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PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL POR ZANJON DE OXIDACION PARA EL CASCO URBANO DEL

MUNICIPIO DE VELEZ -SANTANDER.

LADY JOHANA GALEANO NIETO VIVIAN DANIELA ROJAS IBARRA

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL TRABAJO DE GRADO

BOGOTA D.C. 2016

PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL POR ZANJON DE OXIDACION PARA EL CASCO URBANO DEL

MUNICIPIO DE VELEZ - SANTANDER.

LADY JOHANA GALEANO NIETO VIVIAN DANIELA ROJAS IBARRA

Trabajo de investigación para optar al título de Ingeniero Civil

Director del Proyecto Ing. Felipe Santamaría Álzate

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL TRABAJO DE GRADO

BOGOTA D.C 2016

Nota de aceptación

______________________________________

______________________________________

______________________________________

______________________________________ Director de Investigación

Ing. Felipe Santamaría Álzate

______________________________________ Jurado

Bogotá D.C, noviembre, 2016

En esta etapa tan trascendental de mi existencia, quiero ofrecer un sentido

agradecimiento dedicando este trabajo, al esfuerzo inmarcesible realizado por mis

padres en aras de ver plasmado mi sueño como profesional, y desde mi posición tan

humilde le otorgo la gloria a Dios porque sin su voluntad mi logro no se hubiese

culminado, gracias a todas y cada una y de las personas que apostaron a mi causa y

nunca dudaron de mis capacidades; a mi padre Álvaro Francisco Rojas y su psicología

inversa que siempre desafío mi ego, pero ahora comprendo su altruismo, ese que solo

buscaba mantener mi lado gladiador incólume siempre dispuesto a dar lo mejor de mi

desafiando cualquier obstáculo que emergiera en el camino, a mi madre Rosa Amelia

Ibarra , esa mujer que dispuesta a todo fue mi cimiento y las columnas que sostuvieron

con orgullo y dedicación mi más añorado sueño que hoy veo realizado, y a mi hermano

Álvaro Andrés Rojas que siempre me alentó a seguir y creyó en mi ciegamente, gracias

por todo el amor y el apoyo.

VIVIAN DANIELA

Dedico esta tesis primeramente a Dios, que fue el que me permitió culminar con éxito esta hermosa etapa de mi vida, etapa en la cual pude entender y valorar cada una de las

bendiciones con las cuales él me rodea A mi madre, Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha

permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por infundir en mi la lucha y el deseo de superación, resaltando su apoyo en los momentos de duda, desesperación y

felicidad. A mi padre, por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y su apoyo

incondicional

LADY JOHANA

http://www.dedicatoria.net/dios/

AGRADECIMIENTOS

Las autoras expresan su agradecimiento a:

Nos encontramos agradecidas por el esfuerzo y dedicación que como director de trabajo de grado ha realizado el ingeniero Felipe Santamaría Álzate; aportando a una noble causa, que ha hecho suya, guiándonos para contribuir al progreso de la infraestructura de un país en desarrollo, desde sus conocimientos como ingeniero sanitario y ambiental y especialista en saneamiento básico. A la Universidad Católica de Colombia por abrir sus puertas y crear espacios académicos, a través de sus diferentes áreas del conocimiento, para nuestra formación como profesionales.

TABLA DE CONTENIDO

1 GENERALIDADES ......................................................................................... 23

1.1 PERFIL DEL PROYECTO ....................................................................... 23

1.1.1 Ubicación geográfica. ............................................................................ 23

Limites: .................................................................................................. 23

1.1.3 Clima. ..................................................................................................... 24

1.1.4 Fuentes hidrográficas. ........................................................................... 24

1.1.5. Población .............................................................................................. 24

1.2 ANTECEDENTES.................................................................................... 25

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ..................................................... 26

1.4 OBJETIVOS ............................................................................................ 26

General .................................................................................................. 26

Específicos ............................................................................................ 26

1.5 JUSTIFICACIÓN...................................................................................... 27

1.6 DELIMITACION ....................................................................................... 28

1.6.1 Alcance. ................................................................................................. 28

1.6.2. Tiempo. ................................................................................................. 28

1.6.3 Espacio. ................................................................................................. 28

1.6.4 Limitaciones. .......................................................................................... 28

1.7 MARCO TEORICO .................................................................................. 28

1.7.1 Impactos negativos en la salubridad ciudadana. ................................... 29

1.7.2. Estado de infraestructuras de servicios de agua potable y saneamiento

básico del municipio de Vélez. ........................................................................ 29

1.8 ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LA PTAR .......................................... 30

1.81. Tratamiento preliminar ........................................................................... 30

1.8.2 Cribado. ................................................................................................. 30

1.8.3 Desarenador .......................................................................................... 31

1.8.4 Tratamiento secundario. ........................................................................ 32

1.8.5 Zanjón de oxidación. .............................................................................. 32

1.8.6 Aireación prolongada. ............................................................................ 35

1.8.7 Sedimentador secundario. ..................................................................... 36

Criterios generales para el diseño de tanques de sedimentación .......... 37

Tipos de tanques de sedimentación: ..................................................... 37

1.8.10 Tanque secundario de sedimentación ................................................. 38

1.8.11 Tratamiento de lodos. .......................................................................... 39

1.8.12 Tipos de lodos...................................................................................... 40

1.8.13 Características de los lodos ................................................................. 41

1.8.14 Métodos de tratamiento de lodos. ........................................................ 43

1.8.15 Secado de lodos. ................................................................................. 44

1.8.16 Objetivos del secado de lodos: ............................................................ 45

1.8.17 Lechos de secado de arenas ............................................................... 45

1.9 MARCO CONCEPTUAL .......................................................................... 47

1.9.1 Saneamiento básico. ............................................................................. 47

1.9.2 Aguas residuales. .................................................................................. 47

Coliformes. ........................................................................................... 48

Alcantarillado combinado. .................................................................... 48

D.B.O. .................................................................................................... 48

D.Q.O. .................................................................................................. 48

RAS-2000. ............................................................................................. 48

Lodos activados. .................................................................................. 49

1.9.7 Zanjón de oxidación. .............................................................................. 49

1.9.8 Política y normatividad relacionada con el manejo y tratamiento de...... 49

1.10 METODOLOGIA ...................................................................................... 51

1.10.1 Recolección de información ................................................................. 51

1.10.2 Análisis de datos. ................................................................................. 51

1.10.3 Diseño hidráulico de la planta. ............................................................. 51

2 DISEÑO METODOLOGICO ........................................................................... 53

2.1 PROYECCION DE LA POBLACION ....................................................... 53

2.1.1 Método geométrico. ............................................................................... 53

2.1.2 Periodo de diseño. ................................................................................. 54

2.1.3 Dotación. ................................................................................................ 54

Consumo domestico .............................................................................. 54

2.1.5 Estimación del consumo medio diario por habitante .............................. 55

2.1.6 Estimación de la población servida. ....................................................... 55

2.1.7 Caudal Medio Diario. ............................................................................. 58

2.1.6 Caudal Máximo horario. ......................................................................... 58

2.1.7 Caudal de diseño. .................................................................................. 58

Estimación de la población y caudal de diseño...................................... 59

2.2 CANAL DE ENTRADA ............................................................................. 60

Diseño canal de entrada ........................................................................ 61

2.3 PRETRATAMIENTO ................................................................................ 62

2.3.1 Diseño de estructura de cribado. ........................................................... 62

2.3.2 Perdidas en rejillas. ................................................................................ 62

Diseño estructura de cribado ................................................................. 65

2.4 DESARENADOR ..................................................................................... 66

Consideraciones de diseño .................................................................... 66

Diseño de desarenador .......................................................................... 69

2.5 TRATAMIENTO SECUNDARIO .............................................................. 70

2.5.1 Zanjón de oxidación ............................................................................... 70

Diseño del zanjón de oxidación ............................................................. 74

2.6 SEDIMENTADOR SECUNDARIO ........................................................... 76

Diseño de sedimentador secundario ...................................................... 78

Fuente. Autores .................................................................................................. 78

2.7 RECIRCULACIÓN DE LODOS................................................................ 79

Diseño de recirculaciòn .......................................................................... 80

2.8 TRATAMIENTO DE LODOS ................................................................... 80

2.8.1 Producción de lodos. ............................................................................. 80

2.8.2 Lechos de secado de arenas. ................................................................ 81

2.8.3 Geometría. ............................................................................................. 81

Drenajes ................................................................................................ 81

2.8.5 Granulometrías. ..................................................................................... 81

2.8.6 Recolección de percolados .................................................................... 82

2.8.7 Disposición de lodos. ............................................................................. 82

2.8.8 Necesidad de Cobertura. ....................................................................... 82

2.8.9 Operación y mantenimiento. .................................................................. 82

2.8.10 Eficiencias típicas de remoción ............................................................ 83

Diseño de tratamiento de lodos ........................................................... 83

3 CONCLUSIONES ........................................................................................... 85

4 RECOMENDACIONES ................................................................................... 87

BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 88

Anexo ..................................................................................................................... 92

LISTAS DE TABLAS

Tabla 1. Población de Vélez Santander ................................................................. 24

Tabla 2. PTAR por zanjón de oxidación ................................................................. 29

Tabla 3. Principales fuentes de solidos .................................................................. 40

Tabla 4. Características de los lodos ..................................................................... 41

Tabla 5. Descripción de los lodos producidos por los procesos de tratamiento ..... 42

Tabla 6. Concentraciones típicas de sólidos y DBO en procesos de tratamiento de

lodos. ..................................................................................................................... 43

Tabla 7. Estudio estadístico DANE ........................................................................ 53

Tabla 8. Asignación del nivel de complejidad del sistema ..................................... 54

Tabla 9.Consumo industrial del municipio de Vélez ............................................... 55

Tabla 10. Consumo institucional del municipio de Vélez ....................................... 56

Tabla 11. Consumo escolar municipio de Vélez .................................................... 56

Tabla 12. Consumo comercial municipio de Vélez ................................................ 57

Tabla 13. Consumo público municipio de Vélez .................................................... 57

Tabla 14. Caudal de diseño ................................................................................... 59

Tabla 15. Continuación .......................................................................................... 60

Tabla 16. Canal rectangular ................................................................................... 61

Tabla 17. Parámetros de rejillas ............................................................................ 62

Tabla 18. Coeficiente de pérdida para rejillas ........................................................ 63

Tabla 19. Calculo rejilla .......................................................................................... 65

Tabla 20. Especificaciones del material ................................................................. 66

Tabla 21. Numero de Hazen .................................................................................. 67

Tabla 22. Calculo del desarenador ........................................................................ 69


Tabla 24. Parámetros de diseño de zanjones de oxidación ................................... 71

Tabla 25. Calculo zanjón de oxidación .................................................................. 74


Tabla 27. Especificaciones técnicas cepillos de aireación prolongada .................. 76

Tabla 28. Parámetros de diseño de sedimentadores secundarios ........................ 76

Tabla 29. Calculo sedimentador secundario .......................................................... 78

Tabla 30. Calculo recirculación .............................................................................. 80

Tabla 31. Eficiencias típicas de remoción .............................................................. 83

Tabla 32. Calculo tratamiento de lodos .................................................................. 83


LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Ubicación geográfica de Vélez._______________________________ 23

Figura 2. Rejilla __________________________________________________ 31

Figura 3. Desarenador _____________________________________________ 32

Figura 4. Zanjón de oxidación _______________________________________ 36

Figura 5.Partes de un tanque de sedimentación _________________________ 39

Figura 6. Tanque de sedimentación ___________________________________ 39

Figura 7. Procesos principales de tratamiento y disposición de lodos. ________ 44

Figura 8. Lecho de secado__________________________________________ 47

Figura 9. Esquema de funcionamiento de la PTAR _______________________ 60

Figura 10. Diferentes formas de barrotes de rejillas ______________________ 63

Figura 11. Curva rotor de aireación tipo mr10 ___________________________ 75

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Estudio físico- químico de los vertimientos ............................................ 92

Anexo B. Rotores del zanjón.................................................................................. 94

Anexo C. Esquema general de la planta ................................................................ 96

Anexo D. Esquema de cortes de la planta ............................................................ 97

Anexo E. Manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de

agua residual del municipio de Vélez. .................................................................... 98

GLOSARIO

AFLUENTE: “El concepto de afluente es habitual en la hidrología en referencia al

cuerpo de agua cuya desembocadura no se produce en el mar, sino que lo hace en un río superior o de mayor importancia. El afluente o tributario se une al efluente en el sitio o zona conocida como confluencia.” (PÉREZ, 2012)

AIREACION: “La aireación es el proceso mediante el cual el agua se pone en contacto íntimo con el aire para modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella. su función principal en el tratamiento de agua residuales es proporcionar oxígeno y mezcla en los procesos de tratamiento biológico aerobio.” (ROMERO, 2002)

CARGA ORGANICA: “Producto de la concentración media de DBO por el caudal medio determinado en el mismo sitio; se expresa en kilogramos por día (kg/d).” (ROMERO, 2002)

