bocana como proceso aerobico

Seminario Internacional sobre Mtodos Naturales para el Tratamiento de Aguas Residuales

Universidad del Valle/Instituto Cinara P. Beltrn 59

BOCANA ESTABILIZADA DE MAREA COMO PROCESO AERBICO DE AUTODEPURACIN EN LA CIENAGA DE LA VIRGEN

Beltrn, P.*

*La Bocana Anillo Vial Km.-1. Cartagena Colombia. e-mail: [email protected].

RESUMEN La Bocana de Marea Estabilizada es una conexin artificial permanente entre el mar y la Cienaga de la Virgen de la ciudad de Cartagena, que garantiza el flujo y reflujo de las corrientes de marea; permitiendo el intercambio continuo de las aguas. Su principio de operacin se basa en la oxidacin de la materia orgnica proveniente de las aguas residuales de la ciudad a travs de procesos biolgicos aerobios; logrando as, autodepurar el medio acutico por la asimilacin de los nutrientes. A su vez, el aporte de 30 m3/s de agua marina influye en las caractersticas fisicoqumicas del agua de la Cienaga, permitiendo que se estabilice la salinidad alrededor de las concentraciones del agua de mar (35 mg/l), propiciando as un medio no apto para la no permanencia y desarrollo de Coliformes en este cuerpo de agua. Esta obra fue diseada por la firma holandesa Haskoning, utilizando un Modelo Matemtico llamado MIKE 21; y elaborada por Boskalis Internacional. PALABRAS CLAVES Aerobio, bocana, nutrientes, oxidacin, reflujo, residual. INTRODUCCION Desde hace muchos aos La Cienaga de la Virgen es cuerpo receptor del alcantarillado pblico en la ciudad. Se vierten aproximadamente 114.000 m3/da sin ningn tratamiento previo; provocando tanto impactos fsico-qumicos como biolgicos en el ecosistema. Adems, la construccin del Anillo Vial (carretera que comunica las ciudades de Cartagena y Barranquilla) cerro las bocas naturales entre la Cienaga y el Mar, impidiendo el intercambio de aguas de manera natural.

Esto conllevo a un sin numero de episodios negativos para el ecosistema (eutroficacin, muerte de peces, hipersalinidad, y problemas de salud a las personas que habitan alrededor de la Cienaga). Tomando en cuenta la influencia que ejercen las mareas sobre las lagunas costeras, se disea LA BOCANA, como una solucin para recuperar la Cienaga de la Virgen. Al subir la marea, el agua de mar entra a la Cienaga a travs de 6 compuertas; esta es direccionada por una pantalla metlica hasta la zona donde se encuentran las descargas de aguas negras, realizando un intercambio dinmico de aguas, entre el mar y la Cienaga; luego, al bajar la marea el agua de la Cienaga sale al mar a travs de 4 compuertas. Segn el modelo matemtico MIKE 21, aplicado por la firma HASKONING, El tiempo de residencia del agua es de 7 das. Por lo tanto, el diseo tiene las siguientes especificaciones tcnicas para garantizar que el ecosistema compense el desequilibrio producido por estas descargas. (Figura 1 y Tablas 1-2).

Tabla 1. Datos Tcnicos

Caudal de entrada al canal: 30 m3/s

Velocidad en la Cienaga: 0.05 - 0.10 m/s

Volumen de Agua diario intercambiado: 2.5 millones m3

Velocidad Mxima en esclusas: 2.5 m/s

Velocidad en el Canal: 0 1 m/s

Tiempo de residencia del agua de mar: 7 das



Tabla 2. Metas del Proyecto Parmetro Valor Coliformes Totales < 5.000 NMP/100ml DBO5 < 6 mg/l Clorofila- a < 100 ug/l Oxgeno Disuelto > 4 mg/l (poca oscilacin) Fsforo Total < 0.3 mg/l Amonio < 2 mg/l

