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EVALUACIÓN DE UN HUMEDAL ARTIFICIAL COMO ALTERNATIVA PARA EL

TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DEL MACROPROYECTO CIUDAD

FLORECER, EN EL MUNICIPIO DE MOSQUERA - CUNDINAMARCA


TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DEL MACROPROYECTO CIUDAD FLORECER, EN EL MUNICIPIO DE MOSQUERA - CUNDINAMARCA

JOHN ALBERTO GONZÁLEZ PUIN

LEIDY JOHANNA ACEVEDO RODRÍGUEZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNÓLOGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2018





TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DEL MACROPROYECTO

CIUDAD FLORECER, EN EL MUNICIPIO DE MOSQUERA - CUNDINAMARCA

PROYECTO DE GRADO EN MODALIDAD DE MONOGRAFÍA

TUTOR

CESAR AUGUSTO GARCÍA UBAQUE

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNÓLOGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2018




NOTA DE ACEPTACIÓN

FIRMA DE JURADO

FIRMA DE JURADO




AGRADECIMIENTOS

A nuestras familias y a todas aquellas personas que de alguna manera

colaboraron en esta investigación. A nuestro Director Ing. Cesar García Ubaque.

A la Universidad Distrital y toda su estructura, que nos formaron como ingenieros

capaces y eficientes para salir a la vida laboral y marcar una gran diferencia.




1

RESUMEN

La preocupación por la contaminación del río Bogotá ha hecho que varias

entidades o fundaciones busquen nuevas alternativas para su tratamiento, como

solución se han elaborado varios sistemas para disminuir la concentración de

contaminantes en las aguas residuales.

Los humedales naturales por su capacidad de absorción, actúan como esponjas

que retienen el exceso de agua durante los periodos lluviosos, reservándolas para

temporadas secas, por lo que regula los efectos de las crecientes de los ríos y los

consecuentes riesgos de inundación. Así mismo, reduce la contaminación del

agua, pues las plantas lacustres propias del humedal retienen sedimentos y

metales pesados, por lo que funcionan como digestores de materia orgánica y

purificadores naturales de las aguas contaminadas; muchas veces estos

humedales se ven afectados por la sociedad donde son modificados o rellenados

causando daños a estos ecosistemas.

Los humedales artificiales compuestos por agua, plantas y microorganismos que

al integrarse contribuyen al tratamiento de las aguas residuales y reducen la

contaminación. La función principal es fijar físicamente los contaminantes en la

superficie del suelo junto con la materia orgánica, además de utilizar y transformar,

por medio de microorganismos los elementos.

Como resultado el proyecto busca tratar las aguas domesticas generadas por las

viviendas del proyecto ciudad florecer mediante un humedal artificial como

también mejorar la calidad ambiental con un mejoramiento paisajístico.




2

ABSTRACT

Concern about the contamination of the Bogota River has caused several entities

or foundations to seek new alternatives for their treatment. As a solution, several

systems have been developed to reduce the concentration of contaminants in the

wastewater.

Natural wetlands, due to their absorption capacity, act as sponges that retain

excess water during rainy periods, reserving them for dry seasons, regulating the

effects of rising rivers and consequent flood risks. It also reduces water pollution,

as the lake's own wetland plants retain sediments and heavy metals, so they

function as digesters of organic matter and natural purifiers of contaminated water;

many times these wetlands are affected by society where they are modified or

replenished causing damage to these ecosystems1.

Artificial wetlands composed of water, plants and microorganisms that, when

integrated, contribute to the treatment of wastewater and reduce pollution. The

main function is to physically fix the contaminants on the soil surface together with

the organic matter, in addition to using and transforming, through microorganism,

the elements2.

As a result, the project seeks to treat the domestic water generated by the housing

of the city project flourish through an artificial wetland as well as improve

environmental quality with a landscape improvement.




CONTENIDO

1 1INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 1

2 JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 3

3 OBJETIVOS ..................................................................................................... 5

3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................... 5

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................... 5

4 SITUACIÓN PROBLEMÁTICA ......................................................................... 6

5 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................. 7

5.1 LOCALIZACIÓN ......................................................................................... 7

5.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ............................................................. 9

5.2.1 PAISAJISMO Y EQUIPAMIENTOS ..................................................... 9

5.2.2 ESTRUCTURA ECOLÓGICA PRINCIPAL ........................................ 10

5.2.3 TOPOGRAFÍA ................................................................................... 11

5.2.4 GEOLOGÍA Y SUELOS ..................................................................... 12

5.2.5 HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA .......................................................... 13

5.3 EL AGUA .................................................................................................. 14

5.3.1 EL AGUA RESIDUAL ........................................................................ 15

5.4 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ............................................ 16

5.4.1 CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES EN AGUAS RESIDUALES ... 16

5.5 SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ................... 20

5.5.1 PRETRATAMIENTO .......................................................................... 21

5.5.2 TRATAMIENTO PRIMARIO .............................................................. 26

5.5.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO ........................................................ 29




5.5.4 LECHOS DE SECADO ...................................................................... 46

5.6 NORMATIVIDAD ...................................................................................... 47

5.6.1 PERMISOS DE VERTIMIENTO ........................................................ 49

6 PARÁMETROS DE DISEÑO ......................................................................... 54

6.1 NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA .............................................. 54

6.2 PERÍODO DE DISEÑO ............................................................................ 54

6.3 CAUDALES .............................................................................................. 55

6.3.1 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES (QMD) ........... 55

6.3.2 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS (QD) ................ 55

6.3.3 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES (QI) ............... 56

6.3.4 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES COMERCIALES (QC) .............. 57

6.3.5 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INSTITUCIONALES (QIN)........ 58

6.4 SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ................... 58

6.4.1 PRETRATAMIENTO .......................................................................... 58

6.4.2 TRATAMIENTO PRIMARIO .............................................................. 65

6.4.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO ........................................................ 69

6.4.4 LECHOS DE SECADO ...................................................................... 72

7 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ..... 74

7.1 ASIGNACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD ....................................... 74

7.2 ASIGNACIÓN DEL PERIODO DE DISEÑO ............................................. 74

7.3 CÁLCULO DEL CAUDAL MEDIO DIARIO (QMD) ..................................... 74

7.4 CANAL RECOLECTOR Y LA REJILLA .................................................... 77

7.4.1 DATOS PROPUESTOS .................................................................... 77

7.4.2 ASIGNACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO ....................... 77




7.4.3 DISEÑO ............................................................................................. 78

7.5 DESARENADOR...................................................................................... 81



7.5.3 DISEÑO ............................................................................................. 82

7.6 TANQUE SEDIMENTADOR .................................................................... 93



7.6.3 DISEÑO ............................................................................................. 95

7.7 HUMEDAL ARTIFICIAL ......................................................................... 102

7.7.1 DATOS PROPUESTOS .................................................................. 102

7.7.2 ASIGNACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO ..................... 103

7.7.3 DISEÑO ........................................................................................... 104

7.8 LECHOS DE SECADO .......................................................................... 108

7.8.1 DATOS PROPUESTOS .................................................................. 108

7.8.2 ASIGNACIÓN DE PARÁMETROS DE DISEÑO.............................. 108

7.8.3 DISEÑO ........................................................................................... 109

7.9 UBICACIÓN Y CONDUCCIÓN DE LAS AGUAS TRATADAS ............... 111

7.9.1 VERTIMIENTO AL RÍO BOGOTÁ ................................................... 111

7.10 DIAGNOSTICO Y RENDIMIENTO DEL SISTEMA ............................. 112

7.10.1 DIAGNOSTICO DEL PROCESO DE DEPURACIÓN ................... 113

7.10.2 RENDIMIENTO DEL PROCESO DE DEPURACION ................... 113

8 CONCLUSIONES ........................................................................................ 119

9 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 121




LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Total de habitantes proyectados para el Macroproyecto ............................ 9

Tabla 2 Clasificación de las aguas residuales ....................................................... 16

Tabla 3 Tipos de sedimentación ............................................................................ 27

Tabla 4 Clasificación de tanques de sedimentación .............................................. 28

Tabla 5 Especies más utilizadas ........................................................................... 45

Tabla 6 Asignación del nivel de complejidad ......................................................... 54

Tabla 7 Período de diseño según el nivel de complejidad del sistema ................. 55

Tabla 8 Coeficiente de retorno de aguas residuales domésticas .......................... 55

Tabla 9 Dotación por habitante según el nivel de complejidad del sistema .......... 56

Tabla 10 Contribución de aguas residuales - industrias pequeñas ....................... 57

Tabla 11 Características de rejillas de barras ....................................................... 59

Tabla 12 Clasificación de las rejillas ...................................................................... 60

Tabla 13 Criterios de factores de forma ................................................................ 60

Tabla 14 Geometría de los sedimentadores primarios .......................................... 66

Tabla 15 Parámetros de la pantalla difusora ......................................................... 67

Tabla 16 Estándares de diseño para sedimentadores primarios........................... 68

Tabla 17 Criterios para humedales de flujo subsuperficial .................................... 70

Tabla 18 Características típicas del medio para humedales ................................. 70

Tabla 19 Características de agua doméstica típica ............................................... 71

Tabla 20 Datos de la capa de lodo ........................................................................ 72

Tabla 21 Parámetros del lecho de secado ............................................................ 72

Tabla 22 Parámetros asignados para calcular QD ................................................. 74

Tabla 23 Parámetros asignados para calcular QI .................................................. 75

Tabla 24 Parámetros asignados para calcular QC ................................................. 75

Tabla 25 Parámetros para para calcular QIN ......................................................... 76

Tabla 26 Concentraciones Máximas Permisibles ................................................ 113

Tabla 27 Rendimiento Pretratamiento ................................................................. 114




Tabla 28 Rendimiento tratamiento primario......................................................... 116

Tabla 29 Rendimiento tratamiento secundario .................................................... 117

Tabla 30 Eficiencia total del sistema propuesto .................................................. 118




LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Localización regional ........................................................................... 7

Ilustración 2 Localización Macroproyecto ................................................................ 8

Ilustración 3 Ubicación predios Macroproyecto Mosquera ...................................... 8

Ilustración 4 Paisajismo Ciudad Florecer .............................................................. 10

Ilustración 5 Imagen predios Macroproyecto ......................................................... 11

Ilustración 6 Canal recolector con by-pass ............................................................ 22

Ilustración 7 Rejilla de limpieza manual ................................................................ 23

Ilustración 8 Desarenador ..................................................................................... 24

Ilustración 9 Vertedero sutro ................................................................................. 25

Ilustración 10 Trampa de grasas ........................................................................... 26

Ilustración 11 Sedimentador rectangular convencional ......................................... 29

Ilustración 12 Tipos de Humedales Artificiales ...................................................... 31

Ilustración 13 Plantas acuáticas comunes ............................................................ 32

Ilustración 14 Tipos de humedales para el tratamiento de aguas residuales ........ 33

Ilustración 15 Sección transversal de un sistema de flujo subsuperficial .............. 35

Ilustración 16 Esquema típico de planta emergente .............................................. 41

Ilustración 17 Typha .............................................................................................. 42

Ilustración 18 Detalle distancia entre Espadañas .................................................. 43

Ilustración 19 Scirpus ............................................................................................ 43

Ilustración 20 Phragmites ...................................................................................... 44

Ilustración 21 lecho típico de secado .................................................................... 47

Ilustración 22 Localización general de los ríos Bogotá y Balsillas ......................... 49

Ilustración 23 Variación de niveles ........................................................................ 50

Ilustración 24 Sección Típica Río Bogotá .............................................................. 51

Ilustración 25 Localización ríos Bogotá y Balsillas ................................................ 52

Ilustración 26 Río Balsillas .................................................................................... 53

Ilustración 27 Río Bogotá ...................................................................................... 53




Ilustración 28 Sección parabólica .......................................................................... 63

Ilustración 29 Detalle vertedero sutro .................................................................... 65

Ilustración 30 Sedimentador convencional ............................................................ 66

Ilustración 31 Río Balsillas ................................................................................. 112

Ilustración 32 Concentración pretratamiento ....................................................... 115

Ilustración 33 Concentración tratamiento primario .............................................. 116

Ilustración 34 Concentración tratamiento secundario .......................................... 117

Ilustración 35 Eficiencia total ............................................................................... 118




I

GLOSARIO

Agua Residual: Son aguas resultantes de diversas actividades domésticas,

industriales y comunitarias. Su importancia es tal que requiere sistemas de

canalización, tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera

graves problemas de contaminación.

Caudal a tratar: Es el volumen de agua residual por unidad de tiempo que va a

entrar en la estación depuradora (humedal artificial).

Caudal máximo horario: Caudal a la hora de máxima descarga.

Caudal medio: Caudal medio anual.

Criterios de Diseño: Normas o guías de ingeniería que especifican objetivos,

resultados o límites que deben cumplirse en el diseño de un proceso o

componente de un sistema.

Demanda Biológica de Oxigeno (DBO): Es un parámetro que mide la cantidad

de dioxigeno consumido al degradar la materia orgánica de una muestra líquida.

Demanda Química de Oxigeno: Es un parámetro que mide la cantidad se

sustancias susceptibles de ser oxidadas por medios químicos que hay disueltas o

en suspensión en una muestra líquida.

Disposición final: Disposición del efluente de una planta de tratamiento o de los

lodos tratados por algún mecanismo.

Efluente: Liquido que sale de un proceso de tratamiento.

Flujo Sub superficial: Corriente de fluido por debajo de la superficie.

Flujo Superficial: Corriente de fluido por encima de la superficie.

Jarillón: Estructura hidráulica compuesta de uno o varios materiales sueltos que

tiene dentro de sus funciones el almacenamiento de agua para el agrícola, sirve




II

de contención a aguas para la prevención de inundaciones, para el mantenimiento

de los niveles de los canales.

Macroproyecto: Garantizan la habilitación del suelo para la construcción de

vivienda y otros usos asociados a la vivienda y la correspondiente infraestructura

de soporte para el sistema vial, de transporte, de servicios y espacios públicos y

equipamientos colectivos.