CARGA SUPERFICIAL: “Caudal o masa de un parámetro por unidad de área y por unidad de tiempo, que se emplea para dimensionar un proceso de tratamiento, m3 / (m2 día)”. (ROMERO, 2002)

DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO: “Cantidad de oxigeno usado en la estabilización de la materia orgánica carbonacea y nitrogenada por acción de los microrganismos en condiciones de tiempo y temperatura especificados. Mide indirectamente el contenido de materia orgánica biodegradable” (ROMERO, 2002)

DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO: “Medida de la cantidad de oxigeno requerido

para oxidación química de la materia orgánica del agua residual, usando como oxidantes sales orgánicas de permanganato o dicromato en un ambiente ácido y a altas temperaturas.” (ROMERO, 2002)

DENSIDAD DE POBLACION: “Número de personas que habitan dentro de un área

bruta o neta determinada.” (Dirección General de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000)

DESARENADORES: “Cámara diseñada para permitir la separación gravitacional de solidos minerales (arena)”. (ROMERO, 2002)

DESHIDRATACION DE LODOS: “Proceso de remoción del agua de lodos hasta

formar una pasta.” (ROMERO, 2002)

EDAD DE LODO: “Tiempo medio de residencia celular en el tanque de aireación.” (ROMERO, 2002)

EFICIENCIA DE TRATAMIENTO: “Relación entre la masa o concentración

removida y la masa o concentración en el efluente, para un proceso o planta de tratamiento y un parámetro especifico, normalmente se expresa en porcentaje.” (ROMERO, 2002)

EFLUENTE: “Término empleado para nombrar a las aguas servidas con desechos

sólidos, líquidos o gaseosos que son emitidos por viviendas y/o industrias, generalmente a los cursos de agua; o que se incorporan a estas por el escurrimiento de terrenos causado por las lluvias.” (SPINELLI, 2016)

EMISARIO FINAL: “Colectores cerrados que llevan parte o la totalidad de las aguas

lluvias, sanitarias o combinadas de una localidad hasta el sitio de vertimiento o a las plantas de tratamiento de aguas residuales.” (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA POTABLE

Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2000)

EMISARIO: “Canal o tubería que recibe las aguas residuales de un sistema de

alcantarillado y las lleva a una planta de tratamiento o de una planta de tratamiento y las lleva hasta el punto de disposición final.” (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA

POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2000)

FLOC: “Es un conglomerado de partículas sólidas que se genera a través de los procesos de coagulación y floculación. El floc está constituido en primer lugar por los sólidos que se separan del agua, así como también por los sólidos que aporta el coagulante.” (GIL, 2016)

FLOCULACIÓN: “Es la aglomeración de partículas desestabilizadas en

microflóculos y después en los flóculos más grandes que pueden ser depositados llamados floculo. La adición de otro reactivo llamado floculante o una ayuda del floculante puede promover la formación del floculo.” (LENNTECH, 2016)

LICOR MIXTO: “Mezcla de lodo activado y aguas residuales en el tanque de aireación que fluye a un tanque de sedimentación secundario en donde se sedimentan los lodos activados.” (ROMERO, 2002)

LODOS ACTIVADOS: “Proceso de tratamiento bilógico de aguas residuales en

ambiente químico aerobio.” (ROMERO, 2002)

POBLACION SERVIDA: “Número de habitantes que son servidos por un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales”. (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA


TIEMPO DE RETENCON HIDRAULICO: “Tiempo medio que se demoran las partículas de agua en un proceso de tratamiento. Usualmente se expresa como la razón entre en caudal y el volumen útil.” (ROMERO, 2002)

ZANJON DE OXIDACION: “El zanjón de oxidación es un proceso de lodos

activados, de tipo aireación prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas, para la aireación y mezcla. Como equipo de aireación y circulación del licor mezclado usa aireadores mecánicos del tipo cepillos horizontales, de jaula o de discos.” (ROMERO, 2002)

RESUMEN

La calidad del agua es un factor que limita la disponibilidad del recurso hídrico y restringe su uso. El aumento en la demanda de agua tiene como consecuencia un crecimiento en el volumen de los residuos líquidos, cuya descarga, sin una apropiada recolección, evacuación y tratamiento, perjudica la calidad de las aguas y contribuye con los problemas de disponibilidad del recurso hídrico. (MINISTERIO DE

AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2004)

El municipio de Vélez Santander tiene una gran necesidad de tratar las aguas residuales ya que no existe ningún sistema que trate estas aguas, por consecuencia, las quebradas donde son vertidas las aguas residuales del alcantarillado del municipio, presenta un alto nivel de contaminación.

En el presente trabajo se plantea el diseño hidráulico de una planta de tratamiento de agua residual por zanjón de oxidación, para la remoción del 80% de carga de DBO y solidos suspendidos totales en el efluente final para el casco urbano del municipio de Vélez Santander con el respectivo manual de operaciones y mantenimiento de la PTAR; el diseño está compuesto por diferentes etapas como el tratamiento preliminar y tratamiento secundario, el pre tratamiento comprende un canal de captación, la estructura de cribado y un desarenador de flujo horizontal, el tratamiento secundario está compuesto por el zanjón de oxidación que realiza el proceso biológico , un sedimentador secundario y por último el tratamiento de lodos por medio de lechos de secado de arenas.

PALABRAS CLAVES: Cribado, DBO, PTAR, recurso hídrico, sedimentador, zanjón

de oxidación.

ABSTRACT

Water quality is a factor limiting the availability of water resources and restricts its use. The increase in water demand has resulted in a growth in the volume of liquid waste, the discharge without proper collection, disposal and treatment, impairs the quality of water and contributes to the problems of availability of water resources. (MINISTRY OF ENVIRONMENT, HOUSING AND TERRITORIAL DEVELOPMENT, 2004)

The municipality of Velez Santander has a great need to treat wastewater because there is no system that treats these waters, consequently, where the streams are discharged wastewater sewer of the municipality, has a high level of contamination.

In this work the hydraulic design of a treatment plant wastewater is posed by zanjón oxidation to remove 80% of BOD load and total suspended solids in the final effluent for urban municipality of Velez Santander the respective manual operations and

maintenance of the wastewater treatment plant; design consists of different stages as the preliminary treatment and secondary treatment, the pretreatment comprises a channel acquisition, the structure of screening and degritter horizontal flow, the secondary treatment is composed of the ditch oxidation performing the biological process a settling tank and finally the sludge treatment by sand drying beds.

KEYWORDS: Screening, DBO, wastewater treatment plant, water resources,

clarifier, oxidation ditch.

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INTRODUCCION

El agua es uno de los compuestos más abundantes de la naturaleza y cubre aproximadamente las tres cuartas partes de la superficie de la tierra. Sin embargo, en contra de lo que pudiera parecer, diversos factores limitan la disponibilidad de agua para uso humano. La eliminación de aguas residuales no tratadas produce impactos ambientales negativos en los cursos de agua receptores, en función de la concentración de contaminantes que dichas aguas contengan. La disposición de los líquidos residuales (sin tratamiento) o pre tratados (rejas y desarenador) en el suelo o cuerpos receptores naturales como ríos, lagunas, constituye una alternativa comúnmente empleada en el pasado, e incluso aún hoy día existen zonas que mantienen esta práctica. Dependiendo de la carga orgánica vertida, los líquidos residuales provocan la total degradación del medio receptor, o bien éste demuestra tener capacidad de recibir y depurar los contaminantes presentes sin alcanzar niveles en sus parámetros de calidad que comprometan el uso del mismo (cualquiera sea éste) o bien el ecosistema que en él se desarrolla. Esto demuestra que la naturaleza tiene condiciones de desarrollar un tratamiento de los líquidos residuales, siempre y cuando no exista una sobrecarga y de que haya buenas condiciones ambientales que permitan la evolución, reproducción y crecimiento de los organismos que descomponen la materia orgánica. (The use of oxidation ditches for treatment of sewage from

small communities., 2001)

Una planta de tratamiento es un sistema que reproduce los mecanismos de depuración que tienen lugar naturalmente en el suelo y las aguas. En las plantas de tratamiento se optimizan los procesos físicos y bioquímicos, así como los costos que ello implica, haciendo un uso intensivo del área y procurando conseguir la mayor eficiencia posible, a la vez que se respetan las restricciones o exigencias de la normativa con el objeto de proteger el cuerpo receptor (ecosistema) y no afectar los usos que el hombre realiza del mismo. (The use of oxidation ditches for treatment of

sewage from small communities., 2001)

“El tratamiento de aguas en Colombia se ha convertido en uno de los problemas ambientales más críticos y crecientes. La descarga de aguas residuales domésticas y los vertimientos agropecuarios están contaminando los ríos, las aguas subterráneas, los humedales y las represas de agua, causando un grave daño al medio ambiente y a la salud humana”. (ENDESA, 2015)

Es de gran importancia para la salud, el bienestar de la población, el desarrollo del país, y para la mitigación de los impactos ambientales negativos tratar las aguas,

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debido a que son utilizadas indiscriminadamente como en el riego de cultivos, donde los agricultores causantes de contaminación, pueden ocasionar enfermedades gastrointestinales, por la utilización de agua residual sin tratar o con un tratamiento muy deficiente.

El presente proyecto tiene como propósito realizar el diseño hidráulico de la planta de tratamiento de aguas residuales para el casco urbano del municipio de Vélez Santander, teniendo en cuenta la necesidad del municipio ya que la entrega de aguas residuales se hace directamente a las zanjas naturales o a las quebradas, sin ningún tipo de tratamiento, buscando la opción más óptima y viable para el municipio.

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1 GENERALIDADES

1.1 PERFIL DEL PROYECTO

1.1.1 Ubicación geográfica. El Municipio de Vélez está situado al sur del departamento de Santander, distante unos 231 km de la capital, Bucaramanga, y aproximadamente a 200 km de la ciudad de Bogotá. (ALCALDÍA DE VÉLEZ -

SANTANDER, 2016)

Limites:

Sur: Chipata.

Norte: Barbosa.

Oriente: Guepsa.

Occidente: Landázuri.

Su extensión total es de 27 134 Km2; extensión área urbana de 11 097Km2, extensión área rural 16 037 Km2. La altitud en la cabecera municipal es de 2.050 msnm (casco urbano). (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016)

Figura 1. Ubicación geográfica de Vélez.

Fuente. (FONTECHA, 2014)

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1.1.3 Clima. Su temperatura media es de 17°C. Vélez está ubicada en la bio-región

sub-andina de Santander con una variedad de microclimas y un escenario paisajístico envidiable propicio para el desarrollo de diferentes actividades agrícolas y ganaderas, cuenta con un ecosistema estratégico indispensable para el desarrollo económico del municipio de Vélez que se ha venido afectando por la deforestación en especial en las fuentes hídricas que abastecen de agua al municipio en el sector urbano y rural. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016)

1.1.4 Fuentes hidrográficas. Presenta límites físicos naturales representados al

Norte y oriente con el río Opón que lo delimita con los municipios de Simacota y Santa Helena del Opón, al oriente con el río Quiratá, que lo separa del municipio de la Paz; con el municipio de Chipatá lo delimita la Loma Alta, La Cuchilla, el boquete de Jaime; al oriente y sur oriente la Quebrada Ropero lo limita de Güepsa y Barbosa; al sur – occidente la Quebradas Sacana, la Quebrada Canoas y Ceniza lo separa de Guavatá; al occidente con el municipio de Bolívar lo delimita las Quebradas Honda, Bohórquez, el Río Aguamiel y la Quebrada Amarillo, mientras con el Municipio de Landázuri el Río Blanco en algunas secciones de su curso y la Quebrada Larga. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016)

Las principales fuentes hídricas en las cuales se depositan las Aguas residuales conducidas a través de las 3 redes sanitarias urbanas descargan a:

La Quebrada El Hospital o de las Flores, con un punto de vertimiento la red número uno (1). La Quebrada el Palenque llega parte de las aguas de la red tres (3). La Quebrada Puente Tabla recibe en tres puntos las aguas servidas de la Red tres. Al Zanjón Puente de los Ríos llegan las aguas de la red dos (2) o zona central y parte de la red uno, Las Quebradas El Hospital, Palenque, Puente Tabla y Zanjón Puente de los Ríos, son tributarias de la Quebrada el Ropero. (ALCALDÍA DE VÉLEZ -

SANTANDER, 2016)

1.1.5. Población. La población del municipio de Vélez fue tomada de los resultados del último boletín del DANE censo general 2005, considerando que el presente trabajo se realizara en la zona de cabecera municipal, los datos más recientes por viviendas y personas se encuentran en la tabla1.

