habría que realizar una valoración de la planta para comprobar si aún los parámetros con los que se diseñó cumplen, teniendo encuenta el crecimiento poblacional del municipio. ❖ Una vez entre en operación la planta será importante la implementación de nuevastecnologías dentro para que se tengan una menor utilización del agua, así como deque eviten la descarga de contaminantes difíciles de detectar y remover en la PTAR,llegando reducir la eficiencia de esta. 64 BIBLIOGRAFÍA Alcaldía de Nuevo Colón. (2021). Obtenido de http://www.nuevocolon-boyaca.gov.co/municipio/nuestromunicipio Congreso de la república de Colombia. (1991). Constitución Política de Colombia. Bogotá D.C. Congreso de la república de Colombia. (22 de Diciembre de 1993). Obtenido de https://www.habitatbogota.gov.co/transparencia/normatividad/normatividad/ley-991993#:~:text=Descripci%C3%B3n%3A,y%20se%20dictan%20otras%20disposiciones. Corpochivor. (1999). Esquema de ordenamiento territorial municipio de Nuevo Colón. DANE. (2021). DANE. Información para todos. Obtenido de https://www.dane.gov.co/index.php/en/procedures-and-services/311-demograficas/censo-2018 Decreto 2811 del 18 de Diciembre de 1974. (18 de Diciembre de 1974). Bogotá D.C, Colombia. dolar/web. (17 de 08 de 2020). Obtenido de https://dolar.wilkinsonpc.com.co/ emserchía. Empresa de servicios públicos de Chía. (s.f.). Obtenido de http://www.emserchia.gov.co/PDF/glosario Fibras y Normas de Colombia S.A.S. (s.f). Blog Fibras y normas de colombia. Obtenido de https://blog.fibrasynormasdecolombia.com/etapas-del-proceso-tratamiento-aguas-residuales/ Laura F.Zarza. (s.f.). Obtenido de iagua: iagua.es/respuestas/que-son-aguas-residuales Ministeria de Energía Nacional. (11 de Julio de 1994). Obtenido de https://www.minenergia.gov.co/documents/10180/670382/LEY142DE1994.pdf/68f0c21d-fd784242-b812-a6ce94730bf1 Ministerio de ambiente y desarrollo económico. (11 de Junio de 1997). Obtenido de https://www.minambiente.gov.co/images/normativa/leyes/1997/ley_0373_1997.pdf Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. (2017). Resolución número 0330 de 2017. Bogotá D.C. Ministerio de desarrollo económico. (17 de Noviembre de 2000). Obtenido de https://www.minvivienda.gov.co/sites/default/files/documentos/010710_ras_titulo_a_.pdf Ministerio de salud y protección social. (16 de Julio de 1979). Obtenido de https://www.minsalud.gov.co/Normatividad_Nuevo/LEY%200009%20DE%201979.pdf Ministerio de vivienda, ciudad y territorio. (08 de Junio de 2017). Resolución número 0330. Colombia. Ministerio del medio ambiente y desarrollo económico. (15 de Julio de 2002). Obtenido de https://colaboracion.dnp.gov.co/CDT/Conpes/Econ%C3%B3micos/3177.pdf Subdirección de salud ambiental. (9 de Julio de 2015). ABECÉ del agua y saneamiento básico. Obtenido de https://www.minsalud.gov.co/sites/rid/Lists/BibliotecaDigital/RIDE/VS/PP/SA/abc-agua.pdf 65 ANEXO A. MANUAL DE OPERACIÓN, MANTENIMIENTO Y CONTROL DE LA PTAR Una planta de tratamiento de aguas residuales solo puede cumplir su objetivo si seopera en forma apropiada y se efectúa un mantenimiento periódico por medio de personal calificado. El objetivo de este manual es garantizar el buen funcionamientoy los parámetros de vida útil. El manual de operación, mantenimiento y control del sistema de tratamiento de aguas residuales en la población urbana del municipio de Nuevo Colón, Boyacá, en el cual se muestranlos procedimientos esenciales para operar y mantener las unidades de tratamiento de aguas residuales; como documento técnico y como guía para la capacitación en operación y mantenimiento de plantas de tratamiento. Unidades del sistema de tratamiento El proceso de tratamiento adoptado es desde pre tratamiento, tratamiento primario y tratamiento secundario; las unidades compuestas se mencionan a continuación: • Canal de captación • Estructura de cribado • Desarenador • Reactor UASB • Sedimentador secundario El siguiente manual es una guía para el operario encargado de la planta detratamiento de agua residual. 66 1. Personal Debe emplearse personal cuyo estado de salud previo al establecimiento de la relación laboral haya sido dictaminado por un médico autorizado. Elementos de protección persona, está compuesto por • Gorra • Mascarilla • Guantes • Uniforme completo • Botas de hule EQUIPO DE TRABAJO Y SEGURIDAD En una planta de tratamiento el equipo de trabajo se reduce a herramientasnecesarias para mantenimiento. Es aconsejable que la planta cuente con el mínimode herramientas de trabajo descritas en la tabla. 67 Para el resguardo y mantenimiento adecuado del equipo de trabajo es necesario disponer de un almacén. Para tal efecto, se deberá adecuar una instalación para dicho fin. Una vez concluidas las actividades diarias elpersonal de operación deberá limpiar y guardar cuidadosamente el equipo usado. El almacén permanecerá cerrado y con llave para asegurar las herramientas y equipos de medición propios de la planta. La responsabilidad del cuidado será del operador de turno. Seguridad Los riesgos a los que está expuesto un empleado en instalaciones de este tipo sonprincipalmente las lesiones físicas e infecciones. En lugares apropiados, se deben colocar letreros grandes a la vista de los operadores con los signos de advertencia y señales de peligro para tener en cuenta. Colocar barandas en los lugares de peligro (pasarelas, canaletas) para evitar posibles caídas. • Uso adecuado de herramientas: Para evitar accidentes de trabajo o el deterioroo pérdida de las mismas. • Peligros de la electricidad: Este es un factor de riesgo si no se toman lasprecauciones debidas. 