Oxígeno disuelto: Concentración de oxígeno medida en un líquido por debajo de

la saturación, su importancia para la vida acuática se debe a que, en los casos en

que su nivel este por debajo de 4 mg/L, se pueden producir efectos nocivos en

especies aerobias, es decir aquellas que necesiten oxígeno para sobrevivir.

Pretratamiento: Procesos de tratamiento localizados antes del tratamiento

primario.

Sedimentación: Proceso de clarificación de las aguas residuales mediante la

precipitación de la materia orgánica.

Sólidos Suspendidos: Pequeñas partículas de sólidos dispersas en el agua, no

disueltas. Componentes orgánicos e inorgánicos presentes en el agua, su unidad

de medida es mg por litro.

Tratamiento Primario: Tratamiento en el que se remueve una porción de los

sólidos suspendidos y de la materia orgánica del agua residual. El efluente de

este tratamiento usualmente contiene alto contenido de materia orgánica y una

DBO relativamente alta




III

GLOSARIO DE SIGLAS

CAR: Corporación Autónoma Regional

CF: Macroproyecto Ciudad Florecer

DBO: Demanda Biológica de Oxigeno.

DQO: Demanda Química de Oxigeno.

FWS: Sistema de Flujo Superficial

GPS: Sistema de Posicionamiento Global, por sus siglas en inglés (Global

Positioning System)

OD: Oxígeno Disuelto

RAS: Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico

SFS: Sistema de Flujo Subsuperficial.

SS: Sólidos Suspendidos




1

1 1INTRODUCCIÓN

El Macroproyecto Ciudad Florecer tiene como objetivo presentar una solución

urbana integral, que articule el desarrollo de usos logísticos y vivienda, en

particular vivienda de interés social en el municipio de Mosquera – Cundinamarca.

Ciudad Florecer aportará un área de 555.578 m2 para el desarrollo de vivienda de

interés social a través de una intervención urbanística planificada que promueve la

competitividad, generando sinergias entre el desarrollo social y el económico, que

derivarán en una mejor calidad de vida para sus habitantes y la región.

Es así como el proyecto constituye una importante alternativa para avanzar en la

solución de los problemas de hábitat de la región como el déficit habitacional.

La propuesta urbanística del Macroproyecto Ciudad Florecer se encuentra definida

por el aprovechamiento de las áreas de protección ambiental presentes en su

territorio. Es decir, por el aprovechamiento paisajístico y de protección que estas

áreas generan a los usos del Macroproyecto.

Es aquí donde surge la necesidad de implementar un sistema capaz de tratar las

aguas residuales que serán generadas por el proyecto, para así evitar problemas

ambientales de saneamiento básico (salud, contaminación de suelos, aguas

subterráneas, etc.) principalmente en la conservación y protección de las

estructuras ecológicas que articulan ambientalmente en el proyecto como lo son el

Cerro Gordo, los cuerpos de agua del Río Balsillas, Río Bogotá y Canal Victoria.




2

Los humedales artificiales compuestos por agua, plantas y microorganismos que

al integrarse contribuyen al tratamiento de las aguas residuales y reducen la

contaminación. La función principal es fijar físicamente los contaminantes en la

superficie del suelo junto con la materia orgánica, además de utilizar y transformar,

por medio de microrganismo los elementos (1).

Teniendo en cuenta lo anterior se evalúa si es factible económica y técnicamente

realizar el tratamiento de las aguas residuales para el Macroproyecto Ciudad

Florecer (MCF) con aproximadamente 50.000 habitantes mediante un humedal

artificial de flujo subsuperficial.

En primera instancia se recopilo toda la información necesaria para presentar la

definición y el diseño del sistema de tratamiento de las aguas residuales y del

humedal artificial donde se mostrarán los principales criterios de acuerdo con la

norma RAS – 2000 y los criterios de diseño propuestos por Jairo Alberto Rojas

Romero – Tratamiento de aguas residuales Teoría y principios de diseño.

Posteriormente se evaluará por medio del método de diseño de Romero la

factibilidad del humedal artificial para el Macroproyecto donde se determinará el

dimensionamiento de las estructuras necesarias para el tratamiento de las aguas

residuales del proyecto como también los costos.

Finalmente se presentarán memorias de cálculo, planos, conclusiones y

recomendaciones pertinentes de la evaluación del sistema de tratamiento.




3

2 JUSTIFICACIÓN

En la actualidad el panorama ambiental se encuentra en un estado crítico por la

contaminación y por los desastres naturales provocados por el hombre. Es por

esta razón que nos vemos obligados a fomentar procesos que nos ayuden a

disminuir el impacto negativo que trae consigo el desarrollo de la industria de la

construcción (2).

En el pasado, las acciones de los procesos naturales de autodepuración eran

suficientes para controlar el efecto de contaminantes vertidos en los cuerpos de

agua, sin embargo, el causal del crecimiento en cuanto al uso del agua en los

diversos sectores (domésticos, comerciales, de servicios, industriales, agrícolas y

pecuarios) la capacidad natural de dichos cuerpos ha sido superada causando la

degradación del ambiente. Lo anterior ha provocado la necesidad de investigar,

analizar y proponer soluciones que mitiguen esta problemática (3).

Al observar las capacidades de remoción de contaminantes en los humedales se

diseñaron sistemas artificiales que funcionaban como filtros biológicos para

retener los sedimentos, nutrientes y otros contaminantes además de eliminar

organismos patógenos y fijar minerales como el fosforo (P) y el nitrógeno (N);

entre sus funciones se pueden mencionar el almacenamiento y purificación del

agua, así como la conservación de acuíferos (3).

Los humedales artificiales son estanques o cauces poco profundos donde se

controla la cantidad de agua a tratar, así como la poda, extracción y disposición de

la vegetación (ya que, al morir esta libera contaminantes en su proceso de

descomposición).




4

Un humedal se puede construir en cualquier sitio, generalmente funciona por

gravedad en un sistema tipo cascada pasando el agua residual por diferentes

etapas de tratamiento hasta lograr su depuración, cabe señalar que los humedales

artificiales se logran remociones superiores al 80%, además de proporcionar

beneficios intangibles ya que mejoran el paisajismo del lugar en donde se

encuentran (4).




5

3 OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Estudiar la factibilidad técnica, económica y ambiental de implementar un humedal

artificial para tratar las aguas residuales domésticas causada por el desarrollo del

proyecto de vivienda Ciudad Florecer.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar los componentes básicos de un humedal artificial.

Realizar el diseño de humedad artificial por el método de Jairo Romero para

el tratamiento de aguas residuales.

Minimizar el impacto ambiental causado al río Bogotá por causa del

proyecto de vivienda Ciudad Florecer.

Evaluar el sistema de tratamiento para aguas residuales domésticas.




6

4 SITUACIÓN PROBLEMÁTICA

El desarrollo y proceso de urbanización del país plantea retos importantes para la

sociedad y el gobierno, entre ellos se destaca el problema ambiental como

también la contaminación atmosférica, la proliferación de residuos sólidos y

peligrosos, la contaminación del agua, así como la invasión y modificación de

territorios de conservación y recarga de acuíferos; problemas que tienen

importancia en las ciudades y municipios del país.

El proyecto mitigaría algunos problemas como lo son:

La contaminación ambiental

La contaminación del Río Bogotá

La contaminación del Río Balsillas

La contaminación y preservación de Cerro Gordo

Es desde este punto que se evalúa la factibilidad de desarrollar un humedal

artificial, que trate las aguas residuales del Macroproyecto Ciudad Florecer.




7

5 MARCO CONCEPTUAL

5.1 LOCALIZACIÓN

El Macroproyecto Ciudad Florecer se ubica en la Sabana de Bogotá, en el

Municipio de Mosquera, colindante con los municipios de Soacha, Funza y Madrid

en el departamento de Cundinamarca.

Ilustración 1 Localización regional

Fuente: Elaboración propia

El globo de terreno en el que se desarrollará el MCF se desarrollará en predios

ubicados al sur-occidente de la ciudad de Bogotá, en el Municipio de Mosquera,

específicamente en la vereda Balsillas, clasificada como zona rural,

aproximadamente 9 Km al suroccidente del casco urbano.




8

Ilustración 2 Localización Macroproyecto

Fuente: Elaboración Propia

El globo de terreno se encuentra ubicado en el borde del perímetro del municipio,

entre el Río Balsillas, el Río Bogotá, el Canal Victoria y el Cerro Gordo, colindando

por el norte con los predios Amargosal, Lomas de las goteras, La Porquera; por el

sur, con el municipio de Soacha, el Río Bogotá, canoas y Fute; por el oriente, con

la Hacienda Playón; por el occidente, con el predio Amargosal (5).

Ilustración 3 Ubicación predios Macroproyecto Mosquera

Fuente: Elaboración propia sobre Google Earth




9

5.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El MCF se desarrollará en una plataforma logística que contempla diversos usos y

que permite conectarse con los corredores principales del país al aprovechar la

localización estratégica para conectar a Bogotá y su región con los corredores de

comercio más importantes del país (5).

El desarrollo urbanístico del proyecto contemplara los instrumentos de planeación,

financiación y gestión del suelo establecidos en la ley 388 de 1997 y el decreto

4260 de 2007, que tiene como objetivo primordial permitir la ejecución de la

operación urbanística integral de provisión y desarrollo de vivienda que contribuye

al desarrollo territorial de la región Sabana de Occidente, especialmente del

Municipio de Mosquera y al objetivo que busca el Gobierno Nacional, de habilitar

suelo para vivienda, prioritariamente de interés social y construir infraestructuras y

equipamientos que garanticen un desarrollo local y nacional de calidad (5).

5.2.1 PAISAJISMO Y EQUIPAMIENTOS

La definición de los espacios de equipamientos se basó en el cálculo de la

población total que acogerá Ciudad Florecer una vez desarrollada el 100% de la

construcción, la cual evidenciamos en la siguiente tabla (5):

Tabla 1 Total de habitantes proyectados para el Macroproyecto

ÁREA NETA URBANIZABLE 1.665.146,88

Unidades de Vivienda 14.500

Total de Habitantes 50.300

Fuente: DTS Macroproyecto Ciudad Florecer

En el siguiente esquema identificamos los usos por zonas que destinarán en el

proyecto, este desarrollo se realizará por etapas:




10

Ilustración 4 Paisajismo Ciudad Florecer


5.2.2 ESTRUCTURA ECOLÓGICA PRINCIPAL

El MCF se desarrollará en un marco de sostenibilidad, para lo cual se identificaron

la red de espacios y corredores que sostienen y conducen la biodiversidad y los

procesos ecológicos esenciales a través del territorio y que componen su

Estructura Ecológica (5):

Áreas de rondas de los ríos Bogotá, Balsillas y Canal Victoria. Son objeto

de preservación, conservación y restauración.

Área de infiltración y recarga de acuíferos de Cerro Gordo.

Área Arqueológica o Histórica Cultural.




11

Parques

El MCF cuenta con cinco parques principales:

Parque lineal Río Bogotá

Parque lineal Río Balsillas

Parque Florecer

Parque los Cerezos

Parque Paisajístico Cerro Gordo

(VER ANEXO N° I)

5.2.3 TOPOGRAFÍA

El estudio topográfico desarrolló un plano de la topografía, con base en la realidad

vista en campo identificando las formas de relieve, predios, viviendas y redes de

servicios públicos para los predios que integran el MCF (ver ilustración 5). Se

utilizaron imágenes digitales y el sistema de posicionamiento geográfico global

(GPS), con el cual se tomaron datos para 4 puntos coordenados GPS1, DX05,

ALO-13 y ALO-11, para cada una de ellos se capturó información en cuanto a su

poligonal inicial en tiempos comprendidos desde 48 minutos hasta 1 hora y 59

minutos (5).

Ilustración 5 Imagen predios Macroproyecto





12

El terreno se encuentra en un 66% con pendientes menores al 25%, el 7% tiene

pendientes entre el 25 y 35% y el 27% se encuentra con pendientes mayores al

35%. El predio se desarrolla entre las cotas 2540 y 2545 m sobre el nivel del mar

en el área plana y el área de montaña se encuentra entre las cotas 2545 y 2770 m

sobre el nivel del mar (5).

(VER ANEXO N° II)

5.2.4 GEOLOGÍA Y SUELOS

De acuerdo con los resultados del análisis geológico y geomorfológico y de las

perforaciones realizadas en el predio, es posible dividir el terreno donde se hará el

MCF en dos zonas claramente definidas (5):

Zona 1 o Zona de Montaña: Zona media y alta del Cerro Gordo se exponen

niveles de roca de la formación Labor – tierna. En general esta zona no

presenta evidencias recientes de la presencia de movimientos en masa de

gran extensión o erosión externa, no obstante, a que hay afloramientos del

macizo rocoso que se encuentran muy fracturados generando caída de

bloques, este proceso se debe tener en cuenta al momento de considerar la

ubicación de alguna estructura.

Zona 2 o Zona Plana: Conformadas por capas gruesas de areniscas, con

capas muy delgadas de acrillolitas, liditas, limolitas y en menor proporción

areniscas de grano muy fino. En esta zona se hará el desarrollo

urbanístico, se encontraron depósitos lacustres típicos de la formación de la

sabana y que están constituidos por arcillas, limos arcillosos y arenosos

intercalados con capas delgadas de arenas gruesas.




13

5.2.5 HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

Los resultados de los estudios arrojaron que la precipitación media multianual

varía desde 900 mm para las partes altas del área, hasta valores entre 600 y 700

mm en la parte plana de la cuenca del río Balsillas, registrándose el periodo de

lluvias entre los meses de abril a mayo con un porcentaje de precipitación anual

de 11.5% y octubre a noviembre con un porcentaje del 13.5%, siendo octubre el

mes de mayor precipitación (5).