Tabla 1. Población de Vélez Santander

Área Viviendas

censo

Hogares

general

Personas

2005

Proyección

población 2010

Cabecera 2.051 2.581 9.592 10.019

Resto 2.871 2.572 9.673 9.374

Total 5.372 5.153 19.262 19.393

Fuente.(DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO NACIONAL DE ESTADÍSTICA, 2016)

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1.2 ANTECEDENTES

Desde tiempos atrás algunas culturas tanto orientales como occidentales, empleaban el agua de fuentes aledañas al lugar de su asentamiento, quienes después de su utilización la reingresaban de diversas formas a la misma fuente, dejando a la naturaleza a cargo de la depuración del líquido. Mientras la población no fuera excesiva, el agua se diluía sin mayor problema y los pobladores de aguas abajo podían usarla con mínimo riesgo. La gravedad se fue presentando a través del tiempo debido a que fue aumentando la población que devolvían aguas altamente contaminadas y la naturaleza no tiene capacidad para depurarlas.

El tratamiento de las aguas residuales nace en la necesidad de eliminar toda aquella sustancia o componente que pueda producir daños al medio ambiente y riesgos para la salud humana. “Su utilización comienza a finales del año 1800 y principios del actual siglo y coincide con la época de la higiene”. (CISNEROS JIMÉNEZ, 2008)

A fin de evitar estos problemas se idearon y llevaron a la práctica nuevos métodos de tratamiento intensivo. De este modo, “se estudió la precipitación química, digestión de fangos, filtración intermitente en arena, filtración en lechos de contacto y finalmente en 1916 se creó la primera planta tratamiento municipal de agua residual en Estados Unidos”. (CISNEROS JIMÉNEZ, 2008)

La construcción de sistemas de tratamientos de aguas en Colombia es una práctica relativamente reciente. Colombia trata el 10% de las aguas residuales a pesar de contar con una capacidad instalada que alcanzaría el 20% (EL ESPECTADOR,

2016). Según un estudio de UNICEF, menos de la cuarta parte de los municipios de 21 departamentos analizados cuentan con una planta de tratamiento de aguas residuales. (ENDESA, 2015)

En la actualidad la zona de estudio específico del tratamiento de agua residual corresponde al casco urbano perteneciente al Municipio de Vélez, el cual cuenta con un sistema de alcantarillado de aguas residuales combinado, que fue construido en 1965 aproximadamente, donde el manejo de aguas residuales en las zonas rurales se realizaba mediante pozos sépticos artesanales y “hoy el servicio público de alcantarillado cuenta con nivel moderado, debido a que mantiene una cobertura total de las domiciliarias de la población objetivo, sin contar con la expansión urbanística del casco urbano”. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016)

Diariamente las actividades socioeconómicas descargan a los cuerpos de agua, sustancias de características diversas como residuos sólidos, material orgánico, compuestos químicos, metales y material vegetal, entre otros. Cuyas principales fuentes de degradación son las actividades domésticas, industriales y agropecuarias, las cuales han originado a través de los años una afectación de los sistemas hidrobiológicos y una alteración de la calidad del agua.

http://www.unicef.org.co/pdf/Agua3.pdf

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1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

El municipio de Vélez no cuenta con una planta de tratamiento de agua residual en el casco urbano, por lo tanto los vertimientos o entregas de agua residual se hacen directamente a las quebradas provenientes del sistema de alcantarillado combinado, los cuales se hacen sin ningún tipo de tratamiento, ni control al cuerpo natural, ocasionando impactos negativos sobre el medio ambiente, problemas de salud y malos olores en la población, las viviendas y las fincas ubicadas en el área de vertimiento. “El aumento de caudal, las altas pendientes de este cauce y la elevada susceptibilidad por su conformación litológica y tipología de suelos, están generando procesos de inestabilidad del terreno en el punto de entrega”, además aguas abajo de la entrega estas aguas son utilizadas para riego, por consiguiente es necesario construir un tratamiento para el agua residual, sobre las descargas directas o aguas arriba del sitio de vertimiento, con el fin de poder hacer una reutilización de aguas servidas aptas para la agricultura. (CASTAÑEDA, 2012)

La falta tratamiento contribuye a la proliferación de moscas y zancudos causantes de enfermedades transmisibles como el dengue, paludismo y enfermedades gastrointestinales que afectan a la comunidad veleña, lo que conlleva a dar solución a la siguiente pregunta ¿Cómo implementar un tratamiento que garantice una remoción de contaminación por la descarga de esta agua residual a las fuentes hídricas del casco urbano del municipio de Vélez?

1.4 OBJETIVOS

General

Proponer el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para mejorar la calidad de las fuentes hídricas del municipio de Vélez.

Específicos

Recopilar información sobre las características fisicoquímicas de las aguas residuales del municipio de Vélez Santander.

Generar los diseños básicos de una planta de tratamiento de agua residual por zanjón de oxidación para la remoción del 80% de carga de DBO y solidos suspendidos totales en el efluente final.

Presentar el manual de operación de la planta de tratamiento de agua residual.

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1.5 JUSTIFICACIÓN.

Las aguas residuales y su tratamiento son un tema de gran importancia, ya que el agua no es abundante en todas las partes del planeta y hoy en día debido al cambio desmedido de la temperatura ha provocado sequías y racionamiento de agua que han afectado a toda población en los últimos anos. Por eso se requiere cuidar el agua e insistir en aplicar un correcto tratamiento de aguas para así contribuir con el cuidado de la misma. Basado en la ley 09 de 1979 (código sanitario nacional) que compete al saneamiento y específicamente al tratamiento de aguas residuales, donde se estipula que el agua recolectada de los pueblos y ciudades, debe devolverse al medio ambiente en condiciones tales que no la deteriore. (ALCALDIA MAYOR DE BOGOTA, 2016)

Las subcuencas las flores y el palenque, que son las fuentes hídricas donde se vierten las aguas residuales del casco urbano presentado un caudal: 9,68 l/s y DBO: 0,5 Ton/día, han venido disminuyendo su caudal y biodiversidad del municipio, por lo cual ha hecho que la corporación autónoma de Santander (CAS) tome medidas y requiera que el municipio ponga en marcha una planta de tratamiento de agua residual. (CASTAÑEDA, 2012)

Vélez es considerado como uno de los municipios con escases de agua por este motivo es de vital importancia desarrollar una Gestión Integral de los riesgos asociados a la oferta y disponibilidad del agua. Por lo anterior, es necesario que, en un municipio en desarrollo como Vélez, existan todos los servicios básicos indispensables, por múltiples razones, una de las predominantes es proteger el medio ambiente, mediante el manejo y tratamiento adecuado de las aguas residuales del municipio. Al implementar este tratamiento, se obtendrá reducción del nivel de contaminación del cuerpo receptor, aumento de los niveles de oxígeno disuelto, de flora ,y fauna característica, disminución al municipio o municipios vecinos de los recursos invertidos para potabilización del agua de poblaciones ubicadas aguas abajo de los sitios de vertimiento, reducirá la vulnerabilidad a las enfermedades infecciosas, mejorara la calidad de vida de los habitantes al igual que la imagen urbana y esto ayudara al desarrollo integral de la ciudad. Por ende, se decide a realizar una propuesta de diseño hidráulico de tratamiento de las aguas residuales en esta zona que beneficiara a futuras generaciones.

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1.6 DELIMITACION

1.6.1 Alcance. Realización de la propuesta del diseño hidráulico de la planta de

tratamiento de aguas residuales para el casco urbano del municipio de Vélez Santander en un tiempo estimado de seis meses, la propuesta incluirá la recopilación de información del análisis de la DBO generada en la cabecera municipal de Vélez Santander, y el diseño hidráulico de la planta de tratamiento de aguas residuales por zanjón de oxidación con el manual de operación de la planta.

1.6.2. Tiempo. El trabajo de grado se realizó en un tiempo aproximadamente de 6 meses, fecha de iniciación 1/06/2016, fecha de finalización 22/10/2016.

1.6.3 Espacio. El trabajo de investigación se limita para el casco urbano en el municipio de Vélez Santander ya que para esta región fue realizado el diseño hidráulico de la planta de tratamiento de agua residual.

1.6.4 Limitaciones. Se presentaron dificultades en el desplazamiento hacia Vélez Santander ya que por motivos de tiempo no se pudo viajar con más frecuencia, otra limitación fue el hecho de no tener facilidad de acceso a los datos actualizados por parte de la alcaldía municipal de Vélez, esto causo un mayor tiempo para recopilar la información requerida para el proyecto.

1.7 MARCO TEORICO

En Colombia a partir del desarrollo industrial y el rápido crecimiento de la población se vio afectado los cauces naturales y el deterioro de los ecosistemas presentes en ellos, lamentablemente las industrias no encaminaban su interés en estos problemas ambientales. Por esta razón el Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo implemento nuevas normas de vertimientos como la reglamentada en el artículo 28 del decreto 3930 de 2010, actualizada el decreto 1594 de 1984, especialmente para las personas que realizan actividades industriales, comerciales o de servicios. Debido a esta situación los municipios comenzaron a desarrollar proyectos de saneamiento ambiental que se centraron en la construcción de plantas de tratamiento de agua residuales para mejorar las condiciones de los causes receptores. En Colombia en 989 localidades, en áreas con menos de 30.000 habitantes, el 78% no tiene tratamiento alguno de aguas residuales. En el 2002 en Cundinamarca existían 38 PTAR, Según el CONPES 3177 del 2002 (DEPARTAMENTO NACIONAL DE

PLANEACION, 2002), existían 237 plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas en 235 municipios, con deficiencias como poca capacidad, procesos incompletos o nula operación.

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Principalmente en Cundinamarca se construyeron plantas de tratamiento de aguas residuales por medio de zanjones de oxidación, ver tabla 2. Tabla 2. PTAR por zanjón de oxidación

Municipio Nombre de la

Planta Caudal (l/s)

Tratamiento Biológico Empleado.

Cundinamarca Cota 5 Tanque de aireación (Zanjón)

Cundinamarca Facatativá 180 Tanque de aireación (Zanjones)

Cundinamarca Funza 80 Tanque de aireación (Zanjones)

Cundinamarca Guatavita 8 Tanque de aireación (Zanjón)

Fuente. (DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACION, 2002)

1.7.1 Impactos negativos en la salubridad ciudadana. Los impactos más

relevantes en el sector de agua potable y saneamiento en el país afectan principalmente a la salud pública, la poca accesibilidad de servicios de agua potable y la falta de higiene y educación ya sea por bajos recursos económicos, manifiestan un nivel de alto riesgo para la salud de los habitantes. Las enfermedades que más se presentan en estos casos son:

Enfermedades diarreicas, hepatitis A, tifoidea, cólera, y shigellosis, entre otras. Enfermedades como las diarreicas tienen un costo económico significativo. En Colombia, de 1991 a 1997 se registraron entre 4’400.000 y 3’500.000 casos de enfermedades diarreicas respectivamente. El costo de tratamiento de cada enfermedad se estimó en US $30,00 y el costo de la pérdida de días de trabajo en US $60,00. Por tanto, el costo anual asociado con la morbilidad de índole diarreica anual se estima oscila entre US$315 y 400 millones de dólares de EUA. A una tasa de descuento del 10 % anual, el valor presente neto del costo asociado se estima en más de US $ 3000 millones. (MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2004)

1.7.2. Estado de infraestructuras de servicios de agua potable y saneamiento básico del municipio de Vélez. El municipio de Vélez a través de la empresa municipal de servicios públicos “EMPREVEL E.S.P”, realiza todo lo concerniente con el sistema de acueducto y con el sistema de alcantarillado, está conformada por la escritura #0013 del 9 de enero de 1998, es de tipo estatal y el órgano de sujeción es la superintendencia de servicios públicos, controlándolos mediante la solicitud de informes en el plan de gestión y resultados.

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Acueducto. El sistema de acueducto urbano fue construido en 1950, esta

abastecido de agua mediante la quebrada Batan, localizada en el municipio de Chipata, quebrada La Peña por gravedad y de pozo verde en el municipio de bolívar por bombeo, posee 3 desarenadores tipo convencional, 3 líneas de conducción por gravedad y 1 por sistema de bombeo en tuberías de diámetro 4” a 8”, 3 tanques de almacenamiento, 1 planta de tratamiento de tipo convencional con una capacidad nominal de 50 lps, además se suministra mediante una red de distribución en tubería de PVC de diámetro 2” a 4”, la cual tiene una cobertura del 100% dentro del área urbana, este acueducto promedia un caudal consumido de 46.10lps y está en regular funcionamiento por el regular estado de las redes. (ALCALDIA VELEZ -SANTANDER, 2016)

Alcantarillado. El sistema de alcantarillado sanitario es combinado y de tipo malla

cerrada, la red de colectores está instalada en tubería de gres de diámetro 8”, 10” y 12” y se identifican tres redes sanitarias para la prestación del servicio, en sentido occidente a oriente, las cuales circundan el área urbana con una cobertura del 95% además posee 4 vertimientos, en los cuales el agua residual generada es descargada directamente sin ningún tratamiento, ni control, ocasionando impactos negativos sobre las quebradas y el medio ambiente. (ALCALDIA VELEZ -SANTANDER,

2016)

1.8 ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LA PTAR

1.81. Tratamiento preliminar. Los tratamientos preliminares habitualmente son

físicos e implican la reducción de sólidos en suspensión y el acondicionamiento de las aguas residuales para los posteriores procesos de tratabilidad Los tratamientos preliminares fundamentales en un sistema de tratamiento de aguas residuales, son:

1.8.2 Cribado. El cribado es la operación utilizada para separar el material grueso del agua, mediante el paso de ella por una criba o rejilla. El sistema de rejilla es el sistema más utilizado para remover el material contaminante grueso como basuras, de acuerdo con el método de limpieza, las rejillas son de limpieza manual o mecánica. (ROMERO, 2002)

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Figura 2. Rejilla

Fuente. (UNAD, 2016)

1.8.3 Desarenador. Esta estructura tiene como objetivo eliminar mediante la

sedimentación las arenas, gravas, barro, las partículas más o menos finas de origen inorgánico de manera que la arena retenida no arrastre materias contaminadas, presentes en el agua captada, con el fin de evitar que se produzcan sedimentaciones en los canales y conductos, para proteger las partes móviles de los equipos contra la abrasión y evitar sobrecarga de sólidos en las unidades de tratamiento bilógico.