68 • Prevención y control de incendios: Dada la práctica común de quemar lasbasuras y desechos. • Señalización: Como una medida de seguridad, se recomienda emplear señales en las plantas de tratamiento. 2. CANAL Para la operación de los canales que formen parte de las estructuras de captación,deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: Operación Para la operación de los canales que formen parte de las estructuras de captación,deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: Para el nivel medio alto de complejidad, debe hacerse una medición semanal de caudales y niveles en los canales, con el fin de establecer la pendiente de la línea de gradiente hidráulico y verificar si están ocurriendo cambios en la rugosidad del canal o en el área mojada, debidos a problemas de sedimentación o erosión. Mantenimiento Para los niveles medio altos y alto de complejidad, las labores de mantenimiento siempre deben ser preventivas. El lavado y la limpieza de los canales deben hacersesemestralmente como se muestra a continuación. 69 70 3. Rejilla Operación ✓ Las rejillas manuales tienen que ser limpiadas dos veces por día, por la mañanay por la tarde. Si esto no se realiza se puede provocar un reflujo. ✓ En periodos de lluvias la limpieza de la planta de tratamiento debería de repetirsecada hora. ✓ Es de mucha importancia de que cada persona que realiza la limpieza debe usarguantes de protección de hule, para retirar los objetos retenidos en la rejilla evitando el riesgo de infección. Mantenimiento ✓ Para el buen mantenimiento de las rejillas se debe limpiar todos los días con agua a presión. ✓ Para evitar los malos olores producido por el resto de material secado de la rejillaaplicar oxido de calcio hidratado (cal). 4. Desarenador Operación ✓ Para el nivel medio alto de complejidad, debe verificarse la eficiencia de los desarenadores y la capacidad de remoción de sedimento arenoso retenido por éstos, al menos una vez por mes. Mantenimiento Al desarenador se le debe hacer limpieza dos veces por semana. Aunque esto puede variar dependiendo de la calidad del agua y del estado del tiempo eso lo debeevaluar el operador. 71 Cuando se va a hacer mantenimiento a un desarenador se colocan las compuertas de entrada y salida, para sacarlo de servicio, y se abren o quitan para colocarlo en funcionamiento El desarenador se deja escurriendo aproximadamente dos horas para poder sacar los sólidos con menos contenido de agua. Con pala se saca el material y se deposita en recipientes plásticos perforados para dejarlo escurrir hasta el día siguiente. Cuando se termina la jornada estos recipientes deben cubrirse con un plástico para evitar que se saturen de agua en caso de lluvia. Como la unidad ya está vacía, se lavan paredes y piso con cepillo. Los recipientesplásticos, palas y otros elementos utilizados también se lavan, dejando todo limpio. ✓ Cuando el desarenador no esté en función debe quedar limpio de sedimentos y de aguas estancadas. ✓ Se necesita la inspección diaria de la cámara desarenadora, para verificar la cantidad de arena decantada. 6. Sedimentador secundario Operación y mantenimiento Para evitar la formación de lodos flotantes se recomienda seguir estosprocedimientos: ✓ Aumentar el retorno al aireador para disminuir el tiempo de permanencia de los lodos en el clarificador. ✓ Disminuir la entrada de flujo al clarificador con problemas de lodos en el fondo. ✓ Disminuir la edad de lodos del sistema. En caso de presentarse una emergencia se recomiendan dosificaciones de cloro operóxido de hidrogeno. 72 Para una correcta operación debe evitarse lo siguiente: ✓ Insuficiencia del retorno ✓ Cortocircuito La operación y el mantenimiento del sedimentador secundario puede facilitarse conla siguiente evaluación de procesos. 1 2 3 4 5 6 7 8 Indicado r AGUA DEL SEDIMENTADOR Presencia de burbujas Presencia de lodo flotando Presencia de natas ¿Hay diferencia de color y transparencia entre el influente y el efluente ? MECANISMO ¿Gira bien el sistema de rastras? CALIDAD DE LOS LODOS ¿Cuál es el color del lodo en el sedimentador? ¿El lodo producido huele a "tierra mojada"? ¿Sedimenta el lodo rápidamente? Verificación Si ( Si ( Si ( Si ( ) ) ) ) No ( ) No ( ) No ( ) No ( ) Si ( ) No ( ) indique el color Si ( ) No ( ) Si ( ) No ( ) Diagnostico ✓ Un lodo sano debe tener un color café, con apariencia granular, con olor a tierramojada y sedimentación rápida. ✓ El sedimentador secundario opera mal, Si la respuesta 5) es negativa o bien, si1, 2 y 3 son afirmativas, Si la respuesta 6 es café obscuro o negro. 73 ✓ Si sólo 2 de los indicadores 1, 2 y 3 fueron afirmativos el sedimentador secundario opera de una forma regular. Si 3 indicadores anteriores, fueron negativos y las respuestas 7 y 8 son positivos; el sedimentador secundario operabien. ✓ Si la respuesta 4 es negativa el sistema funciona mal independientemente de todos los demás indicadores. 7. Mantenimiento de tuberías Las tuberías deben mantenerse limpias completamente sin obstrucciones o Acumulaciones de cualquier naturaleza. Para su limpieza se debe: ✓ Remover con una varilla la suciedad que se encuentre adherida a éstas. ✓ Agregar agua a presión hasta que la tubería esté limpia. 74