Figura 1. Vista area de la Bocana El oxgeno es fundamental en los ciclos biogeoqumicos del Carbono, Fsforo y Nitrgeno; y por el escaso oxgeno disponible no se realizaban completamente estos procesos, resultado del poco intercambio de agua entre la Cienaga y el Mar. Al operar la BOCANA, esto permite que los compuestos slidos orgnicos queden finalmente reducidos a sales inorgnicas estables como son los nitratos, sulfatos, fosfatos, etc, y posteriormente sean asimilados por el medio. METODOS Para estudiar el comportamiento de los cuerpos de agua antes y despus de la operacin de la Bocana se monitorearon 21 estaciones (9 Cienaga de la Virgen 6 Sistema de Caos y lagos 6 Mar). Se realizaron anlisis fisicoqumicos y microbiolgicos, los cuales se evaluaron en el Periodo: Ene / 2000 Ene/ 2002. Microbiolgicos: Coliformes Totales y Fecales por el mtodo de Nmero Mas Probable NMP/100 ml. Fisicoqumicos: In Situ: Oxgeno Disuelto, pH, Temperatura, Conductividad y Salinidad. Se determinan con el equipo Multiline P-4. WTW y sus electrodos tipo Clark para oxigeno disuelto, potencimetro de pH y Temperatura , y electrodo de conductividad y salinidad. Laboratorio: Amonio: Medicin espectrofotometrica UV.VIS Dr. Lange LCK 304 - Cubeta Test. Los iones de amonio reaccionan, a un pH de 12.6, con iones hipoclorito e iones salicilato, en presencia de nitroprusiato sdico como catalizador, formando azul de indofenol. Nitrgeno Total: Medicin espectrofotometrica UV. VIS Dr. Lange LCK 138 Cubeta Test. El Nitrgeno ligado inorgnica y orgnicamente se oxida a nitrato mediante disgregacin con peroxidisulfato. Los iones nitrato reaccionan en una solucin de cido sulfrico y fosfrico con 2,6-dimetilfenol formando un nitrofenol. Fsforo Total: Medicin espectrofotometrica UV.VIS Dr. Lange LCK 349 - Cubeta Test. Los iones fosfato reaccionan en solucin cida con iones molibdato y antimonio formando un complejo antimonilfosfomolibdato que, mediante cido ascrbico, se reduce a azul de fosfomolibdeno. Slidos totales en suspensin secados a 103C: Se encuentra descrito en Mtodos Normalizados para el anlisis de agua potable y residual seccin 2540D. DBO5: Medicin espectrofotometrica UV. VIS Dr. Lange LCK 555 Cubeta Test. Determinacin de la demanda bioqumica de oxgeno en 5 das con inhibicin adicional de la nitrificacin mediante

1

2

3

4

5

6

Partes de la Bocana 1. Espolones y Drsena 2. Box Culvert 3. Canal de la Bocana 4. Compuertas 5. Pantalla Direccional 6. Centro de Informacin y Mantenimiento



5 mg/l de aliltiourea. La determinacin de oxgeno disuelto tiene lugar en una solucin alcalina con un derivado de pirocatequina en presencia de Fe2+, condiciones bajo las que forma un colorante rojo. Clorofila-a: Se encuentra descrito en Mtodos Normalizados para el anlisis de agua potable y residual seccin 10200 H. RESULTADOS Y DISCUSION Las metas establecidas en DBO5, Amonio, Fosfatos y Clorofila-a fueron extractadas de las normas holandesas para eutroficacin. Despus de la operacin de la Bocana es notable la disminucin de los indicadores (ver grficas). La lnea azul indica la meta del proyecto, y la lnea roja muestra el mes en que se inicio la operacin de la Bocana, Noviembre 25 de 2000. (Figura 2).