Escorrentía

De acuerdo a la geomorfología del área de estudio, las corrientes superficiales son

de tipo dendrítico, también es muy común observar cauces intermitentes en

períodos de lluvia. La dinámica fluvial subterránea tiene la misma orientación de

las corrientes superficiales, la cual está determinada por la conformación

geomorfológica del área, representada por Cerro Gordo y valle semiplano del río

Balsillas.

Riesgo de Inundación

El área donde se desarrollará el MCF queda en una zona baja susceptible de

inundación que está protegida por medio de jarillones. La elevación de la mayor

parte del jarillón que se desarrolla a lo largo del río Balsillas, corresponde a la cota

2542 m. La Corporación Autónoma Regional (CAR) adelanta los diseños para las

obras de adecuación hidráulica del río Bogotá, los cuales recomiendan que el

jarillón tenga una cota en la corona de 2543.15 m en la zona del proyecto.




14

5.3 EL AGUA

El agua es un compuesto químico muy estable, formado por átomos de hidrogeno

y oxígeno, de formula H2O. El agua es inodora, insípida e incolora, y su enorme

presencia en la Tierra (el 71% de ésta se encuentra cubierta de agua) determina

en buena parte la existencia de vida en nuestro planeta (6).

El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres

estados de la materia. Existe en estado sólido como hielo, encontrándose en los

glaciares y casquetes polares, y en forma de nieve, granizo y escarcha (6).

Como líquido se halla en las nubes de lluvia formadas por gotas de agua, en forma

de rocío en la vegetación, y en océanos, mares, lagos, ríos, etc. Como gas, o

vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes (6).

Pero el agua no es sólo importante para el consumo del ser humano, sino que

también tiene que ver con permitir la existencia de un complejo número de seres

vivos. En primer lugar, el agua es uno de los alimentos más importantes de los

vegetales, por lo cual el agua que llega a través del riego o de la lluvia es la

responsable del crecimiento de todo tipo de plantas y de la vegetación que existe

en el planeta. Por otro lado, el agua es consumida por los animales y sirve

entonces también como un elemento natural de vital importancia para el desarrollo

de los mismos (7).

A nivel mundial, 1.700 millones de personas carecen de acceso a agua potable y

3.300 no disponen de servicios de saneamiento adecuados. Los problemas de

acceso al agua potable causan más de 3.350 millones de casos anuales de




15

enfermedades. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), el 80% de las

enfermedades más comunes en las regiones en desarrollo (diarreas, fiebres,

dengue, malaria, etc.) están relacionadas con la calidad del agua (8).

5.3.1 EL AGUA RESIDUAL

Se consideran Aguas Residuales a los líquidos que han sido utilizados en las

actividades diarias de una ciudad (domésticas, comerciales, industriales y de

servicios). Comúnmente las aguas residuales suelen clasificarse como (9):

Aguas Residuales Municipales. Residuos líquidos transportados por el

alcantarillado de una ciudad o población y tratados en una planta de

tratamiento municipal

Aguas Residuales Industriales. Las Aguas Residuales provenientes de las

descargas de Industrias de Manufactura

Otra forma de denominar a las Aguas Residuales es en base al contenido de

contaminantes que esta porta, así se conocen como (9):

Aguas negras a las Aguas Residuales provenientes de inodoros, es decir,

aquellas que transportan excrementos humanos y orina, ricas en sólidos

suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales

Aguas grises a las Aguas Residuales provenientes de tinas, duchas,

lavamanos y lavadoras, que aportan sólidos suspendidos, fosfatos, grasas y

coliformes fecales, esto es, aguas residuales domésticas, excluyendo las de

los inodoros

Aguas negras industriales a la mezcla de las aguas negras de una industria

en combinación con las aguas residuales de sus descargas. Los

contaminantes provenientes de la descarga están en función del proceso

industrial, y tienen la mayoría de ellos efectos nocivos a la salud si no existe

un control de la descarga.




16

5.4 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

El tratamiento de aguas residuales o aguas negras involucra una serie de pasos,

cada uno de gran importancia en el proceso de depuración del agua de

contaminantes obtenidos por su utilización en las diferentes actividades de la vida

diaria. En general las aguas residuales se clasifican de la siguiente manera (10):

Tabla 2 Clasificación de las aguas residuales

CLASIFICACIÓN ORIGEN

Aguas Residuales

Domésticas (ARD)

Provenientes de las actividades domésticas de la vida diaria como lavado

de ropa, baño, preparación de alimentos, limpieza, etc. Estos desechos

presentan un alto contenido de materia orgánica, detergentes y grasas. Su

composición varía según los hábitos de la población que los genera.

Aguas Lluvias (ALL)

Originadas por el escurrimiento superficial de las lluvias que fluyen desde

los techos, calles, jardines y demás superficies del terreno. Los primeros

flujos de ALL son generalmente muy contaminados debido al arrastre de

basura y demás materiales acumulados en la superficie. La naturaleza de

esta agua varía según su procedencia: zonas urbanas, rurales, semirurales

y aún dentro de estas zonas se presentan enormes variaciones según el

tipo de actividad o uso del suelo que se tenga.

Residuos Líquidos

Industriales (RLI)

Provenientes de los diferentes procesos industriales. Su composición varía

según el tipo de proceso industrial y aún para un mismo proceso industrial,

se presentan características diferentes en industrias diferentes. Los RLI

pueden ser alcalinos o ácidos, tóxicos, coloreados, etc., su composición

refleja el tipo de materias primas utilizado dentro del proceso industrial.


5.4.1 CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES EN AGUAS RESIDUALES

Las aguas residuales se caracterizan por su composición física, química y

biológica. Estas características son parámetros importantes para el tipo de

tratamiento, así como para la gestión técnica de la calidad ambiental (10).




17

5.4.1.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

Color

Las aguas residuales domésticas frescas son generalmente de color gris y a

medida que el agua envejece cambia a color gris oscuro y luego a negro. El color

negro de las aguas residuales sépticas es producido principalmente por la

formación de sulfuros metálicos (10).

Temperatura

Es un parámetro importante en aguas residuales por su efecto sobre las

características del agua, sobre las operaciones y procesos de tratamiento, así

como sobre el método de disposición final. En general, las aguas residuales son

más cálidas que las de abastecimiento (10).

Olor

El olor de un agua residual fresca y bien tratada es inofensivo, razonablemente

soportable, similar al del moho. Pero cuando el proceso de degradación de

contaminantes se realiza en condiciones anaerobias, existe una amplia gama de

olores desagradables que son liberados (3).

Turbidez

Se define a la turbidez de una muestra de agua, como medida de la pérdida de su

transparencia, ocasionada por el material particulado o en suspensión que arrastra

la corriente de agua. Este material puede consistir en arcillas, limos, algas, etc.,

que se mantienen en suspensión debido a la fuerza de arrastre de la corriente o a

su naturaleza coloidal. Una elevada turbidez puede afectar el proceso de

depuración de aguas de la siguiente forma (3)

Protegiendo a los microorganismos patógenos de los efectos de la

desinfección por acción de la luz solar.

Estimulando la proliferación de bacterias.




18

Disminuyendo la capacidad de fotosíntesis de plantas acuáticas y

zooplancton.

Sólidos Totales

Los sólidos totales son la materia que se obtiene como residuo después de

someter al agua a una temperatura entre 103 °C y 105 °C hasta que se evapore,

se expresan comúnmente en mL/L (3).

Compuestos orgánicos volátiles

En aguas residuales es común encontrar compuestos orgánicos volátiles, los

cuales al ser emitidos a la atmosfera pueden construirse en contaminantes tóxicos

para los usuarios o en gases orgánicos altamente reactivos.

5.4.1.2 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

Materia orgánica

Los sólidos suspendidos de un agua residual pueden contener un75% de materia

orgánica; los sólidos disueltos un 40%. La materia orgánica de las aguas

residuales es una combinación de carbono, hidrogeno, oxígeno y nitrógeno

(CHON) principalmente; con las proteínas (40% - 60%), los carbohidratos (25 –

50%) y las grasas y aceites (10%) como grupos más importantes (10).

Aceites y Grasas

Se consideran grasas y aceites los compuestos de carbono, hidrógeno, y oxígeno

que flotan en el agua residual, recubren las superficies con las cuales entran en

contacto, causan iridiscencia y problemas de mantenimiento e interfieren con la

actividad biológica ya que son difíciles de degradar (10).




19

Metales Pesados

Entre los metales presados se destacan la plata, bario, cadmio, cromo, cobre,

cobalto, níquel, plomo, zinc, hierro, mercurio, titanio, vanio, niobio, molibdeno y

magnesio.

Características de los metales pesados:

Densidad relativa del metal mayor de 4 o 5

La localización dentro de la tabla periódica

La Respuesta específica zoológica o botánica

La toxicidad del elemento

Detergentes

Son compuestos constituidos por moléculas orgánicas grandes, polares, solubles

en agua y aceites que tienen la propiedad de disminuir la tensión superficial de los

líquidos en que se hallan disueltas. Generalmente se fabrican mediante la mezcla

del detergente o agente tensoactivo con sales sódicas como sulfatos, fosfatos,

carbonatos, silicatos o boratos. Los detergentes son ampliamente usados y

existen en las aguas residuales. Su presencia disminuye la tensión superficial del

agua y favorece la formación de espumas, aun en bajas concentraciones (10).

Fósforo (P)

Como el nitrógeno, es esencial para el crecimiento de protistas y plantas. En

aguas residuales domésticas el contenido de fósforo oscila entre 6 y 20 mg/L; las

formas usuales son los ortofosfatos, polifosfatos y fosfatos orgánicos (10).

Potencial Hidrógeno (PH)

Medida de la concentración de ion hidrógeno en el agua, expresada como el

logaritmo negativo de la concentración molar de ion hidrógeno, aguas en

concentración adversa del ion hidrógeno son difíciles de tratar biológicamente.




20

aguas residuales con pH menor de 6, en tratamiento biológico favorecen el

crecimiento de hongos sobre las bacterias.

Nitrógeno (N)

Nutriente esencial para el crecimiento de protista y plantas. Las formas de interés

en aguas residuales son las de nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal, nitrógeno

de nitritos y nitratos. Todas las formas interconvertibles bioquímicamente y

componentes de ciclo del nitrógeno. En aguas residuales domésticas la

concentración de nitrógeno total puede ser de 30 a 100 mg/L, 5 a 15 g/c.d; la de

nitrógeno amoniacal de 5 a 20 mg/L, 1 a 3 g/c.d; los nitritos y nitratos menor de 1

mg/L, menor de 1 g/c.d (10).

5.4.1.3 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS

Coliformes

El hombre arroja diariamente en sus excrementos entre 109 y 4x1011 coliformes,

por tanto, su presencia puede detectarse con facilidad y utilizarse como norma de

control sanitario. En la remoción de coliforme tienen efecto principal el tiempo de

retención, la temperatura, la radiación ultravioleta, la concentración algar y el

consumo de protozoos, rotíferos y dafnias. Con excepción de algunas cepas de

coliformes fecales enteropatogenos que causan diarrea, los coliformes no son

patógenos para el hombre. Sin embargo, los coliformes pueden aceptar y transferir

genes resistentes a las drogas, por lo cual hacen necesaria su eliminación (10).

5.5 SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Los sistemas de tratamiento para aguas residuales se diseñan con la finalidad de

remover sólidos suspendidos, DBO, microorganismos, patógenos, nitrógeno,

fósforo, sustancias orgánicas (detergentes, fenoles y pesticidas), trazas de

metales pesados y sustancias inorgánicas disueltas (10).




21

Aquellos tratamientos en los que predominan los fenómenos físicos se conocen

como operaciones unitarias, mientras que aquellos métodos en los que la

eliminación de contaminantes se realiza con base en procesos químicos o

biológicos se conocen como procesos unitarios.

Al referirse a operaciones y procesos unitarios es porque se agrupan entre sí para

construir los pretratamientos, tratamientos primarios, secundarios y terciarios.

(VER ANEXO N° III)

5.5.1 PRETRATAMIENTO

El tratamiento preliminar prepara el afluente de aguas residuales para su posterior

tratamiento, mediante la reducción o eliminación de características específicas del

agua residual que, de otra manera, podrían impedir el funcionamiento o

indebidamente incrementar el mantenimiento de los procesos y equipos de las

unidades siguientes al pretratamiento. Las características típicas del agua residual

podrían provocar problemas comunes por la inclusión de sólidos grandes, trapos,

granos abrasivos, olores y en algunos casos, altas cargas hidráulicas u orgánicas

inaceptables (11).

5.5.1.1 CANAL RECOLECTOR

Un canal recolector es un conducto abierto en el cual circula el agua debido a la

acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre está en

contacto con la atmósfera. De acuerdo con su origen los canales se clasifican en:

Canales Naturales: Incluyen todos los cursos del agua que existen de

manera natural en la tierra; quebradas, ríos, arroyos, lagunas, etc.

Canales Artificiales: Son canales construidos o desarrollados por el hombre

entre estos se destacan los canales artificiales, canales de riego, canaletas,




22

etc. Las secciones transversales más usadas son: rectangular, trapezoidal

triangular y parabólica.

Ilustración 6 Canal recolector con by-pass

Fuente: Stewart, Oakley. 2011. Tratamiento de aguas resídales domésticas

5.5.1.2 CRIBADO

El cribado es la operación utilizada para separar material del agua, mediante el

paso de ella por una criba o rejilla. La criba puede ser de cualquier material

agujerado ordenadamente, por ejemplo, una plancha o lámina metálica, de

madera o de concreto, con agujeros redondos, cuadrados o de cualquier forma

geométrica. También puede construirse una criba con una celosía fija o

emparrillado de barras o varillas de hierro o de acero.

5.5.1.3 REJILLA

El pretratamiento con rejillas es uno de los procesos más antiguos. En las plantas

de tratamiento de aguas residuales, las rejillas remueven los contaminantes

gruesos procedentes de la corriente para proteger de posibles daños la operación

y al equipo de las unidades siguientes.