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Figura 3. Desarenador

Fuente. (ACUEDCUTO, AGUA Y ALCANTARILLADODE BOGOTA, 2016)

1.8.4 Tratamiento secundario. Método de tratamiento mediante los cuales

consiguen la remoción de contaminantes por actividad biológica, El tratamiento secundario se aplica cuando se desea eliminar las sustancias orgánicas biodegradables disueltas o en suspensión. El tratamiento secundario también es efectivo en la remoción de nitrógeno.

1.8.5 Zanjón de oxidación. El zanjón de oxidación lo desarrollo Pasveer en 1953, en Holanda, y dos años después se puso en operación el primer prototipo en voorschoten. En 1956, en nittenan, se construyó el primer zanjón alemán. (ROMERO,

2002)

El objetivo principal de su desarrollo fue proveer un método de tratamiento de aguas residuales de costo mínimo, e inicialmente los rotores se instalaron en zanjones excavados en tierra, los primeros zanjones de oxidación, de los estados unidos se

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construyeron a comienzos de década de los setenta, principalmente para el tratamiento de caudales ente 1 l/s y 1,8 m3/s. (ROMERO, 2002)

El zanjón de oxidación puede ser una alternativa económica en poblaciones medianas, de 1000 a 60000 habitantes, que dispongan de suministro eléctrico confiable y donde la disponibilidad de terreno es escasa y su costo alto. (ROMERO, 2002)

Zanjón de oxidación es un proceso de lodos activados del tipo de aireación prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas, para la aireación y mezcla. Usa aireadores mecánicos del tipo de cepillos horizontales, de jaula o de discos. (ROMERO, 2002)

“El corazón de la tecnología de zanja de oxidación es el sistema de aireación y la recirculación del licor mixto. Con este sistema, es posible conseguir la eliminación orgánica, eliminación de amoníaco (nitrificación), y la eliminación de nitrato (desnitrificación) en un solo sistema de lodos.” (Investigation of oxidation ditch: performance in tretament of domestic wastewater, 2006)

Los tratamientos primarios tales como rejillas y desarenadores normalmente preceden a las zanjas de oxidación. Algunas veces se incluye sedimentación primaria antes de las zanjas, pero este no es el diseño típico. Se pueden necesitar filtros terciarios después de la sedimentación dependiendo de los requisitos de descarga del efluente. La desinfección es requerida y puede necesitarse re aireación antes de la descarga final. El agua que fluye por las zanjas de oxidación es aireada y mezclada con lodo recirculado del sedimentador secundario. (Folleto

informativo de tecnología de aguas residuales: zanjas de oxidación, 1999)

Aireadores de superficie tales como los de rotores de cepillo, de disco, de chorro o de difusor de burbuja fina son usados para recircular el licor mezclado para acelerar el crecimiento microbiano; al mismo tiempo la velocidad resultante asegura el contacto de los microorganismos con el afluente de agua residual. La aireación aumenta drásticamente el nivel de oxígeno disuelto (O.D.), pero este disminuye debido a que la biomasa consume oxígeno a medida que el licor mezclado se desplaza por la zanja. Los sólidos se mantienen en suspensión a medida que el licor mezclado circula alrededor de la zanja. (Folleto informativo de tecnología de aguas

residuales: zanjas de oxidación, 1999). “Cuando los rotores actúan de manera intermitente, la capacidad de aireación por hora debe ser aumentado.” (The use of oxidation ditches for treatment of sewage from small communities., 2001)

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Planta típica de un zanjón de oxidación

No incluye sedimentación primaria.

Utiliza un solo canal concéntrico. Sedimentador secundario. Lechos de secados de lodos. Los canales de aireación tienen profundidades entre 1.2 y 1.8 m o 3 a 3.6 m con paredes laterales de 45º. Los aireadores pueden instalarse fijos o flotantes. Sobre uno o más sitios a lo largo del canal para suministrar suficiente velocidad dentro del zanjón. Velocidad mayor a 0.30 m/s (para mantener el oxígeno disuelto requerido) Los cepillos operan a velocidades de 60 a 110 RPM con sumergencia de 5 a 30 cm. Por seguridad se instalan dos aireadores. Para el sedimentador secundario se utilizan cargas superficiales de diseño de 15 a 20 m/d para caudales promedios y de 40 a 80 m /d para caudales pico. Profundidad de 3 a 4.2m (sedimentador) El zanjón de oxidación adecuadamente diseñado provee remociones promedio de DBO mayores de 85% con aguas residuales municipales.

Ventajas del zanjón de oxidación

Nivel mayor de confiabilidad y desempeño debido a que el nivel constante de agua y la descarga continua reduce la tasa de rebose del vertedero y eliminan la sobrecarga periódica del efluente. El tiempo extendido de retención hidráulica y la mezcla completa minimizan el impacto de cargas contaminantes extremadamente altas o de sobre cargas hidráulicas. Produce menos lodos que otros sistemas biológicos debido a la extensa actividad biológica durante el proceso de lodos activados.

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Reducción de consumo de electricidad.

1.8.6 Aireación prolongada. La aireación prolongada se enmarca dentro los

procesos de fangos activos. En él, el agua residual, tras una etapa de pretratamiento (desbaste, desarenado y desengrasado) se introduce en una cuba de aireación o reactor biológico en el que se mantiene un cultivo bacteriano en suspensión -denominado licor mezcla- y formado por un gran número de microorganismos agrupados en flóculos o grumos.

En caso que la biomasa permanezca en el sistema por un periodo más largo, del orden de 18 a 30 días (de allí el nombre de aireación prolongada) recibiendo la misma carga de DBO del agua residual cruda que el sistema convencional, habrá menor disponibilidad de alimento de bacterias. La cantidad masa-de biomasa (kgSSVTA) es mayor que en el sistema de lodos activados convencional, el volumen del reactor aerobio es también más elevado, y el tiempo de retención del líquido oscila entre 16 y 24 horas, por lo tanto, hay menos materia orgánica por unidad de volumen del tanque de aireación y también por unidad de biomasa de reactor. Como consecuencia, las bacterias, para sobrevivir, pasan a utilizar de forma más intensa en sus procesos metabólicos la propia materia orgánica biodegradable componente de sus células. Esta materia orgánica celular es convertida en gas carbónico y agua a través de la respiración. Esto corresponde a una estabilización de la biomasa que ocurre en el propio tanque de aireación. (SPERLING, 2014)

Ya que no hay necesidad de estabilizar el lodo biológico de exceso, también se trata de evitar en el sistema de aireación prolongada la generación de alguna otra forma de lodo, que pueda requerir posterior estabilización. De este modo, los sistemas de aireación prolongada usualmente no poseen sedimentadores primarios, para evitar la necesidad de estabilizar el lodo primario. Con ello, obtienen una gran simplificación en el flujograma del proceso: no hay sedimentadores primarios ni unidades de digestión de lodo. (SPERLING, 2014)

El proceso de lodos activados de aireación prolongada opera con mezcla completa y requiere los organismos en la fase endógena de crecimiento; por ello se necesita una relación A/M baja, concentración SSVLM, Y tiempo de aireación largo. (ROMERO, 2002)

Una relación ampliamente utilizada por los diseñadores y operadores de plantas de tratamiento es la llamada carga de lodo, o relación A/M (alimento/microorganismo), o también F/M (food-to-microorganism ratio). Dicha relación se basa en el concepto de que la cantidad de alimento o sustrato disponible por unidad de masa de los microorganismos está relacionada con la eficiencia del sistema. Así, se puede entender que, cuanto mayor sea la carga de DBO proporcionada a un valor unitario de biomasa (elevada relación A/M), menor será la eficiencia en la asimilación de este sustrato, pero, por otro lado, menor será también el volumen requerido para el reactor. Inversamente, cuanto menos DBO sea proporcionada a las bacterias (baja

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relación A/M), mayor será la avidez por el alimento, implicando una mayor eficiencia en la remoción de la DBO, junto con el requisito de un mayor volumen para el reactor. En la situación que la cantidad de alimento proporcionada es muy baja, entra a prevalecer el mecanismo de la respiración endógena, característico de los sistemas de aireación prolongada. (SPERLING, 2014)

Figura 4. Zanjón de oxidación

Fuente. (EMPRESA DE SERVICIOS PÚBLICOS DE EL ROSAL., 2016)

1.8.7 Sedimentador secundario. Lo sedimentadores son diseñados para remover la materia orgánica soluble y coloidal que permanece después del tratamiento primario. (ROMERO, 2002)

Se encuentran varios tipos de sedimentación como:

Sedimentación primaria: para remover solidos sedimentables y material flotante

de aguas residuales crudas, reduciendo el contenido de solidos suspendidos.

Sedimentación intermedia: para remover sólidos y crecimientos biológicos preformados en reactores biológicos intermedios como los filtros percoladores de primera etapa.

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Sedimentadores secundarios: para remover la biomasa y solidos suspendidos

de reactores bilógicos secundarios, como los procesos de lodos activados y los filtros percoladores.

Sedimentadores terciarios: para remover solidos suspendidos y floculados, o

precipitados químicamente en plantas de tratamiento de aguas residuales.

Criterios generales para el diseño de tanques de sedimentación

Proveer adecuada y rápida recolección del lodo sedimentado, así como de la espuma.

Minimizar las corrientes de salida, limitando las cargas de rebose sobre el vertedero. El efluente debe salir sin alterar el contenido del tanque.

Proveer profundidad suficiente para almacenar lodo y permitir su espaciamiento adecuado.

Borde libre mayor de 30 cm.

Reducir efectos del viento mediante pantallas y vertederos.

Tipos de tanques de sedimentación:

Tanques de flujo horizontal: son rectangulares en planta, con el fondo inclinado

hacia una tolva de extracción de lodos en el extremo de entrada.

Tanques de flujo radial: son circulares en planta, con el fondo inclinado hacia un

pozo central; el afluente ingresa por el centro, en un nivel inferior al del vertedero

perimetral de salida, existiendo un flujo tanto radial como ascensional, de velocidad

decreciente entre la entrada y la salida.

Tanques de flujo ascensional: pueden ser cuadrados o circulares en planta,

constituidos como una pirámide o invertido, con el fondo fuertemente hacia un pozo

central; el afluente entra por el centro y fluye hacia abajo, para luego moverse radial

y ascensionalmente hacia el vertedero de salida. (ROMERO, 2002)

El tanque de sedimentación para la PTAR de Vélez Santander es de flujo radial.

Los tanques de sedimentación también se clasifican según el método de recolección y extracción de lodos. Tanques de flujo horizontal con recolección manual y remoción mediante vaciado

del tanque.

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Tanques de flujo horizontal con recolección mecánica y remoción mediante vaciado del tanque. Tanques de flujo ascensional con recolección mediante asentamiento en una tolva profunda y extracción mediante presión provista por una cabeza diferencial.

Tanques de flujo horizontal y de flujo radial con recolección mecánica y extracción

mediante presión provista por una cabeza diferencial.

1.8.10 Tanque secundario de sedimentación. El tanque secundario es importante

debido a la carga grande de sólidos y a la naturaleza esponjosa del floculo biológico de los lodos activados.