Amonio. Cienaga de la Virgen

0

2

4

6

8

10

12

Meses Monitoreados

mg/

l

P unto 5 P unto 6

Oxigeno Disuelto en la Cienaga de la Virgen - Zona Sur

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

Ago

-99

Oct

-99

Dic

-99

Feb-

00

Abr

-00

Jun-

00

Ago

-00

Oct

-00

Dic

-00

Feb-

01

Abr

-01

Jul-0

1

Ago

st-

Oct

-25-

Dic

-5-

Abr

-02

Jul-0

2

Sep-

02

MESES DE MONITOREO

Estacin 2 Estacin 4 Estacin 5 Estacin 6 Estacin 7

Figura 2. Comportamiento del Amonio y el Oxigeno Disuelto en la Cienaga de la Virgen

Las metas establecidas en los indicadores son para que no se generen procesos de eutroficacin. La dilucin producida por la operacin de la Bocana, ha permitido una mayor asimilacin por parte del medio de la biomasa algal, estabilizando el oxgeno disuelto como se observa en el grfico. Adems, aporta suficiente oxgeno a la Cienaga para realizar los procesos de oxidacin de los nutrientes, como se observa en el amonio.



Clorofila-a en la Cinaga de la Virgen - Zona Sur

0

100

200

300

400

500

600

01-N

ov-99

01-D

ic-99

01-E

ne-00

01-Fe

b-00

Mzo-0

0

01-A

br-00

01-M

ay-00

01-Ju

n-00

01-Ju

l-00

01-A

go-00

01-Se

p-00

01-O

ct-00

01-N

ov-00

01-D

ic-00

01-E

ne-01

01-Fe

b-01

Mzo-0

1

01-A

br-01

01-M

ay-01

01-Ju

l-01

Agost

-8-20

01

Agost

-27-20

01

Sept-

24-20

01

Oct-2

5-200

1

Nov-2

0-200

1

Dic-5

-2001

Periodo de MonitoreoC

loro

fila

ug/l

Punto 2 Punto 4 Punto 5 Punto 6 Punto 7

Fosfatos en la Cinaga de la Virgen

0,000,200,400,600,801,001,201,401,60

Periodo de Monitoreo

Fosf

ato

mg/

l

P unto 1 P unto 8 P unto 9 P unto 10 P unto 22

I

Figura 3. Comportamiento de la clorofila-a y los fosfatos en la Cienaga de la Virgen

Los compuestos orgnicos fosforados. Estos, son transformados por microorganismos en fosfatos solubles que rpidamente son asimilados por el fitoplancton. Ntese la disminucin en la concentracin posterior a la operacin de la Bocana.

Demanda Bioqumica de Oxgeno en la Cienaga de la Virgen

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Nov-9

9Dic

-99

Ene-0

0

Feb-0

0

Mar-0

0

Abr-0

0

May-0

0

Jun-0

0Ju

l-00

Ago-0

0

Sep-0

0

Oct-0

0

Nov-0

0Dic

-00

Ene-0

1

Feb-0

1

Mar-0

1

Abr-0

1

May-0

1Ju

l-01

Ago-8

-01

Ago-2

7-01

Sep-2

4-01

Oct-2

5-01

Nov-2

0-01

Dic-5-

01

MESES DE MONITOREO

DB

O5

mg/

l

Punto 1 Punto 8 Punto 9 Punto 10 Punto 22

I

Figura 4. Comportamiento de la DBO5 en la Cienaga de la Virgen



Figura 5. Comportamiento de los Coniformes Totales en la Cienaga de la Virgen La Demanda Bioqumica de Oxgeno, se estima que se mantenga < 6 mg/l, como se observa se ha reducido en algunas estaciones por debajo de la norma, mientras que las zonas donde hay descarga directa han disminuido pero no se mantienen por debajo de 6 mg/l. Una de las metas del proyecto es que los Coliformes Totales se mantengan < 5.000 NMP/100 ml (Decreto 1594/84) en el interior de la Cienaga de la Virgen. Este comportamiento se observa favorablemente en la zona norte. La zona sur aunque ha disminuido no ha alcanzado aun la meta por vertimientos.