23

Ilustración 7 Rejilla de limpieza manual

Fuente: Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión

En el tratamiento de aguas residuales se usan rejillas gruesas, principalmente de

barras o varillas de acero, para proteger bombas, válvulas, tuberías y equipos,

etc., del taponamiento o interferencia causada por trapos, tarros y objetos

grandes. Las partículas suspendidas mayores a 0.64 cm pueden removerse más

económicamente mediante cribado que por cualquier otra operación unitaria (10).

En la parte superior de la rejilla debe proveerse una placa de drenaje o placa

perforada, con el objeto de permitir el drenaje temporal del material removido. El

canal de acceso a la rejilla temporal debe diseñarse para prevenir la acumulación

de arena u otro material pesado, antes y después de la rejilla. El canal debe ser

preferiblemente horizontal, recto y perpendicular a la rejilla, para promover una

distribución uniforme de los sólidos retenidos por ella (10).




24

5.5.1.4 DESARENADOR

Se utilizan para remover arena, grava, partículas u otro material sólido pesado que

tenga velocidad de asentamiento o eso específico mayor que el de los sólidos

orgánicos degradables de las aguas residuales (10).

Ilustración 8 Desarenador

Fuente: Engineering

Los desarenadores cuentan con ventajas como las siguientes:

Protegen el equipo mecánico del desgaste anormal

Reducen la formación de depósitos pesados en tuberías

Minimizan la frecuencia de limpieza

Facilitan la operación de las demás etapas del proceso ya que pueden

localizarse antes de todas las demás unidades




25

5.5.1.5 VERTEDERO SUTRO

Los vertederos sutros o también llamados proporcionales, son dispositivos

utilizados en plantas de tratamiento de aguas residuales, y tienen como función

regular el caudal, el cual es proporcional a la carga. Estos vertederos están

compuestos de una sección rectangular adherida a una sección curva, la cual

garantiza proporcionalidad y una velocidad de flujo constante.

Ilustración 9 Vertedero sutro

Fuente: UNATSABAR

5.5.1.6 TRAMPA DE GRASAS

La trampa de grasas es un dispositivo que se coloca en la parte final del

desarenador con el objeto de retener las grasas que se encuentran en suspensión

de manera manual (10).




26

Ilustración 10 Trampa de grasas

Fuente: Arquitectura21

5.5.2 TRATAMIENTO PRIMARIO

Los tratamientos primarios son aquellos que eliminan los sólidos en suspensión

presentes en el agua residual. Los principales procesos físico-químicos que

pueden ser incluidos en el tratamiento primario son los siguientes: sedimentación,

flotación, coagulación – floculación y filtración. Generalmente el tratamiento

primario remueve alrededor del 60% de sólidos suspendidos y entre 30% y 40%

de DBO (12) .

5.5.2.1 SEDIMENTACIÓN

Es un proceso físico de separación por gravedad que hace que una partícula más

densa que el agua tenga una trayectoria descendente, depositándose en el fondo

del sedimentador. Está en función de la densidad del líquido, del tamaño, del peso

específico y de la morfología de las partículas. Esta operación será más eficaz

cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua, es

decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal

parámetro de diseño para estos equipos. A esta operación de sedimentación se le

suele denominar también decantación (12).




27

En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas,

se pueden producir cuatro tipos de sedimentación:

Tabla 3 Tipos de sedimentación

SEDIMENTACIÓN DESCRIPCIÓN APLICACIÓN

De partículas

discretas (Tipo 1)

Se refiere a la sedimentación de partículas

en una suspensión con baja concentración

de sólidos y no existe interacción sustancial

con las partículas vecinas.

Eliminación de las arenas de

agua residual.

Floculenta

(Tipo 2)

Se refiere a una suspensión bastante diluida

de partículas que se agregan, durante el

proceso de sedimentación. Al unirse, las

partículas aumentan de masa y sedimentan

a mayor velocidad.

En los tanques de

sedimentación primaria y en

la zona superior de los

decantadores secundarios.

Retardada o zonal

(Tipo 3)

Se refiere a suspensiones de concentración

intermedia, en las que las fuerzas entre las

partículas son suficientes para entorpecer la

sedimentación de las partículas vecinas.

Las partículas tienden a permanecer en

posiciones relativas fijas y la masa de las

partículas sedimenta como una unidad. Se

desarrolla una interface sólida – líquido en

la parte superior de la masa que sedimenta.

Se presenta en los tanques

de sedimentación secundaria

empleados en las

instalaciones de tratamiento

biológico.

Compresión

(Tipo 4)

Se refiere a la sedimentación en las que

partículas las partículas están concentradas

de tal manera que se forma una estructura y

la compresión se produce por el peso de las

partículas, que se van añadiendo

constantemente a la estructura por

sedimentación desde el líquido

sobrenadante.

Generalmente se produce en

las capas inferiores de una

masa de fango de gran

espesor como el fondo de los

decantadores secundarios

profundos y en las

instalaciones de

espesamiento de fangos.

Fuente: Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería




28

La sedimentación o decantación se realiza de acuerdo al tipo de partícula y el

sentido de flujo que se remueva en cada unidad. La clasificación más

recomendable es la siguiente:

Tabla 4 Clasificación de tanques de sedimentación

SENTIDO DE FLUJO TIPO DE

SEDIMENTACIÓN EJEMPLO

TASA DE

FLUJO

(m3/m

2/d)

Horizontal 1 y 2 Desarenadores 200 – 420

15 - 30

Vertical 2 y 3 Manto de lodos 45 - 60

Inclinado (ascendente o

descendente) 1 y 2

Decantadores con

placas 120 - 180

Fuente: Maestría Noemí Romero

5.5.2.2 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN

Estos tanques se sedimentación pueden ser rectangulares como se muestra en la

figura 9 y circulares; donde son denominados tanques primarios de sedimentación

a aquellos que reciben aguas residuales crudas, generalmente antes del

tratamiento biológico secundario (13).

En el tanque rectangular, el agua residual cruda ingresa a través de una serie de

aberturas, cerca de la superficie del extremo de entrada del tanque, moviéndose a

lo largo de este con velocidad muy baja, hasta descargar por el extremo opuesto

sobre un vertedero. La pantalla corta y disipa la velocidad del afluente y dirige el

flujo hacia abajo. El material arrastrado hacia la tolva de lodos, para su

tratamiento. El lodo se extrae periódicamente, desde la tolva de lodos para su

tratamiento y disposición (13).




29

Ilustración 11 Sedimentador rectangular convencional

Fuente: Repositorio institucional SENA

5.5.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO

El tratamiento secundario de depuración constituye una serie de importantes

procesos de naturaleza biológica de tratamiento de las aguas residuales que

tienen en común la utilización de microorganismos (entre las que destacan las

bacterias) para llevar a cabo la eliminación de materia orgánica biodegradable,

tanto coloidal como disuelta, así como la eliminación de compuestos que

contienen elementos nutrientes (N y P) (12).

En la mayor parte de los casos, la materia orgánica constituye la fuente de energía

y de carbono que necesitan los microorganismos para su crecimiento. Además,

también es necesaria la presencia de nutrientes, que contengan los elementos

esenciales para el crecimiento, especialmente los compuestos que contengan N y

P, y, por último, en el caso de sistema aerobio, la presencia de oxígeno disuelto en

el agua. Este último aspecto será clave a la hora de elegir el proceso biológico

más conveniente (12).




30

5.5.3.1 HUMEDALES ARTIFICIALES

El convenio define a los humedales como “extensiones de marismas, pantanos y

turberas, o superficies cubiertas de agua, sean éstas de régimen natural o

artificial, permanentes o temporales, estancadas o corrientes, dulces, salobres o

saladas, incluidas las extensiones de agua marina, cuya profundidad en marea

baja no exceda los 6 metros” (11).

Básicamente, los humedales artificiales son zonas construidas por el hombre en la

que se reproducen, de manera controlada, los procesos físicos, químicos y

biológicos de eliminación de contaminantes que ocurren normalmente en los

humedales naturales (14).

Los humedales artificiales, al igual que los naturales, se pueden reducir una

amplia gama de contaminantes del agua tales como: sólidos en suspensión DBO,

nutrientes, metales, patógenos y otros productos químicos. Esta eliminación se da

por una variedad de procesos que incluyen la sedimentación, filtración,

metabolismo microbiano (aeróbico y anaeróbico), absorción de la planta y

respiración. La principal diferencia entre un humedal natural y un humedal artificial

es que éste último permite el tratamiento de aguas residuales bajo diseños que se

basan en objetos específicos de calidad del efluente. El funcionamiento de los

humedales artificiales se fundamenta en tres principios básicos (14):

1. La actividad bioquímica de los microorganismos.

2. El aporte de oxígeno a través de las plantas durante el día.

3. El apoyo físico de un lecho inerte que sirve como soporte para el

enraizamiento de las plantas, además de funcionar como material filtrante.




31

Existen diferentes tipos de humedales artificiales en función del sentido de

circulación del flujo de agua.

Ilustración 12 Tipos de Humedales Artificiales

Fuente: iagua

5.5.3.2 HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL

Los sistemas de flujo subsuperficial, se caracterizan por la circulación del agua en

los mismos se realiza a través de un medio granular (subterráneo) con una

profundidad de agua cercana a los 0,6 m. La vegetación se planta en este medio

granular y el agua ésta en contacto con los rizomas y raíces de las plantas (10).

La vegetación proporciona superficies para la formación de películas bacterianas,

facilitando la filtración y la adsorción de los constituyentes del agua residual,

permite la transferencia de oxígeno a la columna de agua y controla el crecimiento

de algas al limitar la penetración de luz solar. El agua residual se trata a medida

que fluye lateralmente a través de un medio poroso (flujo pistón). La profundidad

del lecho varía entre 0,45 a 1m y tienen una pendiente entre 0,5% y 1%. El agua

residual no ingresa directamente al medio granular principal, sino que existe una




32

zona de amortiguación generalmente formada por grava de mayor tamaño. La

zona de implantación está constituida por grava fina de un solo diámetro, entre

3mm a 32mm (10).

Ilustración 13 Plantas acuáticas comunes

Fuente: Jairo Romero, Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de Diseño

Es fundamental que el agua residual que ingresa al sistema se mantenga en un

nivel inferior a la superficie (5-10cm), los cual se logra regulando el nivel del

dispositivo de salida en función a este requerimiento (10).

Los humedales tienen tres funciones básicas que los hacen tener un atractivo

potencial para el tratamiento de aguas residuales:

1. Fijan físicamente los contaminantes en la superficie del suelo y la materia

orgánica.

2. Utilizan y transforman los elementos por medio de los microorganismos.

3. Logran niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de

energía y bajo mantenimiento.




33

Existen dos tipos de sistemas de humedales artificiales desarrollados para el

tratamiento de agua residual. Sistemas a Flujo Libre (FWS) y Sistemas de Flujo

Subsuperficial (SFS).

En los casos en que se emplean para proporcionar tratamiento secundario o

avanzado, los sistemas FWS suelen consistir en balsas o canales paralelos con la

superficie del agua expuesta a la atmósfera y el fondo constituido por suelo

relativamente impermeable o con una barrera subsuperficial, vegetación

emergente, y niveles de agua poco profundos (0.1 a 0.6 m) (10).

Ilustración 14 Tipos de humedales para el tratamiento de aguas residuales




34


A los sistemas FWS normalmente se les aplica agua residual pretratada en forma

continua y el tratamiento se produce durante la circulación del agua a través de los

tallos y raíces de la vegetación emergente. Los sistemas de flujo libre también se

pueden diseñar con el objetivo de crear nuevos hábitats para la fauna y flora o

para mejorar las condiciones de humedales naturales próximos. Esta clase de

sistemas suele incluir combinaciones de espacios abiertos y zonas vegetadas e

islotes con la vegetación adecuada para proporcionar hábitats de cría para aves

acuáticas. Los sistemas de flujo subsuperficial se diseñan con el objeto de

proporcionar tratamiento secundario o avanzado y consisten en canales o zanjas

excavadas y rellenos de material granular, generalmente grava en donde el nivel

de agua se mantiene por debajo de la superficie de grava. Las mismas especies

vegetales se usan en los dos tipos de humedales artificiales (10).




35

Ilustración 15 Sección transversal de un sistema de flujo subsuperficial


El concepto de SFS tiene varias ventajas. Existe la creencia de que las reacciones

biológicas en ambos tipos de humedales se deben al crecimiento de organismos.

El lecho de grava tendrá mayores tasas de reacción y por lo tanto puede tener un

área menor. Como el nivel del agua está por debajo de la superficie del medio

granular no está expuesto, con lo que se evitan posibles problemas de mosquitos

que pueden llegar a presentarse en sistemas de flujo libre en algunos lugares.

Tampoco se presentan inconvenientes con el acceso de público, así como se

evitan problemas en climas fríos, ya que esta capa presta una mayor protección

térmica (10).

Aunque el área requerida sea menor que la de un sistema FWS, la viabilidad

económica del sistema dependerá del coste de conseguir y poner el material

granular en el lecho (10).

Es improbable que un sistema SFS sea competitivo desde el punto de vista de

costos, frente a uno FWS para pequeñas comunidades y caudales, pero esto

siempre dependerá de los costos de la tierra, el tipo de impermeabilización que se




36

requiera y el tipo y disponibilidad del material granular empleado. Adicionalmente

de las aguas residuales municipales, los humedales construidos han sido usados

para una variedad de industrias, escorrentía de aguas agrícolas y de lluvias,

lixiviados de vertederos, rebose de alcantarillados combinados, drenaje de minas y

aguas residuales domésticas en pequeños humedales tras tanques sépticos

convencionales (10).

En cuanto al rendimiento de los humedales, se puede decir que pueden tratar con

eficiencia niveles altos de DBO, SS y nitrógeno (rendimientos superiores al 80%),

así como niveles significativos de metales, trazas orgánicas y patógenos. No

ocurre lo mismo con la eliminación de fósforo que es mínima en estos sistemas

(10).