Los tanques de sedimentación secundaria son generalmente circulares, pero se han construido en formas rectangulares, cuadradas, hexagonales y octogonales. El mecanismo de remoción más utilizado es el de tipo cadena y paletas metálicas preferiblemente de plástico, el cual permite una remoción continúa de sólidos. (ROMERO, 2002)

Para tanques circulares con tolvas, se recomienda una pendiente de fondo de 1/12, si se realiza el mecanismo de remoción de sólidos en suelo plano se propone minimizar la carga superficial en aproximadamente 7 m/d. (ROMERO, 2002)

La profundidad óptima de un tanque de sedimentación secundaria depende de diversas variables; una de ellas es aumentar la profundidad para mejorar la eficiencia, pero un tanque poco profundo también puede operar con igual de eficiencia que un taque profundo si se mantiene un manto de lodo poco profundo. Igualmente se debe tener en cuenta que un manto de lodos grueso mejora la concentración de solidos de lodo y disminuye los requerimientos de recirculación y tratamiento posterior de ellos. (ROMERO, 2002) La estructura de entrada del sedimentador secundario debe diseñarse para velocidades de flujo menores de 0.6 m/s, con el fin de minimizar la rotura del floc biológico. La carga de rebose sobre el vertedero de salida es generalmente menor de 2.2 l/sm, sin embargo, muchos autores reconocen que dicha carga puede ser bastante mayor. (ROMERO, 2002)

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Figura 5.Partes de un tanque de sedimentación

Fuente. (BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL, 2016)

Figura 6. Tanque de sedimentación

Fuente. (CONSULTORIBUS S.A DE C.V, 2016)

1.8.11 Tratamiento de lodos. En los tanques de sedimentación se producen

grandes volúmenes de lodos con alto contenido de agua; su deshidratación y disposición final pueden representar un alto porcentaje del costo del tratamiento de agua.

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1.8.12 Tipos de lodos. Los lodos que se producen en los procesos de tratamiento

de aguas son principalmente los siguientes:

Lodo primario proveniente de la sedimentación de aguas residuales.

Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residuales.

Lodos digeridos provenientes de los dos anteriores, separados o mezclados.

Lodos provenientes de la coagulación y sedimentación de aguas.

Lodos provenientes de plantas de ablandamiento.

Lodos provenientes de desarenadores y rejillas.

En la tabla 3 se resumen las principales fuentes de sólidos y de lodos en una planta convencional de tratamiento de aguas residuales. Tabla 3. Principales fuentes de solidos

Fuente. (ROMERO, 2002)

Los lodos generados en el tren de tratamiento de aguas diseñado para el municipio de Vélez, están constituidos por:

Solidos gruesos, retenidos por la criba son removidos manual o mecánicamente.

Arena y espuma, a menudo se omite la remoción de espuma en desarenadores.

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Sedimentación secundaria, lodo y espuma secundarios, la remoción de espuma requisito exigido por la USEPA.

1.8.13 Características de los lodos. Todos los lodos crudos tienen un contenido

bajo de solidos (1-6%); por ello, la disposición de su pequeño contenido de solidos requiere el manejo de un gran volumen de lodo. El problema principal en el tratamiento de lodos radica, por tanto, en concentrar los sólidos mediante la máxima remoción posible de agua y en reducir su contenido orgánico.

Los lodos derivados de aguas residuales están compuestos en especial por la materia orgánica removida del agua residual, la cual fortuitamente se descompone y causa los mismos efectos indeseables del agua residual cruda. Las características de los lodos varían mucho dependiendo de su origen, de su edad, del tipo de proceso del cual provienen y de la fuente original de los mismos. El volumen de lodo que se produce en un tanque de sedimentación debe conocerse o estimarse para cuantificar de diferentes componentes del sistema de tratamiento y disposición de lodos. Dicho volumen depende principalmente de las características del agua residual, del grado de tratamiento previo, del tiempo de sedimentación, de la densidad de sólidos, del contenido de humedad, del tipo de equipo o método de remoción de lodos y de la frecuencia de remoción de los mismos. (ROMERO, 2002)

La cantidad de lodo producido es muy variable, dependiendo del proceso de tratamiento usado y de la concentración de aguas residuales; en las siguientes tablas se resumen los valores típicos de las cantidades y características de los lodos producidos por diferentes procesos de tratamiento para aguas residuales y se describen los tipos de lodos que se obtendrán del sistema de tratamiento diseñado, respectivamente. (ROMERO, 2002)

Tabla 4. Características de los lodos


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En la tabla 5 se encuentra la descripción de los lodos producidos por los procesos de tratamiento diseñados para la planta de tratamiento de agua residual de municipio de Vélez Santander. Tabla 5. Descripción de los lodos producidos por los procesos de tratamiento

solidos o lodo Descripción

Solidos gruesos del cribado Incluye material orgánico e inorgánico grueso retenido sobre la rejilla.

Arena y material del desarenador Incluye arena y solidos pesados de sedimentación rápida, pueden contener materia orgánica, especialmente grasas.

Espuma y grasa

Incluye el material flotable desnatado, de la superficie de los tanques de sedimentación; pueden contener grasas y aceites, residuos de origen vegetal y mineral, en general materiales de densidad relativa menor de 1,0.

Lodo activado

De color carmelita y floculento. Si es oscuro puede ser séptico. Si el color es claro puede estar sub aireado y sedimentar lentamente. En buenas condiciones no tiene olor ofensivo y huele a tierra. Se vuelve séptico muy rápido. Digerible solo o combinado con lodo primario.

Fuente. (ROMERO, 2002) El volumen de lodo depende principalmente de su contenido de agua y muy poco del carácter del material sólido.

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Tabla 6. Concentraciones típicas de sólidos y DBO en procesos de tratamiento de

lodos.


1.8.14 Métodos de tratamiento de lodos. El tratamiento y disposición eficiente de los lodos de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere conocer las características de los sólidos y del lodo por procesar, así como la aptitud de los diferentes sistemas de procesamiento y la facilidad de acceso a las diferentes opciones de disposición final, ver figura 7.

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Figura 7. Procesos principales de tratamiento y disposición de lodos.


El método seleccionado como tratamiento de lodos en la PTAR del municipio de Vélez son los lechos de secado que consiste en reducir el contenido del agua del lodo a menos de 85%.

1.8.15 Secado de lodos. Mediante el secado de los lodos se consigue reducir el

peso de los lodos, el secado se crea mediante la evaporación del agua que existe en los lodos. En la selección del método de secado de un lodo hay que tener en

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cuenta la naturaleza del lodo, los procesos subsecuentes de tratamiento y el método de disposición final.

1.8.16 Objetivos del secado de lodos:

Reducir los costos de transporte del lodo a sitio de disposición.

Facilitar el manejo del lodo. Un lodo seco se puede manejar por medio de cargadores, garlanchas, carretillas, etc.

Aumentar el valor calórico del lodo para facilitar su incineración.

Minimizar la producción de lixiviados al disponer del lodo en un relleno sanitario.

Reducir la humedad para disminuir el volumen de lodo y facilitar su manejo y hacer más económico su tratamiento posterior y su disposición final. La magnitud del secado está en función de la forma del agua por esta razón la facilidad con la que un lodo seca varia ampliamente. Se considera que el agua en los lodos existe en cuatro formas diferentes: agua libre, agua intersticial, agua vecinal y agua de hidratación. (ROMERO, 2002) El agua libre es el agua no asociada al lodo. El agua intersticial se encuentra entre las cavidades e intersticios de los flocs y de los organismos; puede convertirse en agua libre si el floc se destruye. El agua vecinal es la formada por capas de moléculas fuertemente adheridas a la superficie de las partículas por enlaces de hidrogeno, no tiene libertad de movimiento y permanece adherida a las superficies. El agua de hidratación es la asociada químicamente a las partículas y solo se puede remover con energía térmica. (ROMERO, 2002)

1.8.17 Lechos de secado de arenas. Los lechos de secado de arenas constituyen

uno de los métodos más antiguos para reducir el contenido de humedad de los lodos en forma natural. Su implementación representa una operación sencilla en la gestión de los lodos y bajos costos de operación en comparación con otros tipos de tratamiento para el secado de lodos. (ROMERO, 2002)

Los lechos de secado son dispositivos que eliminan una cantidad de agua suficiente de los lodos para el que el resto pueda manejarse como material sólido, con un contenido de humedad inferior al 70 %. La operación de un lecho de secado de arena es una función de:

La concentración de sólidos del lodo aplicado.

Profundidad del lodo aplicado.

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Pérdidas de agua a través del sistema de drenaje.

Grado y tipo de digestión suministrada.

Tasa de evaporación (la cual es afectada por muchos factores ambientales)

Tipo de método de remoción usado

Método de disposición última utilizado.

Ventajas de los lechos de secado de arena

Costo bajo si hay terreno disponible. No requiere operación especial. Consumo de energía bajo. Poco sensible a cambios en las características del lodo. Consumo de químicos bajo. Contenido alto de sólidos en la pasta.

Desventajas de los lechos de secado de arena

Diseño empírico que no permite análisis económico certero.

Requiere áreas grandes.

Requiere lodo estable.

Sensible a cambios de clima.

Visible al público.

Requiere gran cantidad de mano de obra para remoción de la pasta

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 lodo se aplica sobre el lecho en capas de 20 a 30 cm y se deja secar. El desaguado se efectúa mediante drenaje de las capas inferiores y evaporación de la superficie por acción del sol y del viento. Inicialmente el agua percola a través del lodo y de la arena para ser removida por la tubería de drenaje en un periodo corto, de unos pocos días. Una vez formada una capa de lodo sobrenadante, el agua es removida por decantación y por evaporación. La pasta se agrieta a medida que se seca, permitiendo evaporación adicional y el escape de agua lluvia desde la superficie. Los lechos de secado de lodos son muy semejantes a filtros intermitentes de arena y tienen la ventaja de requerir poca atención en su operación. El diseño de lechos de secado de lodos está afectado por diferentes factores: clima, características del lodo, valor del terreno y pretratamiento de los lodos. (ROMERO, 2002)

47

Figura 8. Lecho de secado


1.9 MARCO CONCEPTUAL

1.9.1 Saneamiento básico. Es el mejoramiento y la preservación de las

condiciones sanitarias óptimas de Fuentes y sistemas de abastecimiento de agua para uso y consumo humano. Disposición sanitaria de excrementos. Manejo sanitario de los residuos sólidos, conocidos como basura. (CULMA, 2016)

1.9.2 Aguas residuales. Son los líquidos que han sido utilizados en las actividades diarias de una ciudad (domésticas, comerciales, industriales y de servicios). Las aguas residuales se clasifican Como:

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.

48

Las Aguas Residuales también se definen por su contenido de contaminantes que esta porta.

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. (COMISIÓN ESTATAL DE SERVICIOS PÚBLICOS DE TIJUANA, 2009)

Coliformes. Bacteria principal del grupo, la Escherichia coli, descubierta por

el bacteriólogo alemán Theodor von Escherich en 1860.Los coliformes tienen características bioquímicas e importancia relevante como indicadores de contaminación del agua y los alimentos. (COPESA S.A., 2009)

Alcantarillado combinado. Es el sistema que capta y conduce simultáneamente el 100% de las aguas del sistema pluvial y sanitario, pero que dada su disposición dificulta su tratamiento posterior y causa serios problemas de contaminación al verterse a cauces naturales y por las restricciones ambientales se imposibilita su infiltración. (LINEAMIENTOS TÉCNICOS PARA FACTIBILIDADES, SIAPA , 2014)

D.B.O. Se define como D.B.O. (demanda biológica de oxigeno) de un líquido

a la cantidad de oxígeno que los microorganismos, especialmente bacterias, hongos y plancton, consumen durante la degradación de las sustancias orgánicas contenidas en la muestra. Se expresa en mg / l. cuando se necesita comprobar el estado o la calidad del agua de lagos, ríos, quebradas, lagunas o efluentes, la demanda biológica de oxigeno es un parámetro fundamental para esta medición. Cuanto mayor cantidad de materia orgánica contiene la muestra, más oxígeno necesitan sus microorganismos para oxidarla degradarla. (ANDREO, 2011)

D.Q.O. “La Demanda Química de Oxígeno (DQO) determina la cantidad de

oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica en una muestra de agua, bajo condiciones específicas de agente oxidante, temperatura y tiempo”. (RODRIGUEZ,

2007)

RAS-2000. Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento

básico. El reglamento tiene por objeto señalar los requisitos técnicos que deben

49

cumplir los diseños, las obras y los procedimientos correspondientes al sector de agua potable y saneamiento básico y sus actividades complementarias. (COMISIÓN DE REGULACIÓN DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2016)

Lodos activados. “En este tratamiento las aguas a tratar se introducen en un

reactor donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión. En el reactor se produce la transformación de los nutrientes en tejido celular y diversos gases. La demanda de oxigeno se atiende mediante difusores o aireadores mecánicos. Las bacterias constituyen el grupo más importante de microorganismos en el proceso de lodos activados, siendo muy comunes la de los géneros Alcaligenes flavobacterium, bacillus y pseudonomas, otros microorganismos presentados son los hongos.” (UNAD, 2016)

1.9.7 Zanjón de oxidación. “Es un proceso de lodos activados, del tipo de aireación

prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas, una para la aireación y mezcla y la otra para la sedimentación. Como equipo de aireación y circulación del licor mezclado usa aireadores mecánicos del tipo cepillos horizontales, de jaula o de discos. La planta típica de un zanjón de oxidación no incluye sedimentación primaria, utilizan un solo canal concéntrico, un sedimentador secundario y lechos de secado de lodos.” (UNAD, 2016)

1.9.8 Política y normatividad relacionada con el manejo y tratamiento de Aguas residuales domésticas. Para el manejo de las aguas residuales, el país cuenta

con una amplia normatividad, donde las disposiciones legales aplicables al proyecto son las siguientes:

Constitución Política. Arto 79. Todas las personas tienen derecho a gozar de un

ambiente sano. La ley garantizara la participación de la comunidad en las decisiones que puedan afectarlo. Es deber del Estado proteger la diversidad e integridad del ambiente, conservarlas áreas de especial importancia ecológica y fomentar la educación para el logro de estos fines. (CONSTITUCION POLITICA DE COLOMBIA DE

1991, 1991).