Tabla 3. Coliformes Fecales

Promedio 2001

Desv. estndar

2001

Promedio 2002

Desv. estndar

2002 Estaciones

seca lluvia seca lluvia seca lluvia seca lluvia

Valor mas alto

Fecha Valor mas bajo

Fecha

cinaga* 22 34 52 4.90 44.1 21 4 13.4 0 150 jul-01 4 jul-

agos-2002

mar 30 - 50 - 22.3 21 23 12.2 0 90 dic-01 4 jun-02* Estacin ubicada a las salidas de las compuertas. Como se puede observar, despus de la operacin de la Bocana no se han presentado valores por encima de la norma para contacto primario. Decreto 1594/84. Coliformes Fecales < 200NMP/100ml.

C o lifo rm es T o ta le s

0

5 0 0 0

1 0 0 0 0

1 5 0 0 0

2 0 0 0 0

2 5 0 0 0

3 0 0 0 0

3 5 0 0 0

4 0 0 0 0

01/0

8/19

99

01/1

0/19

99

01/1

2/19

99

01/0

2/20

00

01/0

4/20

00

01/0

6/20

00

01/0

8/20

00

01/1

0/20

00

01/1

2/20

00

01/0

2/20

01

01/0

4/20

01

01/0

6/20

01

01/0

8/20

01

01/1

0/20

01

01/1

2/20

01

01/0

2/20

02

01/0

4/20

02

01/0

6/20

02

M E S E S M O N IT O R E A D O S

NM

P/10

0m

E s ta c i n 9 E s ta c i n 1 0 E s ta c i n 2 2



Salinidad. Cienaga de la Virgen

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

J-A-S-99

O-N-D-99

E-F-M-2000

A-M-J-2000

J-A-S-2000

O-N-D-2000

E-F-M-2001

A-M-J-2001

J-A-S-2001

O-N-D-2001

Meses Monitoreados

mg/

l

4 5 6 7 8 10

Figura 6. Comportamiento de la Salinidad en la Cienaga de la Virgen

Las fluctuaciones en la salinidad propias de esta laguna costera, estuvieron marcadas por la poca comunicacin entre el mar y la Cienaga. Posterior a la operacin de la Bocana se estabiliz la salinidad, eliminando esos picos hipersalinos. CONCLUSIONES Aunque la disminucin en los indicadores muestra una buena operacin del sistema, se presentan algunos inconvenientes en la poca de lluvia, puesto que el arrastre de materia orgnica por los canales de aguas lluvias de la ciudad y la erosin presente en La Popa (cerro ubicado a la orilla de la Cienaga), generan un incremento significativo en los nutrientes y coliformes de la Zona Sur. Actualmente, la Cienaga de la Virgen puede asimilar la materia orgnica proveniente del alcantarillado pblico de la ciudad con ayuda de La Bocana. Pero, hasta que no se elimine de forma parcial los vertimientos que llegan a esta, no se puede lograr una recuperacin mayor del ecosistema; razn por la cual esta proyectada la construccin de un Emisario submarino que disminuir los vertimientos en la Cienaga de la Virgen. REFERENCIAS Baez, J. (1995). Tratamiento Bsico de Aguas Residuales. Ediciones Uninorte. Barranquilla,

Colombia. Seoanez, M. (1995). Aguas Residuales Urbanas (Tratamientos Naturales de bajo Costo y

Aprovechamiento), ediciones Mundi-Prensa. Madrid, Espaa. Haskoning. (2000). Evaluacin del Monitoreo Ambiental Fase I Obra: Calidad del agua y de los

Sedimentos. Cartagena, Colombia Haskoning. (2001). Monitoreo Ambiental Fase II. Informe de Avance No. 2. Cartagena, Colombia. Haskoning. (2002). Evaluacin del Monitoreo de Calidad de Agua. Informe Final. Metcalf And Eddy. (1997). Ingeniera de Aguas Residuales Tratamiento, Vertido y Reutilizacin.

Tomo1. Editorial Mc Graw Hill. Mxico. Glynn And Gary. (1996). Ingeniera Ambiental. Edicin 2. Editorial Prentice Hall. Mxico.

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