5.5.3.3 COMPONENTES DE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO

SUBSUPERFICIAL

Los humedales construidos consisten en el diseño correcto de una cubeta que

contiene agua, substrato, y la mayoría normalmente, plantas emergentes. Estos

componentes pueden manipularse construyendo un humedal. Otros componentes

importantes de los humedales, como las comunidades de microbios y los

invertebrados acuáticos, se desarrollan naturalmente (10).

EL AGUA

El empleo del agua potable en los hogares genera agua servida. Parte de los

residuos propios de la actividad humana son materia que consume o demanda

oxígeno por oxidación de ésta, como la materia fecal, restos de alimentos, aceites

y grasas; otra parte son detergentes, sales, sedimentos, material orgánico no

biodegradable y también microorganismos patógenos (10).




37

La hidrología es el factor de diseño más importante en un humedal construido

porque reúne todas las funciones del humedal y porque es a menudo el factor

primario en el éxito o fracaso del humedal. Mientras la hidrología de un humedal

construido no es muy diferente que las otras aguas superficiales y cercanas a

superficie, difiere en aspectos importantes (10):

Pequeños cambios en la hidrología pueden tener efectos importantes en

un humedal y en la efectividad del tratamiento.

Debido al área superficial del agua y su poca profundidad, un sistema

actúa recíproca y fuertemente con la atmósfera a través de la lluvia y la

evapotranspiración (la pérdida combinada de agua por evaporación de

la superficie de agua y pérdida a través de la transpiración de las

plantas).

La densidad de la vegetación en un humedal afecta fuertemente su

hidrología, primero, obstruyendo caminos de flujo siendo sinuoso el

movimiento del agua a través de la red de tallos, hojas, raíces, y rizomas

y, segundo, bloqueando la exposición al viento y al sol.

SUSTRATO (MEDIO GRANULAR)

Los substratos en los humedales construidos incluyen suelo, arena, grava, roca, y

materiales orgánicos como el compost. Sedimentos y restos de vegetación se

acumulan en el humedal debido a la baja velocidad del agua y a la alta

productividad típica de estos sistemas. El substrato, sedimentos, y los restos de

vegetación son importantes por varias razones (15):

Soportan a muchos de los organismos vivientes en el humedal.

La permeabilidad del substrato afecta el movimiento del agua a través

del humedal.




38

Muchas transformaciones químicas y biológicas (sobre todo

microbianas) tienen lugar dentro del substrato.

El substrato proporciona almacenamiento para muchos contaminantes.

La acumulación de restos de vegetación aumenta la cantidad de materia

orgánica en el humedal. La materia orgánica da lugar al intercambio de

materia, fijación de microorganismos, y es una fuente de carbono, que

es la fuente de energía para algunas de las más importantes reacciones

biológicas en el humedal.

Las características físicas y químicas del suelo y otros substratos se alteran

cuando se inundan. En un substrato saturado, el agua reemplaza los gases

atmosféricos en los poros y el metabolismo microbiano consume el oxígeno

disponible y aunque se presenta dilución de oxígeno de la atmósfera, puede darse

lugar a la formación de un substrato anóxico, lo cual será importante para la

remoción de contaminantes como el nitrógeno y metales (10).

MICROORGANISMOS

Una característica fundamental de los humedales es que sus funciones son

principalmente reguladas por los microorganismos y su metabolismo. Los

microorganismos incluyen bacterias, levaduras, hongos, y protozoarios. La

biomasa microbiana consume gran parte del carbono orgánico y muchos

nutrientes (10).

La actividad microbiana:

Transforma un gran número de sustancias orgánicas e inorgánicas en

sustancias inocuas o insolubles.




39

Altera las condiciones de potencial redox del sustrato y así afecta la

capacidad de proceso del humedal.

Está involucra en el reciclaje de nutrientes.

Algunas transformaciones microbianas son aeróbicas (es decir, requieren oxígeno

libre) mientras otras son anaeróbicas (tienen lugar en ausencia de oxígeno libre).

Muchas especies bacterianas son facultativas, es decir, son capaces de funcionar

bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas en respuesta a los cambios en las

condiciones medioambientales (10).

Las poblaciones microbianas se ajustan a los cambios en el agua que les llega y

se pueden extender rápidamente cuando se tiene la suficiente energía. Cuando

las condiciones medioambientales no son convenientes, muchos microorganismos

se inactivan y puede permanecer inactivos durante años (10).

La comunidad microbiana de un humedal construido puede ser afectada por

sustancias tóxicas, como pesticidas y metales pesados, y debe tenerse cuidado

para prevenir que tales sustancias se introduzcan en las cadenas tróficas en

concentraciones perjudiciales.

ANIMALES

Los humedales construidos proveen un hábitat para una rica diversidad de

invertebrados y vertebrados. Los animales invertebrados, como insectos y

gusanos, contribuyen al proceso de tratamiento fragmentando el detritus

consumiendo materia orgánica. Las larvas de muchos insectos son acuáticas y

consumen cantidades significantes de materia durante sus fases larvales. Los




40

invertebrados también tienen varios papeles ecológicos; por ejemplo, las ninfas de

la libélula son rapaces importantes de larvas de mosquito (15).

Aunque los invertebrados son los animales más importantes en cuanto a la mejora

de la calidad del agua, los humedales construidos también atraen a una gran

variedad de anfibios, tortugas, pájaros, y mamíferos. Los humedales construidos

atraen variedad de pájaros, incluso patos silvestres (15).

VEGETACIÓN

El mayor beneficio de las plantas es la transferencia de oxígeno a la zona de la

raíz. Su presencia física en el sistema (los tallos, raíces y rizomas) permite la

penetración a la tierra o medio de apoyo y transporte a él oxigeno de manera más

profunda, de lo que llegaría naturalmente a través de la sola difusión. Lo más

importante en los humedales es que las porciones sumergidas de las hojas y tallos

muertos se degradan y se convierten en lo que se ha llamado restos de

vegetación, que sirven como substrato para el crecimiento de la película

microbiana fija es la responsable de gran parte del tratamiento que ocurre (10).

Las plantas emergentes contribuyen al tratamiento del agua residual y escorrentía

de varias maneras:

Estabilizan el substrato y limitan la canalización del flujo.

Dan lugar a velocidades de agua bajas y permiten que los materiales

suspendidos se depositen.

Toman el carbono, nutrientes, y elementos de traza y los incorporan a

los tejidos de la planta.

Transfieren gases entre la atmósfera y los sedimentos.




41

El escape de oxígeno desde las estructuras subsuperficiales de las

plantas, oxigena otros espacios dentro del substrato.

El tallo y los sistemas de la raíz dan lugar a sitios para la fijación de

microorganismos.

Cuando se mueren y se deterioran dan lugar a restos de vegetación.

Ilustración 16 Esquema típico de planta emergente


Las plantas emergentes que frecuentemente se encuentran en la mayoría de los

humedales para aguas residuales incluyen espadañas, carrizos, juncos y juncos

de laguna.




42

Typha

Ilustración 17 Typha

Fuente: Naturalista

La espadaña es ubicua en distribución, robusta, capaz de crecer bajo diversas

condiciones medioambientales y se propaga fácilmente, por lo que representa una

especie de planta ideal para un humedal artificial. También es capaz de producir

una biomasa anual grande y tiene un potencial pequeño de remoción de nitrógeno

y fósforo por la vía de la poda y cosecha. Los rizomas de Espadaña plantados a

intervalos de aproximadamente 0,6m pueden producir una cubierta en menos de

un año (14).

La penetración de las raíces en grava es relativamente pequeña aproximadamente

0,3m por lo que no es recomendable para sistemas de flujo subsuperficial.




43

Ilustración 18 Detalle distancia entre Espadañas

Fuente: Naturalista

Scirpus

Ilustración 19 Scirpus

Fuente: Wikipedia




44

Son de la familia de las ciperáceas, son perennes y crecen en grupos. Son plantas

ubicuas que crecen en un rango diverso de aguas interiores y costeras, pantanos

salobres y humedales. Los juncos son capaces de crecer bien en agua desde 5cm

a 3cm de profundidad. Las temperaturas deseables son de 16°C a 27°C. Se

encuentran juncos creciendo en un PH de 4 a 9. La mayoría de las especies

tienen un crecimiento moderado y pueden lograr un buen cubrimiento en alrededor

de un año con separaciones aproximadamente de 0,3m (10).

Phragmites

Ilustración 20 Phragmites

Fuente: science.halleyhosting.com

Estas plantas crecen anualmente, con un rizoma extenso. Logran un buen

cubrimiento en un año con separación de 0,6m. En Europa se han usado carrizos

y han sido las plantas acuáticas emergentes más extendidas. Los sistemas que

utilizan carrizos pueden ser más eficaces en la transferencia de oxígeno por que

los rizomas penetran verticalmente y a mayor profundidad que las espadañas,

aunque menos que los juncos en aproximadamente 40cm. Son muy usados en los




45

humedales artificiales porque presentan la ventaja de tener un bajo calor

alimenticio por lo que no se ven atacadas por animales como con otros tipos de

plantas (10).

Estas plantas pueden soportar bastantemente bien niveles moderados de

salinidad en el agua y en el suelo, necesitando suelos encharcados hasta

profundidades de 5 dm.

Tabla 5 Especies más utilizadas

FAMILIA NOMBRE LATINO NOMBRES

COMUNES

TEMPERATURA °C

MÁXIMA

SALINIDAD

TOLERABLE,

PPT

RANGO

EFECTIVO

DE PH DESEABLE

GERMINACIÓN

DE LAS

SEMILLAS

Ciperáceas

Carex sp.

N/A 14 – 32 N/A N/A 5 – 7,5

Eleocharis sp. N/A N/A N/A N/A N/A

Scispuus lacustris

L.(*)

Junco de

laguna 18 – 27 N/A 20 4 - 9

Gramíneas

Glyceria fluitans (L.)

R.Br.

Hierba del

maná

Phragmites australis

(Cav) trin. Steudel

(*)

Carrizo 12 – 23 10 – 30 45 2 – 8

Iridáceas Iris pseudacorus L.

Lirio

amarillo,

espadaña

fina

Juncáceas Juncus sp. Juncos 16 – 26 20 5 – 7,5

Tifáceas Thypha sp (*)

Eneas,

aneas,

espadañas

10 – 30 12 – 24 30 4 - 10

(*) Especie más utilizada en todas





46

REALCE DE LA ESTÉTICA Y PAISAJE

Aunque los humedales son principalmente sistemas de tratamiento, proporcionan

beneficios intangibles aumentando la estética del sitio y reforzando el paisaje.

Visualmente, los humedales son ambientes extraordinariamente ricos.

Introduciendo el elemento agua al paisaje, el humedal construido, tanto como el

natural, agrega diversidad al paisaje. Pueden construirse humedales artificiales

siguiendo las formas que tienen los contornos naturales del sitio, hasta el punto de

que algunos humedales para el tratamiento de agua son indistinguibles, a simple

vista, de los humedales naturales.

IMPERMEABILIZACIÓN

Los humedales artificiales requieren generalmente que se coloque una barrera

impermeable para impedir que se contamine con agua residual el subsuelo o el

agua subterránea. Algunas veces esta barrera está presente naturalmente por una

capa de arcilla o por los materiales que se encuentran in-situ y que pueden ser

compactados hasta un estado cercano al impermeable. Otras posibilidades son los

tratamientos químicos, una capa de bentonita o una capa de asfalto o algún tipo

de membrana. El fondo del humedal debe ser cuidadosamente alisado antes de la

colocación del impermeabilizante, sobre todo si éste es del tipo de alguna fibra

sintética, que pueda llegar a perforarse.

5.5.4 LECHOS DE SECADO

Los lechos de secado de arena constituyen uno de los métodos más antiguos para

reducir el contenido de humedad de los lodos en forma natural.




47

Ilustración 21 lecho típico de secado

Fuente: repositorio SENA

El lecho típico de arena para secado de lodos es un lecho rectangular poco

profundo, con fondos porosos colocados sobre un sistema de drenaje. El lecho de

secado consiste en colocar capas de arena y grava, en cuya superficie se

almacenan los lodos y los líquidos que se van al fondo a través de una canaleta.

Una vez seco el lodo, se retira y se utilizará para acondicionador de suelos.

5.6 NORMATIVIDAD

Resolución 0501 del 11 de marzo de 2009: Por medio de la cual se anuncia por

motivos de utilidad pública e interés social el Macroproyecto de Interés Social

Nacional Recodo de San Antonio del municipio de Mosquera, departamento de

Cundinamarca. Llamado hoy Ciudad Florecer.




48

Ley 162 de 1994: Por medio de la cual se aprueba el Convenio sobre la

Diversidad Biológica, establece que por área protegida se entiende un área

protegida geográficamente que haya sido designada o regulada y administrada a

fin de alcanzar objetivos específicos de conservación.

Decreto 1594 de 1984 – Artículo 72: Reglamenta las normas de vertimiento a un

cuerpo de agua.

Decreto – Ley 2811 de 1974: Establece que cuando las aguas residuales no

puedan llevarse al alcantarillado público, deberán ser tratadas mediante sistemas

previamente aprobados.

Decreto 2858 de 1981: Orienta el procedimiento que debe seguir la autoridad

ambiental para el otorgamiento de concesiones de aguas y establece los

requisitos que deben cumplir los usuarios para su obtención, conservación y

preservación de las aguas y sus cauces.

Resolución 632 del 17 de marzo de 2015: Se establecen los parámetros y los

valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de

aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público.

Decreto 92 del 12 de junio de 2000: Se expide la reglamentación urbanística

para el municipio de Mosquera.




49

5.6.1 PERMISOS DE VERTIMIENTO

El Macroproyecto CIUDAD FLORECER se localizará a orillas de los ríos Bogotá y

Balsillas en la parte baja de la cuenca media del río.

El río Bogotá tiene una longitud de 260km hasta las compuertas de Alicachín y en

la zona de interés, tiene una pendiente muy baja dando origen a su carácter de río

meandrinoso con velocidades bajas; y con un nivel de aguas controlado por las

compuertas de Alicachín operadas por EMGESA.