Arto 366. El bienestar general y el mejoramiento de la calidad de vida de la población son finalidades sociales del Estado. Será objetivo fundamental de su actividad la solución de las necesidades insatisfechas de salud, de educación, de saneamiento ambiental y de agua potable. Decreto 2811 de 1974. En este decreto es dictado por el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente. El ambiente es patrimonio común. El Estado y los particulares deben participar en su preservación y manejo, que son de utilidad pública e interés social. La preservación y manejo de los recursos naturales renovables también son de utilidad pública e interés social. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE , 1996)

50

Ley 9 De1993. Por la cual se crea el ministerio del medio ambiente, se reordena

el sector publico encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el sistema nacional ambiental- SINA y se dictan otras disposiciones. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE , 1996)

Ley 142 de 1994. Art 5o. competencia de los municipios en cuanto a la prestación de los servicios públicos. Es competencia de los municipios en relación con los servicios públicos que ejercen en los términos de la ley, y de los reglamentos que con sujeción a ella expidan los consejos. (DIRECCIÓN TÉCNICA DE GESTIÓN DE

ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO, 2012)

Ley 373 de 1997. Art 1o. programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Todo

plan ambiental regional y municipal debe incorporar obligatoriamente un programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Se entiende por programa para uso eficiente y ahorro del agua el conjunto de proyectos y acciones que deben elaborar y adoptar las entidades encargadas de la prestación de los servicios de acueducto, alcantarillado, riego y drenaje, producción hidroeléctrica y demás usuarios del recurso hídrico. Las corporaciones autónomas regionales y demás autoridades ambientales encargadas del manejo, protección y control del recurso hídrico en su respectiva jurisdicción, aprobaran la implantación y ejecución de dichos programas en coordinación con otras corporaciones autónomas que compartan las fuentes que abastecen los diferentes usos. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE , 1996)

Ley 9 de 1979. Conocida como Código Sanitario Nacional. Establece los

procedimientos y las medidas para llevar a cabo la regulación y control de los vertimientos. (DIRECCIÓN TÉCNICA DE GESTIÓN DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO, 2012)

Conpes 3177 de 2002. Establece los lineamientos para formular el plan nacional

de manejo de aguas residuales. Con el objetivo de mejorar la calidad del recurso hídrico de la Nación. Busca promover la descontaminación y mejorar las inversiones y las fuentes de financiación y revisar y ajustar la implementación de la tasa retributiva por contaminación hídrica. (DIRECCIÓN TÉCNICA DE GESTIÓN DE

ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO, 2012)

Decreto 3100 de 2003. Reglamenta los artículos 42 y 43 de la Ley 99 de 1993,

respecto a la implementación de tasas retributivas por vertimientos líquidos puntuales a un cuerpo de agua. La tasa retributiva consiste en un cobro por la utilización directa o indirecta de las fuentes de agua como receptoras de vertimientos puntuales y por sus consecuencias nocivas para el medio ambiente. El Decreto establece el Plan de Saneamiento y Manejo de Vertimientos. La resolución 372 de 1998 establece el monto de las tasas mínimas para Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) y Sólidos Suspendidos Totales (SST).

Resolucion 1433 de 2004. Por la cual de reglamenta el articulo 12 del decreto 3100 de 2003 , sobre los planes de saneamiento y manejo de vertimientos. Se

51

establece la definicion de los PSMV, los actores involucrados, informacion que se debe presentar y se dictan las medidas preventivas y sancionatorias. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, 2002)

RAS 2000. Titulo E. Fija los criterios básicos y requisitos mínimos que deben

reunir los diferentes procesos involucrados en la conceptualización, el diseño, la construcción, la supervisión técnica, la puesta en marcha, la operación y el mantenimiento de los sistemas de tratamiento de aguas residuales que se desarrollen en la República de Colombia, con el fin de garantizar su seguridad, durabilidad, funcionalidad, calidad, eficiencia, sostenibilidad y redundancia dentro de un nivel de complejidad determinado. (COMISIÓN DE REGULACIÓN DE AGUA


1.10 METODOLOGIA

1.10.1 Recolección de información. Se inició la investigación con visitas

realizadas al municipio de Vélez a las oficinas de la Alcaldía, Planeación Municipal, Empresa de Servicios públicos Domiciliarios EMPREVEL y en la corporación autónoma de Santander CAS para obtener información preliminar, de la cual se extrajeron, algunos datos del Plan de Desarrollo Municipal, el Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado y análisis físico – químico de los vertimientos del municipio de Vélez.

1.10.2 Análisis de datos. Conocida la información preliminar, el análisis de datos

se inicia con el análisis de los antecedentes y justificación. Se continua, con una caracterización general del municipio, luego una descripción muy general de la zona de estudio, y con el análisis físico químicos obtenidos de calidad del agua esperados posteriormente, se describen aspectos de la estructura de tratamiento a diseñar y luego se exponen las consideraciones teóricas de algunos autores.

1.10.3 Diseño hidráulico de la planta. La información existente brindada por el municipio, permitió, conocer la población a servir, los aportes de agua residual y cargas más representativas, que, para este estudio, se tomaron como esenciales los parámetros de reducción DBO y SST.

Para el diseño se empleó la metodología del reglamento de la comisión reguladora de saneamiento y agua potable RAS 2000 , donde se aplicaran los dos tipos de tratamientos que son tratamiento primario (asentamiento de sólidos) y tratamiento secundario (tratamiento biológico de sólidos flotantes y sedimentables) y finalmente aplicación de lecho de lodos, donde la selección para cada etapa de tratamiento dependió de las necesidades, características de la zona y costos óptimos para su realización, operación y mantenimiento. Una vez desarrollado el tipo de tratamiento a implementar se procedió a la realización de los cálculos pertinentes, los planos de

52

diseño hidráulico de los componentes de la planta de tratamiento y Finalmente se realizó el manual de operación y mantenimiento.

53

2 DISEÑO METODOLOGICO

2.1 PROYECCION DE LA POBLACION

Una proyección de la población es un cálculo que refiere el crecimiento aproximado previsto en el número de habitantes de un lugar para un ano futuro dado. Con base en el anuario estadístico DANE, se presenta una tasa de crecimiento considerando que el casco urbano se encuentra con vías de comunicación, planes de desarrollo rural, aumentos graduales de la población y el asentamiento de nuevas viviendas en la zona, de modo que atienda las necesidades de la comunidad durante un determinado período de diseño, en el cual el sistema sea eficiente el 100%, ésta proyección es el resultado de suponer un aumento aproximado de la población actual; con una rata de crecimiento del 1,00 % anual. Tabla 7. Estudio estadístico DANE

AÑO HABITANTES

1964 34115

1973 33155

1985 16218

1993 23563

2005 19265

Fuente. (ALCALDIA VELEZ -SANTANDER, 2016)

Para calcular la capacidad de tratamiento de la PTAR del municipio de Vélez, se empleará la cifra de población futura de la cabecera municipal para el año 2005, reportada por el departamento administrativo nacional de estadística – DANE. La estimación de la población es el aspecto principal para la determinación del nivel complejidad. El titulo B del reglamento técnico del sector de saneamiento básico y agua potable RAS 2000, capitulo B.2. Población dotación y demanda, establece que esa dotación debe corresponder a la proyectada al final del periodo de diseño.

2.1.1 Método geométrico. Este método es útil en poblaciones que muestran una

actividad económica Importante. El crecimiento geométrico es geométrico si el aumento de la población es proporcional al tamaño de la misma; la ecuación empleada es: (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)

PF = Puc (1 + r)(Tf−Tuc)

54

Donde:

r: Tasa de crecimiento anual

La tasa de crecimiento anual se calcula de la siguiente manera:

r = [(Puc

Pci)

(1

Tuc−Tci)

] − 1

2.1.2 Periodo de diseño. El periodo de diseño fija las condiciones básicas del

proyecto como la capacidad del diseño a atender la demanda futura, la densidad actual y la durabilidad de los materiales, equipos empleados y operación de la planta, este periodo depende la tasa de crecimiento de la población del comercio y la industria.

Periodo de diseño: 25 años

2.1.3 Dotación. Debido a que el acueducto no cuenta con registros históricos de

consumo en la región, para lo cual nos basamos en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS 2000.

Dotación neta. La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua

requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante, sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto. Tabla 8. Asignación del nivel de complejidad del sistema

FUENTE. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO

BASICO, 2000)

Nivel de complejidad: Medio Alto

Consumo domestico Según las normas establecidas para poblaciones rurales, se considera un caudal de dotación así:

Qmd (domestico) = PF ∗ d neta

86400

55

Donde:

PF = población futura

D neta = Dotación neta

2.1.5 Estimación del consumo medio diario por habitante. Corresponde a la

dotación neta, es decir, a la cantidad de agua que el consumidor efectivamente recibe para satisfacer sus, necesidades. La dotación neta depende del nivel de complejidad de sistema, del clima, y del tamaño de la población. Su estimación se hace con base en el literal B.2.4 dotación neta del título B del RAS -2000.

2.1.6 Estimación de la población servida. La población servida o población de

diseño corresponde a la calculada anteriormente mediante el método geométrico, valor que corresponde a un periodo de veinticinco (25) años.

El aporte de aguas residuales domesticas (QD) se obtiene de un estudio estadístico realizado en el municipio y suministrado por la alcaldía municipal. El cual se encuentra distribuido de la siguiente manera:

Industriales:

Tabla 9.Consumo industrial del municipio de Vélez


56

Institucional

Tabla 10. Consumo institucional del municipio de Vélez


Escolar

Tabla 11. Consumo escolar municipio de Vélez


57

Comercial

Tabla 12. Consumo comercial municipio de Vélez


Publico

Tabla 13. Consumo público municipio de Vélez


58

2.1.7 Caudal Medio Diario. El caudal medio diario de aguas residuales

corresponde a la suma de los aportes domésticos, industriales, comerciales e institucionales.

QMD = QD + QI + QC + QIN

Donde:

QMD = caudal medio diario QD = Caudal aguas domestica QI = caudal industrial QIN = Caudal institucional El caudal medio diario (QmD) debe ser estimado para las condiciones iniciales y finales de operación del sistema.

2.1.6 Caudal Máximo horario. Es la base para establecer el caudal de diseño de

la planta de tratamiento de agua residual y este se estima con el caudal medio diario final, mediante el uso de un factor de mayoración F.

Factor de mayoración. Este factor tiene en cuenta las variaciones en el consumo

de agua por parte de la población. El valor del factor disminuye en la medida en que el número de habitantes considerado aumenta, el factor de mayoración se estima a través de la siguiente ecuación de flores donde se calcula en función de la población

f =3,5

poblacion0,1

2.1.7 Caudal de diseño. Este caudal es el correspondiente a las contribucion que

llegan al punto de vertimiento municipal.

Las infiltraciones de aguas subteraneas y los aportes de agua lliviaal sistemas de alcantarillado, provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios Qce, fueron consideradas atravez de la hectareas del casco urbano del muncipio de velez, debido a que es la poblacion de diseño para la cual se diseñara la PTAR.

𝑄𝑀𝐻 = 𝐹 𝑄𝑚𝐷𝑓

𝑄𝐷 = 𝑄𝐼𝑁𝐹 + 𝑄𝐶𝐸+ 𝑄𝑀𝐻

59

Estimación de la población y caudal de diseño

Tabla 14. Caudal de diseño

PROYECCION POBLACION

AÑO HABITANTES

1964 34115

1973 33155

1985 16218

1993 23563

2005 19265

METODO

AÑO

GEOMETRICO

PF r

2016 16526 -0,014

2021 15414 -0,014

2026 14376 -0,014

2031 13408 -0,014

2036 12506 -0,014

2041 12664 -0,014

PF (Habitantes) 12664

caudal domestico

Qmd(l/s) 16,9

Dotación neta 125

Qmd comercial (l/s) 1,4

Qmd Industrial (l/s) 0,63

Qmd institucional (l/s) 4,49

Qmd público (l/s) 0,37

Qmd Escolar (l/s) 2,37

Fuente. Autores

60

Tabla 15. Continuación

CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES

QMD(l/s) 26,14

CAUDAL MAXIMO

HORARIO

QMH (l/s) 81,6

F (Factor de mayoración)

1,37

CAUDAL DE DISENO

QD (l/S) 148,15

Fuente. Autores

Figura 9. Esquema de funcionamiento de la PTAR

Fuente. Autores

2.2 CANAL DE ENTRADA

El canal de acceso o, de entrada, es la estructura en la cual descarga la tubería del colector de conducción en la planta. Se propone un canal a cielo abierto y con sección rectangular. La longitud del canal de acceso no necesariamente habrá de ser calculada, pero habrá de ser suficiente para dar cabida a la basura que se aglomere en las rejillas.