Ilustración 22 Localización general de los ríos Bogotá y Balsillas

Fuente: Ecociudades




50

Río Bogotá

El río Bogotá no presenta grandes variaciones en su nivel debido a la regulación

que hace EMGESA para lograr una operación óptima de la estación de Bombeo

Muña III y de la bocatoma de la estación de generación Canoas.

La EAAB opera la estación hidrométrica Las Huertas localizada aproximadamente

5km aguas abajo de la desembocadura del río Balsillas. El análisis de la

información de la estación, confirma que la variación de los niveles es menor. En

la figura siguiente se presenta la variación de nivel durante la temporada invernal

del 2010, en la que se presentaron variaciones que escasamente superan un

metro.

Ilustración 23 Variación de niveles

Fuente: Ecociudades

Por otra parte, la pendiente del río en la zona es muy baja y presenta un cambio

de solo 1.5m en 22 km para el tramo comprendido entre las compuertas de




51

Alicachín y la desembocadura del río Tunjuelo, esto es una pendiente de 0.068

m/km y velocidades de menos de 1m/s en el paso de las grandes crecientes1.

Como consecuencia de las bajas velocidades y la escasa variación en el nivel, las

orillas en la zona son muy estables. Una sección típica del río Bogotá se presenta

a continuación.

Ilustración 24 Sección Típica Río Bogotá

Fuente: Ecociudades

Río Balsillas

El río Balsillas se origina en la confluencia de los ríos Subachoque y Bojacá, abajo

de la carretera Mosquera – La Mesa en el sitio denominado Los Puentes.

Al igual que el río Bogotá, el río Balsillas presenta pendientes muy bajas y es un

río que en temporadas de estiaje prácticamente se seca debido a la extracción

que de éste hacen las industrias agropecuarias en la parte alta y media de su

cuenca.




52

El río Subachoque ha sido intervenido cerca de su desembocadura, como se

evidencia por la presencia de un tramo recto. El nivel del agua en el río Balsillas

en la zona de Ciudad Florecer está altamente influenciado por los niveles del río

Bogotá debido a la proximidad de su desembocadura en esta zona. En periodos

de estiaje, cuando el caudal en el río Balsillas es muy bajo, el agua del río Bogotá

penetra por el Balsillas y presenta agua con la misma calidad de las aguas del río

Bogotá. En la figura 22, 23 y 24, se muestra algunos de los aspectos aquí

mencionados

Ilustración 25 Localización ríos Bogotá y Balsillas

Fuente: Ecociudades




53

Ilustración 26 Río Balsillas

Fuente: Ecociudades

Ilustración 27 Río Bogotá

Fuente: Ecociudades




54

6 PARÁMETROS DE DISEÑO

A continuación, se presentan los parámetros de diseño para evaluar y dimensionar

las estructuras necesarias para el tratamiento de aguas residuales del

Macroproyecto Ciudad Florecer.

6.1 NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

La clasificación del proyecto en uno de los niveles depende del número de

habitantes en la zona urbana del municipio, su capacidad económica y el grado de

exigencia técnica que se requiera para adelantar el proyecto, de acuerdo con lo

establecido en la siguiente tabla:

Tabla 6 Asignación del nivel de complejidad

NIVEL DE

COMPLEJIDAD

POBLACIÓN EN LA ZONA

URBANA (1)

(HABITANTES)

CAPACIDAD ECONÓMICA DE

LOS USUARIOS (2)

Bajo < 2.500 Baja

Medio 2.501 a 12.500 Baja

Medio Alto 12.501 a 60.000 Media

Alto > 60.000 Alta

Fuente: Norma RAS – 2000 Titulo A

(1) Proyectado al periodo de diseño, incluida la población flotante.

(2) Incluye la capacidad económica de población flotante. Debe ser evaluada

según metodología del DNP.

6.2 PERÍODO DE DISEÑO

De conformidad con la Resolución 2320 de 2009, para el caso de las obras de

captación, los periodos de diseño se especifican en la siguiente tabla:




55

Tabla 7 Período de diseño según el nivel de complejidad del sistema

NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA PERÍODO DE DISEÑO

Bajo, Medio y Medio Alto 25 años

Alto 30 años

Fuente: Norma RAS – 2000 Titulo A

6.3 CAUDALES

6.3.1 CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES (QMD)

El caudal medio diario de aguas residuales (QMD), para un tramo con un área de

drenaje dada, es la suma de los aportes domésticos, industriales, comerciales e

institucionales (16).

Ecuación 1

6.3.2 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS (QD)

Con el fin de llevar a cabo el cálculo del caudal de diseño de aguas residuales

domésticas para cada uno de los tramos que conforman la red de alcantarillados

de aguas residuales, la demanda de agua potable es vital para calcular dicho

caudal de diseño, a través de un coeficiente de retorno. La demanda de agua

potable se puede calcular con la proyección de la población en el área objeto del

diseño (16).

Tabla 8 Coeficiente de retorno de aguas residuales domésticas

NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA COEFICIENTE DE RETORNO

Bajo, Medio 0,80

Medio Alto y Alto 0,85

Fuente: Norma RAS – 2000 Titulo D




56

Tabla 9 Dotación por habitante según el nivel de complejidad del sistema

NIVEL DE COMPLEJIDAD

DEL SISTEMA

DOTACIÓN NETA (L/Hab*Día)

CLIMAS TEMPLADO Y FRÍO

DOTACIÓN NETA

(L/Hab*Día) CLIMA CALIDO

Bajo 90 100

Medio 115 125

Medio Alto 125 135

Alto 140 150


Ecuación 2

Donde:

QD = Caudal de aguas residuales domésticas (L/s)

CR = Coeficiente de retorno (adimensional)

P = Número de habitantes proyectados al periodo de diseño (hab)

DNeta = Demanda neta de agua potable proyectada por habitante (L/hab/día)

6.3.3 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES (QI)

Para industrias pequeñas localizadas en zonas residenciales o comerciales

pueden utilizarse los valores mostrados en la tabla 10 correspondiente a la

contribución de caudal por hectárea de área de industria (16).




57

Tabla 10 Contribución de aguas residuales - industrias pequeñas

NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA CONTRIBUCIÓN INDUSTRIAL (L/s-haInd)

Bajo 0,40

Medio 0,60

Medio Alto 0,80

Alto 1,0


Ecuación 3

Donde

Ci = Contribución Caudal industrial

Ha = Área industrial en Hectáreas

6.3.4 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES COMERCIALES (QC)

Para la determinación del caudal de aguas residuales comerciales donde “existen

zonas mixtas, comerciales y residenciales, los caudales comerciales deben

estimarse teniendo en cuenta la concentración comercial relativa a la

concentración residencial, utilizando una contribución de caudal comercial

correspondiente a 0,5 L/s por Hectárea (Ha) comercial” (16).

Ecuación 4




58

6.3.5 CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INSTITUCIONALES (QIN)

Los aportes de agua residuales institucionales QIN deben determinarse para cada

caso en particular, con base en información de consumos de entidades similares

registrados en la localidad. Sin embargo, para pequeñas instituciones ubicadas en

zonas de residencia, los aportes de aguas residuales pueden estimarse en 0,5 L/s

por Hectárea (Ha) (16).

Ecuación 5

6.4 SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Los sistemas de tratamiento para aguas residuales se diseñan con la finalidad de

remover sólidos suspendidos, DBO, microorganismos patógenos, nitrógeno,

fósforo, sustancias orgánicas (detergentes, fenoles y pesticidas), trazas de

metales pesados y sustancias inorgánicas disueltas.

6.4.1 PRETRATAMIENTO

6.4.1.1 CANAL RECOLECTOR

El canal de acceso a la rejilla se debe diseñar para prevenir la acumulación de

arena u otro material pesado, antes y después de la rejilla. El canal debe ser

preferiblemente horizontal, recto y perpendicular a la rejilla.

El agua residual vierte por medio de tubería de 8”, directamente al canal. El caudal

de agua máximo que pasará por el canal para su posterior tratamiento, es de

0.107 m3/s. Se ha previsto la instalación de un by pass de 8” que permitirá realizar

evacuación de aguas en momento de una eventualidad en caso de colmatarse el

canal. Habitualmente se diseñan con secciones de figuras geométricas regulares




59

rectangulares, triangulares etc. Se deben tener en cuenta los siguientes factores

geométricos:

Factores Geométricos propuestos

Sección del canal: Rectangular

Base o ancho del canal recolector (B) = 70 cm

Borde Libre (Hs) = 30 cm

Espesor del muro (e) = 15 cm

Pendiente = 4%

6.4.1.2 REJILLA

De acuerdo con el método de limpieza, las rejillas o cribas son de limpieza manual

o mecánica. Presentando las siguientes características:

Tabla 11 Características de rejillas de barras

CARACTERÍSTICAS LIMPIEZA MANUAL LIMPIEZA MECÁNICA

Ancho de las barras 0,5 – 1,5 cm 0,5 – 1,5 cm

Profundidad de las barras 2,5 – 7,5 cm 2,5 – 7,5 cm

Abertura o espaciamiento 2,5 – 5,0 cm 1,5 – 7,5 cm

Pendiente con la vertical 30° - 45° 0° - 30°

Velocidad de acercamiento 0,3 – 0,6 m/s 0,6 – 1,0 m/s

Pérdida de energía permisible 15 cm 15 cm





60

Según el tamaño de las aberturas se clasifican como:

Tabla 12 Clasificación de las rejillas

CLASIFICACIÓN ABERTURA

Rejillas Gruesas ≥ 0,64 cm (1/4 pulgada)

Rejillas Finas < 0,64 cm (1/4 pulgada)


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. El factor de forma (β)

de las barras es la siguiente:

Tabla 13 Criterios de factores de forma

DESCRIPCIÓN FACTOR DE FORMA (Β)

Para barras rectangulares de caras rectas 2,42

Para barras rectangulares con cara

semicircular aguas arriba y abajo 1,67

Para barras rectangulares con cara

semicircular aguas arriba 1,83

Para barras circulares 1,79


Según Kirschmer, la perdida de energía en una rejilla puede calcularse por la

siguiente ecuación:

(

)

Ecuación 6




61

Donde:

H = pérdida de energía, m

β = factor de forma

w = ancho máximo de la sección transversal de las barras, en la dirección de flujo,

m

b = espaciamiento o separación mínima entre las barras, m

hv = altura o energía de velocidad del flujo de aproximación, m

θ = ángulo de la rejilla con la horizontal.

También se usa la siguiente ecuación para calcular perdidas en rejillas:

(

)

Ecuación 7

Donde:

H = pérdida de energía, m

V = velocidad de flujo a través de la rejilla, m/s

v = velocidad de aproximación de flujo, m/s

g = aceleración de la gravedad, m/s2

Otros utilizan la expresión clásica para orificios.

(

)

Ecuación 8




62

Donde:

H = Pérdida de energía, m

Q = Caudal de aproximación, m3/s

C = 0.60 para rejillas limpias

A = área efectiva del flujo de la rejilla, m2

6.4.1.3 DESARENADOR

Los desarenadores de flujo horizontal se diseñan para una velocidad horizontal de

flujo aproximada de 30 cm/s. Para el diseño se recomienda conocer los caudales

extremos de operación con el fin de garantizar la remoción del material inorgánico

para todas las condiciones de flujo. Generalmente los desarenadores se diseñan

para remover partículas de diámetro > 0.21 mm; aunque también se diseñan para

remover partículas de diámetro de 0.15 mm. Teniendo como supuesto de diseño

arena de densidad relativo 2.65, la velocidad de asentamiento para partículas de

0.21 mm de diámetro se supone igual a 1.15 m/min y para partículas de 0.15 mm

de diámetro una velocidad de asentamiento de 0.75 m/min (10).

La transición del flujo del agua debe tener un ángulo suave no mayor de 12° 30’,




63

CANTIDAD DE ARENA

Generalmente la sección rectangular tiene una profundidad de 1 a 1,5 veces el

ancho y la profundidad de la cámara de almacenamiento de arena es de 15 a 30

cm. La cantidad de arena a disponer de un desarenador de aguas residuales

oscila entre 4 – 200 mL/m3 de aguas tratada, con un valor típico de 15 mL/m3 (10).

CÁMARA DESARENADORA DE SECCIÓN PARABÓLICA

Para la sección de control se requiere para velocidad constante, una cámara

desarenadora de sección parabólica y se determina con la siguiente ecuación

Ilustración 28 Sección parabólica

Fuente: Aquatrol - Perú

Ecuación 9




64

Donde:

A = Área de la sección

h = Altura de la sección

T = Ancho superior de la sección

6.4.1.4 VERTEDERO SUTRO

El cálculo para este tipo de vertedero parte de la siguiente ecuación:

⁄

Ecuación 10

Donde:

Q: Gasto sobre el vertedero (mᶟ/s)

L: Ancho del vertedero (m)

H: Carga sobre el vertedero (m)

Luego para un Qmax (mᶟ/s) obtenemos el área transversal (At) y la altura máxima

(h’)

Ecuación 11

Ecuación 12




65

Ilustración 29 Detalle vertedero sutro

Fuente: Organización Panamericana de la salud

6.4.1.5 TRAMPA DE GRASAS

En aguas residuales domésticas el contenido de grasas puede ser del orden de 30

a 50 mg/L y constituir alrededor del 20% de la DBO. La entrada del agua residual

se hace por debajo de la superficie y la salida generalmente por el fondo; entre

más grande es el tanque, más eficiente es el sistema. Normalmente se diseñó con

tiempos de retención de 15 a 30 minutos (10).