61

Inicialmente se inicia el cálculo de la altura de la lámina de agua en el canal de Entrada empleando la ecuación de Manning.

Q =R

23 ⁄ s1/2 A

N

Donde: Q= Caudal de diseño, en m3/s R= Radio hidráulico, en m S= Pendiente del fondo del canal, en m/m n= Coeficiente de rugosidad A= Área del canal, en m2

Diseño canal de entrada

Tabla 16. Canal rectangular

CANAL DE ENTRADA

CAUDAL (L/S) 148,15

CAUDAL (m3/s) 0,148

MANNIG (n) 0,0014

PENDIENTE (%) 0,0278

DIMENSIONES

Área(m2) 0,247

b (ancho del canal) (m) 0,7

h altura de la lámina de agua (m) 0,35

BORDE LIBRE (m) 0,2

velocidad (m/s) 0,6

PERIMETRO MOJADO 1,405

RADIO HIDRAULICO 1,058

Fuente. Autores

62

2.3 PRETRATAMIENTO

2.3.1 Diseño de estructura de cribado. Las rejillas diseñadas para la planta son

de limpieza manual. Con base en el tamaño de aberturas se clasifican como rejillas gruesas o finas. Las rejillas gruesas son aquellas con aberturas iguales o mayores de 0,64 cm (1/4”), mientras que las finas tienen aberturas menores de 0,64 cm. En el tratamiento de aguas residuales se usan rejillas gruesas principalmente de barras o varillas de acero para proteger válvulas, equipos, bombas, etc. De las obstrucción o interferencia causados por trapos, tarros y objetos grandes. (ROMERO, 2002)

El sistema para la planta de tratamiento de agua residual del municipio de Vélez está conformado por barras paralelas instaladas dentro del canal con una inclinación de 45º. Las características de las rejillas de limpieza manual se encuentran en la tabla 17. Tabla 17. Parámetros de rejillas

Características De limpieza manual De 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 cm 1,5 – 7,5 cm

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

Velocidad de

acercamiento

0,3 – 0,6 m/s 0,6 – 1 m/s

Perdida de energía

permisible

15 cm 15 cm


2.3.2 Perdidas en rejillas. La pérdida de energía a través de la rejilla es función

de la forma de las barras y de la altura o energía de velocidad del flujo entre las barras.

Según la ecuación de kirschmer, encontrada en la norma RAS 2000 título B, la perdida de energía en una rejilla será:

63

𝐻 = β(w

b)

43 hv senθ

Donde

H: perdida de energía. (m)

β: factor de forma de las barras.

W: ancho máximo de la sección transversal de las barras, en la dirección del flujo (m).

b: espaciamiento o separación mínima entre barras (m).

hv: altura o energía de velocidad del flujo de aproximación (m).

θ: ángulo de la rejilla con la horizontal (º)

Figura 10. Diferentes formas de barrotes de rejillas

Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)

Tabla 18. Coeficiente de pérdida para rejillas

Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)

La forma de las barras a implementar será circulares donde el coeficiente de perdida β es de 1,79, ver tabla 18. Altura o energía de velocidad del flujo de aproximación hv se calculó con la siguiente formula:

hv =v2

2 ∗ g

Para hallar la altura H se le dio un valor de 0.4 m de longitud de la rejilla

64

B rejilla: 0.4 m

El diámetro utilizado para el diseño es de 1”

H = (Qd

L ∗ 1,84)

23

s =H − Hf

H

Se calcula el Q1 despejando de la fórmula de caudal de diseño

Qd = Q1(1 − sn)0.385

Q1 =Qd

(1 − sn)0.385

Obteniendo el nuevo caudal, se calcula el ancho prima de la rejilla, para así obtener el número de barras que tendrá la rejilla.

B′ =Q1

1,84 ∗ H1.5

# de espacios = B

∅ barras

# de barras = # de espacios − 1

longitud de la rejilla ∶ cateto opuesto

sen(45)

65

Diseño estructura de cribado

Tabla 19. Calculo rejilla

REJILLA

Parámetros de diseño

caudal de diseño (l/s) Qd 148

caudal de diseño (m3/s) Qd 0,148

temperatura mínima del agua T (Cº) 17ºC

Nivel de complejidad del sistema Medio

Perdidas en rejillas

Factor de forma de las barras (β) 1,79

Ancho de las barras w (m) 0,015

Espaciamiento entre las barras b (m) 0,027

Velocidad de aproximación del flujo V (m/s) 0,6

Altura o energía de velocidad del flujo de aproximación hv (m) 0,018

Angulo de la rejilla con la horizontal θ (º) 45

Pedida de energía H (m) 0,010

Diámetro 0,025

hv 0,018

H (m) 0,35

B rejilla (m) 0,40

sumergido

S (m) 0,97

Q1 0,49

B' rejilla (m) 1,31

# espacios 16

n barras 15

Longitud de la rejilla(m) 0,57

Longitud de la rejilla(cm) 57,14

Fuente. Autores

66

2.4 DESARENADOR

El desarenador para la planta de tratamiento de agua residual de Vélez Santander es de flujo horizontal. La expresión de velocidad de sedimentación desarrollada por HANZEN Y STOKES tiene la siguiente forma.

Vs = g

18 ∗

ρS − ρ

µ ∗ Ø²

Donde:

Vs: velocidad de sedimentación (cm/s). g: gravedad (981 cm/s). ρs: peso específico de la partícula. ρ: peso específico del agua. µ: viscosidad cinemática. Ø: diámetro de la partícula (cm).

Consideraciones de diseño

Vo = velocidad vertical, partícula critica. Vs = velocidad de sedimentación, cualquier partícula. Vh = velocidad horizontal, partícula critica.

Se remueven todas las partículas con velocidades: Vs > Vo.

Si Vs< Vo solo se removerán si entran a un h menor.

Tabla 20. Especificaciones del material

PESO ESPECIFICO DEL MATERIAL

ARENA 2,65

GRAVA 2,65

Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO,

2000)

Relación larga/ ancho: 3/1 o 5/1.

Profundidades mínimas 1.5 m y máxima 4.5 m.

La zona de lodos debe tener una relación larga/profundidad de 10/11 y pendientes de 5% a 8%.

Tiempo de retención hidráulico entre 30 min y 4h.

67

Carga hidráulica entre 15 y 80 m3/m2/d.

Eficiencia del desarenador depende de los deflectores: n: 1, sin deflectores o deficientes. n: 2, regulares. n: 3, buenos. n: 4 a 8 muy buenos Recomendaciones de operación: Vh < 20vs 9<vh/vo<15 Vh <vr

Tiempo de sedimentación se calculó con la siguiente formula:

t = H

Vs

t: tiempo de remoción de la partícula. H: profundidad útil de sedimentación.

Tiempo de retención hidráulico, tiempo en que se demora en entrar y salir la partícula:

θh = Nh * t

30 minutos < θ < 240 minutos

Nh: número de Hazen.

𝛉𝐡 : tiempo de retención hidráulico. Tabla 21. Numero de Hazen


El Volumen del desarenador se calculó con la siguiente formula

V = Q diseño ∗ θh

87,50 80,00 75,000 70,00 65,00 60,00 55,00 50,00

7,00 4,00 3,00 2,30 1,80 1,50 1,30 1,00

2,75 1,66 0,76

2,37 1,52 0,73

n = 1

n = 3

n = 4

Condiciones

NÚMERO DE HAZEN

% de Remoción

68

Área superficial se determina de la siguiente forma

As = V

H

As = L ∗ B

B = As

L

Carga hidráulica superficial del tanque se calculó con la siguiente formula

Cs = Q diseño

As

Øo² = Vo

g 18 ∗

ρS − ρ µ

Velocidad horizontal se determina de la siguiente forma

Vh = Q diseño

B ∗ H Vh máx > Vh

Velocidad horizontal máxima

Vh máx = 20 ∗ Vs

Velocidad de resuspenciòn de las partículas removidas

Vr = √8 ∗ 𝑘

𝑓∗ g ∗ (ρs − ρ) ∗ Ø Vh < Vr

69

k: factor de forma. (0.05) (0.04-0.05)

f: coeficiente de fricción. (0.03)

Diseño de desarenador

Tabla 22. Calculo del desarenador

DESARENADOR

Q diseño (m³/s) 0,14800 Remoción de partículas de arena Ø (cm) 0,005 Borde libre (m) 0,2 Profundidad útil de sedimentación H (m) 1,5

Profundidad útil de sedimentación H (cm) 150 Porcentaje de remoción (%) 80 Temperatura del agua (°C) 17 µ Viscosidad cinemática (cm²/s) 0,01059 n Grado del desarenador 1 L:B Relación Longitud: Ancho 4 1 Densidad relativa de la partícula (ρs) 2,65 Densidad relativa de la partícula (ρ) 1 Velocidad de sedimentación Vs (cm/s) 0,21 Tiempo de remoción de la partícula t (s) 707

t (horas) 0,196 Tiempo de retención hidráulico θh (horas) 0,785 θh (min) 47,1 Cumple θh (segundos) 2826,4 Volumen V (m³) 418,30

Área superficial As (m²) 278,87 L en función de B L = B * 4 Ancho B (m) 8,35 Largo L (m) 33,40

Fuente. Autores

70


Q diseño (m³/día) 12787,20

Carga hidráulica superficial del tanque Cs (m³/m².día) 45,85 Cumple

Vo (cm/s) 0,053

Øo (mm) 0,025

Velocidad horizontal Vh (cm/s) 1,18

Vh máx (cm/s) 4,24

Factor de forma (k) 0,05

Coeficiente de fricción (f) 0,03

Velocidad de resuspención de las partículas removidas Vr (cm/s) 7,35

H (m) 1,5

Fuente. Autores

2.5 TRATAMIENTO SECUNDARIO

2.5.1 Zanjón de oxidación. Para el diseño de zanjón se utilizará aireación prolongada mediante cepillos que es el equipo diseñado para transferir oxígeno en la etapa biológica de las plantas de tratamiento de aguas residuales, inserta el oxígeno batiendo las palas en el licor de mezcla.

Según la demanda de oxígeno y dimensión de tanque se determinará el número de rotores y la longitud de los mismos.

71

Tabla 24. Parámetros de diseño de zanjones de oxidación


72

Volumen del reactor

El volumen del reactor se calcula con base en la relación alimento/ microorganismos (A/M)

V =QSo

(AM) X

Tiempo de retención

𝜃 =𝑉

𝑄

Carga orgánica aplicada (DBOA)

DBOA = So ∗ 104 ∗ 10−3

El oxígeno requerido suponiendo igual a dos veces la DBO aplicada, será:

OR: 2(DBOA)

La concentración de saturación de OD, seria

Cs(T.A) =Cs(T.O)PA

760

PA = 760 (1 −A

9.450)

Donde:

PA: presión barométrica del lugar, mmHg. 𝐶𝑠(𝑇.𝑂): concentración de saturación de OD para la temperatura T y O msnm, en

agua potable, mg/l. A: altitud del lugar, m.

73

La capacidad real de transferencia de oxigeno del cepillo de aireación, se calcula por la siguiente ecuación:

𝑁 = 𝑁𝑜𝛼(1.024)𝑇−20 [𝛽𝐶𝑠(𝑇.𝐴) − 𝐶

𝐶𝑠(20.0)

]

Donde:

N: tasa real de transferencia de oxigeno de, Kg O2/mh.

No: tasa nominal de transferencia de oxígeno en condiciones normales, KgO2/mh.

α: relación promedio de la tasa de transferencia de oxigeno no en el agua residual,𝑲𝑳 a, la tasa de transferencia de oxígeno en agua potable. Generalmente igual a 0,7-0,95.

T: temperatura de diseño ºC.

β: relación entre la concentración de saturación de oxígeno en el agua residual y la concentración de saturación en agua potable, generalmente igual a 0,9 para aguas residuales domésticas.

𝑪𝒔(𝟐𝟎.𝟎): concentración de saturación de oxígeno disuelto en agua destilada a 20ºc

y el nivel del mar; 9,1 mg/L.

C: concentración promedio de oxígeno disuelto en el zanjón, generalmente 1,0-1,5 mg/L.