6.4.2 TRATAMIENTO PRIMARIO

6.4.2.1 TANQUE SEDIMENTADOR

Se diseñará un sistema de sedimentación de flujo horizontal con recolección

manual y con clarificación tipo 1. El sedimentador se puede dividir en 4 partes o

zonas como se muestran a continuación:




66

Ilustración 30 Sedimentador convencional

Fuente: Organización panamericana de la salud

Características geométricas de los sedimentadores

Tabla 14 Geometría de los sedimentadores primarios

DESCRIPCIÓN DATO UNIDADES

Relación Largo/Ancho – Largo/Profundidad 3/1 - 5/1 -

Ancho 3 a 24 m

Pendiente suave hacia la tolva de lodos 6 a 17 % Fuente: Elaboración propia

1. Zona de entrada: Distribuye a los sedimentadores el flujo proveniente de los

floculadores de forma que la velocidad sea uniforme en toda la sección

transversal. Además, minimiza las corrientes o turbulencia.




67

Pantalla difusora

La velocidad de entrada en los orificios de la pantalla difusora no debe ser mayor a

0.15 m/s. No obstante, tampoco puede ser muy baja (no menor a 0.10 m/s) ya que

generan cortocircuitos y zonas muertas.

Tabla 15 Parámetros de la pantalla difusora

DESCRIPCIÓN DATO UNIDADES

Ángulo de emboquillado del orificio 15 grados

Distancia de la pantalla difusora de la pared de la entrada

0,6 a 0,9 m


Según Romero Rojas, un diámetro cercano a los 0,125m (5” aproximadamente)

genera los mejores resultados en tabiques difusores (10).

Los orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 o 1/6 de la altura (H)

a partir de la superficie del agua y los más bajos entre 1/4 o 1/5 de la altura (H) a

partir de la superficie del fondo.

2. Zona de sedimentación: Zona cuyo régimen de flujo y área superficial permite

la sedimentación de la partícula de diseño y las velocidades iguales o mayores

que ésta.

Los estándares de diseño básicos de diseño de tanques de sedimentación

primaria de aguas residuales se muestran a continuación:




68

Tabla 16 Estándares de diseño para sedimentadores primarios

TIPO DE TRATAMIENTO

CARGA SUPERFICIAL m/d PROFUNDIDAD

(m)

CARGA SOBRE EL

VERTEDERO L/s*m

TIEMPO DE RETENCIÓN

% REMOCIÓN

CAUDAL PROMEDIO CAUDAL PICO

DBO SS

Primario seguido de tratamiento secundario

32 - 49 80 - 122 3 - 5 1,4 - 4,3 1,5 - 2,5 50 - 70

32 - 49 80 - 122 < 5,8 35 - 45 50 - 60

32 - 49 80 - 122 3 - 3,7 1,4 - 5,7 1,5 - 2,5

Primario con lodo activado de desecho

24 - 33 48 -70 3 - 5 1,4 - 4,3 1,5 - 2,5 50 - 70

24 - 33 49 - 69 < 5,8 35 - 45 50 - 60

24 - 32 49 - 61 3,7 - 4,6 1,4 - 5,7 1,5 - 2,5

Primario 30 45 > 1,5 < 5,2 2 35 - 40 50 - 70

24 - 33 2,1 - 3,6 1,4 - 2,2 1 - 2 Fuente: Jairo Romero, Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de Diseño

Según Jairo Romero el efecto de la carga superficial y del tiempo de retención

sobre la remoción de DBO y SS varía mucho, según las características del agua

residual, la proporción de sólidos sedimentables, la concentración de sólidos y

otros factores. Hay que tener en cuenta que las cargas superficiales deben ser lo

suficientemente pequeñas como para asegurar una operación satisfactoria del

sedimentador en caudales máximos.

La velocidad de flujo deber ser menor de 1.5 m/min para prevenir la suspensión se

sólidos; la velocidad crítica de arrastre se puede calcular por medio de la ecuación

de Camp y Shields:

* ( )

+

Ecuación 13




69

Donde:

Vc = Velocidad crítica de arrastre, m/s

K = 0.04 para material granular

K = 0.06 para material viscoso

F = 0.02 – 0.03, factor de fricción de Darcy – Weisbach

S = densidad relativa de las partículas

g = aceleración gravitacional, m/s2

d = diámetro de las partículas, m

3. Zona de lodos: Zona adicional utilizada para almacenar los lodos hasta el

momento que se retiren del sedimentador.

4. Zona de salida: Constituida por un vertedero donde se recoge uniformemente

el flujo de salida de forma que la velocidad no varíe a lo ancho del

sedimentador.

Vertedero de pared delgada

Ecuación 14

6.4.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO

6.4.3.1 HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL

Medio comúnmente con grava gruesa y arena de 0,45 a 1 m




70

Pendiente 1%

La vegetación es semejante a la de los humedales con espejo de agua y no

requiere cosechar plantas.

Características importantes para el diseño de humedales artificiales de flujo

subsuperficial:

Tabla 17 Criterios para humedales de flujo subsuperficial

CRITERIO VALOR

Tiempo de retención (t), d 3 – 4 (DBO), 6 – 10 (N); 4 – 15

Carga hidráulica superficial (CH), m3/ha D 470 – 1.870

Carga orgánica (CO), Kg DBO/ha d <112

Carga SST, Kg/ha d 390

Profundidad del agua (y), m 0,3 – 0,6

Profundidad del medio (h), m 0,45 – 0,75

Control de mosquitos No requiere

Programa de cosecha No requiere

Calidad esperada del efluente DBO/SST7NT/PT, mg/L <20/20/10/5 Fuente: Jairo Romero, Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de Diseño

Características típicas del medio para humedales artificiales de flujo

subsuperficial:

Tabla 18 Características típicas del medio para humedales

MEDIO TAMAÑO

EFECTIVO (mm) POROSIDAD

(n) CONDUCTIVIDAD

HIDRÁULICA (KS), m/d

Arena media 1 0,3 500

Arena gruesa 2 0,32 1.000

Arena y grava 8 0,35 5.000

Grava media 32 0,4 10.000

Grava gruesa 128 0,45 100.000 Fuente: Jairo Romero, Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de Diseño




71

Características de agua residual doméstica típica:

Tabla 19 Características de agua doméstica típica

PARÁMETRO MAGNITUD UNIDADES

DBO 200 mg/L

DQO 400 mg/L

Sólidos suspendidos totales 200 mg/L

Sólidos volátiles 150 mg/L

Nitrógeno amoniacal 30 mg/L – N

Ortofósfatos 10 mg/L – P Fuente: Jairo Romero, Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de Diseño

Verificación del efluente DBO

Valores de K20, KS y e

( )

Ecuación 15

Donde:

Ce = Concentración de DBO en el efluente (mg/L)

Co = Concentración de DBO en el afluente (mg/L)

As = Área Superficial del Humedal (m2)

T = Temperatura (°C)

e = Porosidad promedio del sistema, en fracción decimal

Q = caudal (m3/d)




72

At = Área de la sección transversal del lecho (m2)

Ks = Conductividad Hidráulica (m/d)

V = Volumen humedal (m3)

T = Tiempo de retención hidráulico (d)

a = ancho del humedal (m)

l = Longitud del humedal (m)

KR = Constante de remoción (d-1)

K20 = Constante a 20 °C, (d-1)

6.4.4 LECHOS DE SECADO

Aplicación de las capas de lodo

Tabla 20 Datos de la capa de lodo

DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDADES

Capas de lodo en el lecho 20 a 30 cm Fuente: Jairo Romero, Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de Diseño

Parámetros de diseño para lechos de secado

Tabla 21 Parámetros del lecho de secado


Área requerida per cápita

Lodo Primario 0,09 m^2/c

Lodo Primario y filtro percolador 0,15 m^2/c

Lodo Primario y lodos activados 0,28 m^2/c

Lodo percapitado químicamente 0,18 m^2/c

Carga de sólidos secos

Lodo Primario 134 Kg/m^2.año

Lodo Primario y filtro percolador 110 Kg/m^2.año

Lodo Primario y lodos activados 73 Kg/m^2.año




73


Lodo percapitado químicamente 110 Kg/m^2.año

Altura sobre la arena 0,5 - 0,9 m

Diámetro tubería de drenaje principal > 0,10 m

Pendiente tubería de drenaje principal > 1 %

Distancia entre drenajes principales 2,5 - 6 m

Distancia entre tuberías laterales de drenaje

2,5 - 3 m

Espesor de grava 20 - 46 cm

Tamaño de grava 3 - 25 mm

Profundidad de arena 20 - 46 cm

Coeficiente de uniformidad de arena < 4 -

Tamaño efectivo de arena 0,3 - 0,75 mm

Ancho del lecho para limpieza manual 7,5 m

Longitud del lecho de secado < 60 m Fuente: Jairo Romero, Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de Diseño




74

7 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Los cálculos que se presentan a continuación, evalúan el sistema de tratamiento

de aguas residuales derivadas de la red de alcantarillado del Macroproyecto

Ciudad Florecer.

7.1 ASIGNACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD

Según tabla 6 para una población de 50.300 habitantes el nivel de complejidad del

proyecto es Medio Alto.

7.2 ASIGNACIÓN DEL PERIODO DE DISEÑO

Según tabla 7 el periodo de diseño es de 25 años.

7.3 CÁLCULO DEL CAUDAL MEDIO DIARIO (QMD)

Cálculo de QD

Tabla 22 Parámetros asignados para calcular QD

DESCRIPCIÓN DATOS UNIDADES OBSERVACIONES

Coeficiente de retorno 0,85 - Parámetro Tabla 8

Demanda neta 125 L/hab*día Parámetro Tabla 9


Cálculo del caudal de aguas residuales domésticas, tomada de la ecuación 2:

Ecuación 16




75

Cálculo de QI

Tabla 23 Parámetros asignados para calcular QI


Contribución industrial 0,80 L/s*Ha Parámetro Tabla 10

Área industrial 31,96 Ha Dato Ecociudades Fuente: Elaboración propia

Cálculo del caudal de aguas residuales industriales, tomada de la ecuación 3:

Ecuación 17

Cálculo de QC

Tabla 24 Parámetros asignados para calcular QC


Contribución comercial 0,50 L/s*Ha Parámetro Numeral 6.3.4

Área comercial 15,53 Ha Dato Ecociudades Fuente: Elaboración propia




76

Cálculo del caudal de aguas residuales comerciales, tomada de la ecuación 4:

Ecuación 18

Cálculo de QIN

Tabla 25 Parámetros para para calcular QIN

DESCRIPCIÓN DATOS ABREVIATURA UNIDADES OBSERVACIONES

Contribución institucional 0,50 Cin L/s*Ha Parámetro Numeral 6.3.5

Área institucional 22,20 Ain Ha Dato Ecociudades Fuente: Elaboración propia

Cálculo del caudal de aguas residuales institucionales, tomada de la ecuación 5:

Ecuación 19

Cálculo del caudal medio diario, tomada de la ecuación 1:

Ecuación 20




77

7.4 CANAL RECOLECTOR Y LA REJILLA

7.4.1 DATOS PROPUESTOS

A continuación, se describen los datos propuestos para el dimensionamiento del

canal recolector:

Base o ancho del canal recolector

Borde Libre del canal

Espesor del muro

Pendiente del canal

7.4.2 ASIGNACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO

Según tabla 11 se establecen los siguientes parámetros de diseño para calcular la

rejilla:

Velocidad de acercamiento




78

Ángulo de inclinación de la rejilla

Ancho de la sección de la barra

Abertura o espaciamiento de la barra

Según tabla 12 se establece el siguiente diámetro:

Diámetro de la barra (propuesto)

Según tabla 13 se establece el siguiente factor de forma:

7.4.3 DISEÑO

Altura o energía de la velocidad de flujo

Ecuación 21




79

Donde:

Vb = Velocidad de acercamiento

g = aceleración de la gravedad, m/s2

Pérdida de energía en la rejilla

Cálculo de la pérdida de la energía en la rejilla según la ecuación 6, se tiene:

(

)

Ecuación 22

(

)

Área del canal

Ecuación 23




80

Altura de la lámina de agua

Ecuación 24

Altura total del canal

Ecuación 25

Longitud de las barras sumergidas

Ecuación 26




81

Longitud total de las barras

Ecuación 27

Número de barras requeridas

(

)

Ecuación 28

(

)

7.5 DESARENADOR


Ancho en la parte superior de la sección

Se diseñarán 2 unidades desarenadoras lo cual se de flujo horizontal, con sección

de control construida por un vertedero sutro colocado en el extremo del efluente

de la cámara.




82


Velocidad de flujo

Velocidad de sedimentación para partículas de 0,21 mm

Tiempo de retención

7.5.3 DISEÑO

Caudal medio diario

Caudal máximo diario

(

) ( )




83

Caudal mínimo diario

Caudal máximo de emergencia

De la ecuación 9 se obtiene:

Profundidad de flujo en el canal desarenador

Para la determinación de la Altura de velocidad y la profundidad para la sección de

control se utiliza la ecuación de Bernoulli, igualando la energía aguas arriba, en el

canal, con la energía en la sección de control.

Ecuación 29




84

Para canales rectangulares, la profundidad crítica está dada por:

Ecuación 30

Entonces obtenemos:

Altura de velocidad en la sección de control

(

( )

( )

)

Profundidad en la sección de control

Velocidad en la sección de control

√

Área de la sección de control

Ecuación 31




85

Ancho de la sección de control

Ecuación 32

CÁLCULO DEL ANCHO PARA CAUDAL MEDIO

Área de flujo en la sección de control

√

Ecuación 33

√(

)




86

Profundidad de flujo en la sección de control

Ecuación 34

Profundidad en la cámara desarenadora

Ecuación 35

(

)

( )

Ancho de la lámina de agua en el canal

Ecuación 36




87

CÁLCULO DEL ANCHO PARA CAUDAL MÍNIMO


√(

)



Ecuación 37

(

)

( )





88

CÁLCULO DEL ANCHO PARA CAUDAL DE EMERGENCIA


√(

)



Ecuación 38

(

)

( )




89


Longitud del desarenador teórica

Ecuación 39

Longitud mínima recomendada

Ecuación 40

Longitud máxima adicional es el 50% de la longitud teórica




90

Longitud total

Adoptando una longitud adicional de 4,04 obtenemos:

Ecuación 41

Tiempo de retención en el desarenador para el caudal máx.

( )

Ecuación 42

(

)

Tiempo de sedimentación para caudal máx.

Vertedero sutro

Según ecuación 43 se obtiene:




91

Ancho máximo

( )

Ecuación 43

( ( ) )

Área transversal media

Ecuación 44

Área transversal mínima

Ecuación 45




92

Altura media

Ecuación 46

Altura mínima

Ecuación 47

Ancho medio

( )

Ecuación 48

( ( ) )

Ancho mínimo

( )

Ecuación 49




93

( ( ) )

7.6 TANQUE SEDIMENTADOR

Se diseñan 2 unidades sedimentadoras para efectos de mantenimiento.


Diámetro de los orificios de la pantalla difusora

Caudal Pico

El diseño se realiza para un caudal promedio y un caudal pico suponiendo una

relación de 3 presentado a continuación.

(

) ( )




94

Pendiente suave hacia la tolva de lodos

Borde Libre


Zona de entrada

Distancia entre la pantalla difusora y la pared de la entrada

Angulo de emboquillado del orificio

Velocidad de paso por los orificios

Zona de sedimentación

Según tabla No. 18 se asignan los siguientes parámetros de diseño:




95

Carga superficial

Carga superficial máxima

Profundidad de agua

Zona de sedimentación

Carga de rebose sobre el vertedero

7.6.3 DISEÑO

Área requerida para caudal promedio

Ecuación 50




96

Área requerida para caudal pico

Ecuación 51

Ancho del sedimentador

√

Ecuación 52

√




97

Longitud total del tanque

Ecuación 53

(

)

Volumen del tanque

Ecuación 54

Zona de entrada

Área total de los orificios

Ecuación 55




98

Área del orificio

Ecuación 56

Número de orificios

Ecuación 57

Porción de altura de la pantalla difusora con orificios

Ecuación 58




99

Número de filas de orificios

Número de columnas de orificios

Espaciamiento entre filas

Ecuación 59

Espaciamiento entre columnas

( )

Ecuación 60

( )

Relación Largo/Ancho 3 – 6

Ecuación 61




100

Relación Largo/Profundidad 5 – 20

Ecuación 62

Velocidad horizontal

Ecuación 63




101

Velocidad crítica de arrastre

* ( )

+

Ecuación 64

[ ( )

]

Periodo de retención hidráulica

Ecuación 65

Altura máxima

( )

Ecuación 66

(

)




102

Carga de rebose sobre el vertedero

Ecuación 67

( ) ( )

Zona de salida

Vertedero de salida

(

)

Ecuación 14

(

)

7.7 HUMEDAL ARTIFICIAL


Pendiente del lecho




103


Según tabla No.17 se asignan los siguientes parámetros:

Profundidad del agua

Tiempo de retención DBO

Tiempo de retención nitrógeno amoniacal


Conductividad hidráulica - Grava media

Porosidad


CARGA DE DBO




104

CARGA DE NITRÓGENO AMONIACAL

DBO EN EL SEDIMENTADOR PRIMARIO

CONSTANTE DE REMOCIÓN NITRÓGENO AMONIACAL

7.7.3 DISEÑO

Caudal promedio en m3/día

Volumen de agua en el humedal

Ecuación 68




105

Área superficial del humedal

Ecuación 69

Área transversal del humedal

Ecuación 70

Ancho del humedal

Ecuación 71




106

Largo del humedal

Ecuación 72

Cargas orgánicas

DBO

Ecuación 73

DBO en el sedimentador primario




107

Carga hidráulica superficial

Ecuación 74

Verificación efluente DBO

( )

Ecuación 75

La porosidad del lecho filtrante la determinamos mediante la Tabla No.18:

Arena gruesa = 0,40

K0 = 1,839 d-1

( )

( )

Calidad del efluente DBO

(

) )

Calidad del efluente N

(

) )




108

7.8 LECHOS DE SECADO

Caudal promedio

Población


Número de lechos

7.8.2 ASIGNACIÓN DE PARÁMETROS DE DISEÑO

Según tabla No. 21 se asignan los siguientes parámetros de diseño:

Área requerida per cápita

Ancho del lecho para limpieza manual

Profundidad de la capa de lodo




109

Altura sobre la arena

Profundidad de arena

Borde libre por encima de la arena

7.8.3 DISEÑO

Área del lecho de secado

Ecuación 76

Área individual de los lechos de secado

Ecuación 77




110

Longitud del lecho de secado

Ecuación 78




111

7.9 UBICACIÓN Y CONDUCCIÓN DE LAS AGUAS TRATADAS

En el anexo número 4 LOCALIZACION HUMEDAL, se indican las coordenadas

Magna Sirgas del área que ocupara el Humedal y el sitio de vertimiento.

Se presenta un plano con la planta y el perfil de la conducción del efluente tratado

desde el Humedal hasta el sitio previsto para la descarga del efluente en el río

Bogotá

La conducción será una tubería a presión de diámetro de 8” que cruza el río

Balsillas y el Canal Victoria, se ha previsto que el cruce sea subfluvial inicie y

termine por fuera de la ronda del río Balsillas y del Canal Victoria.

7.9.1 VERTIMIENTO AL RÍO BOGOTÁ

La capacidad de asimilación de una corriente es función de una serie de factores

que incluyen el oxígeno disuelto presente en ésta, la velocidad y turbulencia de la

corriente y balance de cargas.

El Río Bogotá en la zona en la cual se proyecta el vertimiento presenta

condiciones anaerobias por lo que no está en condiciones de degradar la materia

orgánica. Las descargas de aguas residuales de la ciudad de Bogotá han

consumido la totalidad del oxígeno que pudiera estar presente en la corriente

En cuanto a las características del medio abiótico, biótico y socioeconómico, es

posible afirmar que el río Bogotá en el sitio en el cual se realizará el vertimiento

tiene oxígeno disuelto igual a cero por lo que no es de esperarse vida alguna en la

corriente.

Las siguientes imágenes son tomadas en la zona de la descarga del río Balsillas y

durante la limpieza del cauce adelantada por la CAR, presenta el estado del río

Bogotá en la zona de interés. En ellas es posible ver las burbujas que se

presentan por la altísima carga de materia orgánica presente en los lodos del

fondo del río.




112

Ilustración 31 Río Balsillas

Fuente: Propia

El río Bogotá tiene en el sector un caudal medio del orden de 27 mᶟ/s, mientras

que el vertimiento del humedal calculado para el proyecto en su etapa final apenas

alcanzará un caudal de 0.1 mᶟ/s, que tan solo representa un 0.37 % del caudal de

río.

El agua del río Bogotá se utiliza para generación de energía a través de las

centrales del Paraíso y la Guaca que opera EMGESA después de bombearlas al

embalse del Muña.

7.10 DIAGNOSTICO Y RENDIMIENTO DEL SISTEMA

Según el MINISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE establece,

en su Resolución 631 de 2015, los parámetros y los valores límites máximos

permisibles en vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a

sistemas de alcantarillado público (17).

Como mínimo, se deben tener en cuenta los siguientes estudios de la calidad de la

fuente receptora (10): Aceites y grasas, DBO, DQO, Sólidos Suspendidos Totales

y Sólidos Sedimentables.




113

Tabla 26 Concentraciones Máximas Permisibles

PARÁMETRO Norma (mg/L)

DBO 200

DQO 400

Grasas Y Aceites 50

Sólidos Sedimentables 5

Sólidos Suspendidos Totales 100 Fuente: Resolución 631 de 2015

7.10.1 DIAGNOSTICO DEL PROCESO DE DEPURACIÓN

Para el tratamiento de aguas residuales del Macroproyecto se dimensionó un

sistema de depuración que cuenta con:

Un pretratamiento en el cual se remueve teóricamente alrededor de 0 a 5%

de los Sólidos Suspendidos, 0 a 5% DQO, 0 a 5% DQO (17).

Un tratamiento primario que remueve alrededor del 30 a 70% de DBO, 30 a

40% DQO, 50 a 65% Sólidos suspendidos y Sólidos sedimentables, 80% de

grasas y aceites (10).

Un tratamiento secundario que remueve alrededor del 70 a 80% de DBO,

65 a 80% DQO, 60 a 70% de sólidos suspendidos y sólidos sedimentables

y 70% de grasas y aceites.

7.10.2 RENDIMIENTO DEL PROCESO DE DEPURACION

El rendimiento determinará la eficiencia del sistema de tratamiento de aguas

residuales del Macroproyecto y la concentración máxima permitida para verter a

un cuerpo de agua. Dicho rendimiento estará dado en porcentaje y se determina

de la siguiente manera:




114

Concentración en el efluente - fase de pretratamiento

(

)

Ecuación 79

(

)

Rendimiento - fase de pretratamiento

(

)

Ecuación 80

(

)

Tabla 27 Rendimiento Pretratamiento

Parámetro Concentración

Permitida

Remoción teórica

asumida

Eficiencia de la

Remoción

Concentración que pasa a la siguiente fase

DBO 200 5% 25% 190

DQO 400 5% 49% 380

Grasas Y Aceites 50 0% 0% 50

Sólidos Sedimentables 5 0% 0% 5

Sólidos Suspendidos Totales 100 5% 7% 95 Fuente: Elaboración propia




115

Ilustración 32 Concentración pretratamiento


Concentración en el efluente - fase de tratamiento primario

(

)

Rendimiento - fase de tratamiento primario

(

)




116

Tabla 28 Rendimiento tratamiento primario


Permitida

Remoción teórica

asumida

Eficiencia de la

Remoción


DBO 190 40% 24% 114

DQO 380 40% 48% 228


Sólidos Sedimentables 5 65% 0% 1,75

Sólidos Suspendidos Totales 95 65% 6% 33,25 Fuente: Elaboración propia

Ilustración 33 Concentración tratamiento primario


Concentración en el efluente - fase de tratamiento secundario

(

)




117

Rendimiento - fase de tratamiento secundario

(

)

Tabla 29 Rendimiento tratamiento secundario


Permitida

Remoción teórica

asumida

Eficiencia de la

Remoción


DBO 114 70% 9% 34,2

DQO 228 80% 30% 45,6


Sólidos Sedimentables 2 70% 0% 0,525

Sólidos Suspendidos Totales 33,3 70% 0% 9,975 Fuente: Elaboración propia

Ilustración 34 Concentración tratamiento secundario





118

Rendimiento para el sistema de tratamiento

Ecuación 81

Tabla 30 Eficiencia total del sistema propuesto

Parámetro Concentración sin

sistema de tratamiento

Concentración con sistema de

tratamiento

Eficiencia Total del sistema de

tratamiento

DBO 200 34,2 82,90%

DQO 400 45,6 88,60%

Grasas Y Aceites 50 3 94,00%

Sólidos Sedimentables 5 0,525 89,50%

Sólidos Suspendidos Totales 100 9,975 90,03% Fuente: Elaboración propia

Ilustración 35 Eficiencia total





119

8 CONCLUSIONES

Como resultado de la evaluación realizada en el Proyecto Ciudad Florecer, es

posible concluir que el humedal artificial como alternativa para el tratamiento de

aguas residuales, tiene altos beneficios como la mejora paisajística, ecosistemas

para diferentes animales de la zona, la mitigación de impactos ambientales, bajos

costos, fácil uso y mantenimiento, teniendo en cuenta que el agua residual en su

fase de disposición final llega con una remoción en promedio del 60% de los

parámetros más relevantes de contaminación como lo son el DBO.

Con los valores arrojados de los cálculos de diseño se puede determinar que para

la implementación de este sistema se necesita contar con un área de terreno

considerable, ya que tan solo para la construcción del humedal se necesita contar

con un área de alrededor de 7 hectáreas, para el presente proyecto no es un

factor que altere el presupuesto ya que dentro de las cargas generales se

encuentra un área destinada para este objetivo.

La implementación del humedal artificial para el MCF objeto de este estudio,

cumple con los requisitos para su funcionamiento, el agua residual está siendo

tratada y muestra una eficacia del 80% aumentando así la remoción de la carga

orgánica disminuyendo a su vez la carga orgánica que llevará a la disposición final

que es el Río Bogotá.

De acuerdo al análisis realizado en este trabajo, la implementación del sistema de

humedales artificiales para Ciudad Florecer es una solución viable para el

tratamiento de las aguas residuales generadas en el proyecto, por las ventajas

que tiene:

No requiere equipos mecánicos

Es una tecnología fácilmente adaptable,

No genera un impacto visual al ser construidos.




120

Una de las desventajas que se tiene con el diseño de este tipo de humedales es

que no se puede estandarizar solo con el número de habitantes, ya que hay otros

factores determinantes como lo son la carga orgánica y el área disponible para su

construcción.

En Colombia no existe un dato puntual de la cantidad de humedales artificiales

construidos para el tratamiento de las aguas residuales, de lo cual es fácil deducir

que la implementación de este sistema es mínima y que es difícil que se convierta

en una de las principales tecnologías empleadas para el tratamiento, es por esta

razón que como ingenieros debemos promover todas las tecnologías que

beneficien el medio ambiente y a su vez sean viables, eficientes y económicas.

Cada unidad de tratamiento ha sido diseñada según los criterios de diseño y

ecuaciones sugeridas por las normas y guías de diseño de Jairo Romero, para

sistemas de tratamiento de aguas residuales con el fin de obtener y garantizar un

grado acertado de depuración.

Se logra evidenciar como la eficiencia de depuración del sistema de tratamiento de

aguas residuales logra remover un poco más del 80% de los contaminantes más

importantes de las aguas servidas, cumpliendo con los límites permisibles de la

normativa del Ministerio de Ambiente.




121

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vertical para el tratamiento de aguas residuales en la UCLV. Facultad de Química -

Farmacia. [En línea]

http://dspace.uclv.edu.cu/bitstream/handle/123456789/1285/Q07036.pdf?sequenc

e=1&isAllowed=y.




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