El oxígeno requerido se calcula generalmente suponiendo un consumo de 1,5-2,0 kgO2/kg de DBO aplicada. Los cepillos de 70 cm de diámetro tienen una capacidad nominal de oxigenación de 3 kgO2/m.h a una inmersión de 15 cm y a una velocidad de rotación de 70RPM; los rotores más grandes o mamut, de 100 cm de diámetro, tienen una capacidad nominal de 10 kgO2/m.h, con una inmersión de 30 cm y para una velocidad de rotación de 70 RPM. (ROMERO, 2002)

74

Diseño del zanjón de oxidación

Tabla 25. Calculo zanjón de oxidación

ZANJON DE OXIDACION

Población 11664

Caudal (L/S) 148,15

Caudal(m3/s) 0,14815

DBO (mg/l) 215

Relación A/M 0,1

Concentración de solidos (mg/l)

4000

Temperatura de diseño OC 17

β 0,9

α 0,8

caudal (m3/d) 12787,2

S0 (mg/l) 215

Volumen del reactor

V (m3) 6873,12

tiempo de retención (θ)

θ (d) 0,538

θ (h) 13

Carga orgánica aplicada

DBOA kg/d 430

El oxígeno requerido, suponiéndolo igual a dos veces la DBO aplicada

OR (kg/d) 860

La concentración de saturación de OD

Cs (T,A) (mg/l) 7,181

PA (mm Hg) 595,13

Altitud del lugar A(m) 2050

Cs(17,O) 9,7

Fuente. Autores

75


capacidad real de transferencia de

oxigeno del cepillo de aireación

NO (kg O2/mh 10

Cs(20,0) 9,1

N (Kg O2/mh) 4,47

C mg/l 1

CS(17,0) (mg/l) 9,7

longitud de cepillos requerida

Lc (m) 7,00

carga orgánica volumétrica

COV (g/m3 d) 400,000

Fuente. Autores

La entrada de oxígeno depende en gran medida de la profundidad de inmersión y de la rotación velocidad, en la figura 11 podemos observar la curva del rotor utilizado.

Figura 11. Curva rotor de aireación tipo mr10

Fuente. (DAGA, 2016)

76

Tabla 27. Especificaciones técnicas cepillos de aireación prolongada ESPECIFICACIONES CEPILLOS DE AIREACION

Nº 2

Longitud (m) 7

Tasa de transferencia de oxígeno. (KgO2/m h) 10

sumergencia (m) 0,3

Tasa real de transferencia. N (KgO2/m h) 4,47

Velocidad del rotor (RPM) 83

Diámetro (m) 1

Fuente. Autores

2.6 SEDIMENTADOR SECUNDARIO

Tabla 28. Parámetros de diseño de sedimentadores secundarios


77

El tipo de tratamiento para el sedimentador secundario de la planta de tratamiento de agua residual para el municipio de Vélez Santander es de sedimentación después de aireación prologada.

Calculo del área del sedimentador para caudal promedio afluente de la planta

A =Qdiseño

carga superficial promedio

Calculo del área del sedimentador para carga de solidos

A =concentracion de SSLM

Qpico de solidos

Área de diseño

Adiseño =Qdiseño

carga superficial pico

Calculo del diámetro del sedimentador

∅ = √4 ∗ Adiseño

π

Volumen del sedimentador

V = Adiseño ∗ profundidad de agua

78

Carga de rebose sobre el vertedero perimetral

CV =Qdiseño ∗ 1000

π ∗ (∅) ∗ 86400

Tiempo de retención

θ =V ∗ carga superficial promedio

Qdiseño

Diseño de sedimentador secundario

Tabla 29. Calculo sedimentador secundario

SEDIMENTADOR SECUNDARIO

Parámetros de diseño

Q m3/d 12787,2

temperatura del agua º c 17

Recirculación pico (%) 100

concentración SSLM ( mg/L) 4000

concentración SSLM ( kg/d) 51148,8

Carga superficial pico (m/ d) 32

carga superficial promedio (m/d) 16

carga pico de solidos ( kg/d m2) 245

profundidad (m) 4

borde libre (cm) 40

Dimensiones del sedimentador secundario

Área para el caudal promedio (m2) 799,2

Área para carga de solidos (m2) 208,8

Área de diseño (m2) 399,6

diámetro del sedimentador (m) 22,56

volumen sedimentador (m3) 1598,4

Cargas Hidráulicas

Carga de rebose sobre el vertedero perimetral. CV (L/s m) 2,09

tiempo de retención (h) 2

Fuente. Autores

79

2.7 RECIRCULACIÓN DE LODOS

En el proceso de sedimentación, momento en el cual se separan los sólidos suspendidos (lo que conocemos como lodos activados), para conseguir, de este modo, el clarificado. Una vez conseguido esto, entra en funcionamiento el sistema de retorno de lodos, elemento clave ya que este sistema se encarga de devolver al tanque de aireación una parte de los sedimentos para mantener la concentración de microorganismos alta. Mientras, el resto de lodos, considerados ya residuos, son distribuidos paralelamente para su tratamiento.

El caudal de recirculación de lodos se determina asumiendo un estado estacionario del sistema, es decir que no existe acumulación ni pérdida de lodos (masa biológica) en el mismo. Esta recirculación tiene el importante papel de aumentar el tiempo medio de los microorganismos permanecen en el sistema.

Producción de lodos

Px= 0,5 DBOR

Lodo seco

lodo seco =Px

0,8

Caudal de lodos de desecho

Qw =lodo seco

concentracion de solidos totales del lodo sedimentado

Caudal de recirculación

𝑄𝑅 =𝑄𝑋

𝑋𝑅 − 𝑋

Relación de recirculación %

𝑅 =𝑄𝑅

𝑄

80

Según los parámetros de diseño la relación de recirculación % debe estar entre 25% -75%.

Diseño de recirculaciòn

Tabla 30. Calculo recirculación

RECIRCULACION

Producción de lodo

SSVLM (mg/L) 4000

concentración de solidos suspendidos en el lodo (mg/L)

25000

Q m3/d 12787,2

Px kg/d 1470,5

El producido de solidos totales de desecho

lodo seco kg/d 1838,2

Caudal de lodos

Qw m3/d 58,82

caudal de recirculación

QR m3/s 0,05

QR m3/d 4320

Relación de recirculación

R 0,34

R % 33,8

Fuente. Autores

2.8 TRATAMIENTO DE LODOS

2.8.1 Producción de lodos. La producción de lodos en un zanjón de oxidación es

muy baja, teniendo en cuenta que sus características de diseño corresponden a las de un proceso de lodos activados de aireación prolongada, la tasa de lodos de desecho se puede calcular, a partir de la definición para edad de lodos. (ROMERO,

2002)

81

Qw

Q=

θX

θc Xw

Donde:

Qw: caudal de lodos de desecho m3/d

Q: caudal afluente, m3/d

θ: tiempo de retención, d

X: concentración de solidos suspendidos en el reactor, mg/l

Xe: concentración de solidos suspendidos en el efluente, mg/l

θc: edad de lodos, d.

Xw: concentración de solidos suspendidos en el lodo, mg/l.

2.8.2 Lechos de secado de arenas. Para el diseño de los lechos de secados de

lodos se utilizaron los parámetros del RAS2000 literal E.4.10.7 lechos de secado de lodos y los principios de diseño del libro de Jairo Alberto Romero Rojas, tratamiento de aguas residuales.

2.8.3 Geometría. Un lecho de secado típico debe ser diseñado para retener en una o más secciones, el volumen total de lodo removido del digestor. Los elementos estructurales del lecho incluyen los muros laterales, tuberías de drenaje, capas de arena y grava, divisiones o tabiques, decantadores, canales de distribución de lodo y muros.

Los muros laterales deben tener un borde libre entre 0.5 y 0.9 m por encima de la arena. Debe asegurarse que no existan filtraciones laterales a través de los muros separadores. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)

Drenajes

Medios: se recomienda utilizar como medios de drenaje capas de grava y de

arena.

Espesores: se recomienda que la capa de grava tenga un espesor entre 200 y 460

mm y la capa de arena un espesor entre 300 y 460 mm.

2.8.5 Granulometrías. Las partículas de grava deben presentar un diámetro entre 3 y 25 mm. La arena debe presentar las siguientes especificaciones:

82

Partículas limpias, duras, durables y libres de arcilla, polvo, ceniza u otro material extraño.

El coeficiente de uniformidad debe estar entre 3.5 y 4.0.

El tamaño efectivo de los granos de arena debe estar entre 0.3 y 0.75 mm.

En algunos casos, en vez de arena se puede usar antracita o grava fina con tamaño efectivo de 0.4 mm. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO,

2000)

2.8.6 Recolección de percolados. La recolección de percolados se efectuará a

través de tuberías de drenaje de plástico o de teja de arcilla vitrificada con junta abierta. Las tuberías de drenaje principal deben tener no menos de 100 milímetros de diámetro y una pendiente no menor a 1%; deben espaciarse entre 2.5 y 6 m y debe tenerse en cuenta el tipo de remoción de lodo que se emplee. Se localizarán por debajo de la capa de grava con no menos de 150 mm de este material por encima de ellas. Se recomienda que los canales laterales de alimentación de las tuberías principales tengan un espaciamiento entre 2.5 y 3 m. En los casos en que la infiltración sea un peligro para las aguas subterráneas, debe sellarse el fondo del lecho con un bitumen u otra membrana impermeable. El área situada alrededor de las tejas de drenaje debe rellenarse con grava. (DIRECCION GENERAL DE AGUA

POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)

2.8.7 Disposición de lodos. Profundidad de aplicación debe estar entre 20 – 40 cm, generalmente, debe producir una carga optima de 10 – 15 kg/m2. (ROMERO,

2002)

2.8.8 Necesidad de Cobertura. La cubierta proporciona un techo al lecho de arena.

La necesidad de utilizarla depende de las condiciones ambientales de la zona. Su uso se recomienda en zonas de alta precipitación. Sin embargo, el diseñador estará en libertad para decidir si se coloca o no cobertura al lecho. En condiciones climatológicas favorables, la evaporación es más rápida en los lechos descubiertos que en los cubiertos. En los cubiertos es conveniente mantener las ventilaciones

cerradas durante la etapa de escurrimiento, para mantener la temperatura, y abrirlas durante la etapa de evaporación para que se renueve el aire. (DIRECCION GENERAL

DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)

2.8.9 Operación y mantenimiento. Se debe tener un manual de operación y

mantenimiento que contemple los siguientes aspectos:

Control de olores.

Control del lodo influente.

Control de las dosificaciones.

83

Operación bajo condiciones de carga mínima y máxima.

Operación bajo condiciones de caudal mínimo y caudal máximo.

Programa de inspección periódico.

Control de insectos y crecimiento de plantas.

Manejo de la torta de lodos seca. Programa de muestreos y control de muestras en el laboratorio. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)

2.8.10 Eficiencias típicas de remoción. La tabla 31 presenta un resumen de los

rendimientos típicos que se lograron con las diferentes etapas y procesos de tratamiento realizados en la planta de tratamiento de agua residual para el municipio de Vélez, como, en la estructura de cribado, desarenadores, lodos activados.

Tabla 31. Eficiencias típicas de remoción


Diseño de tratamiento de lodos

Tabla 32. Calculo tratamiento de lodos

TRATAMIENTO DE LODOS

Producción de lodos

Tiempo de retención del zanjón (d) 0,54

concentración SSLM ( mg/L) 4000

Edad de lodos (días) 25

Concentración de solidos suspendidos en el lodo ( mg/L) 25000

Tasa producción de lodos 0,003

% tasa de producción de lodos 0,34

Fuente. Autores

84


Lecho de secados de lodos

Geometría

Altura sobre la arena (m) 0,7

Drenajes

Espesor capa de grava (mm) 300

Espesor capa de arena (mm) 300

Granulometrías

diámetro de grava (mm) 10

coeficiente de uniformidad de la arena(mm) 3,5

Tamaño efectivo de la arena (mm) 0,3

Recolección de percoladores

Diámetro tubería de drenaje (mm) 152,4

Pendiente tubería de drenaje (%) 2

Capa de grava por encima de la tubería de drenaje(cm) 30

Disposición de lodos

Profundidad de aplicación (cm) 30

Carga optima (kg/m2) 15

Dimensionamiento del lecho de secado

Px (Kg/d) 1470

Tiempo de retención del lodo en el lecho

Θ lodo (d) 15

lodo (Kg) 22050

P agua (17°c) 998,68

Densidad relativa del lodo

SL 1,01

Porcentaje de solidos del lodo

Ps % 5

Porcentaje de agua del lodo

Pa% 90

Volumen del lodo

VL (m3) 437,2

H (m) 0,3

A (m2) 1457

B (m) 36

L (m) 40

Se dividen en cuatro patios medidas de

L (m) 10

B (m) 36

Fuente. Autores

85

3 CONCLUSIONES

Con el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales se pretende minimizar los índices de contaminación ambiental y la carga contaminante de las quebradas del municipio de Vélez Santander, también, mejorar el saneamiento básico de la región y la calidad de vida de los habitantes disminuyendo las enfermedades presentadas por las aguas no tratadas y así contribuir al mejoramiento de los recursos hídricos del país.

La planta de tratamiento de agua residual por zanjón de oxidación brinda grandes beneficios como su eficiencia de operación en cuanto al uso de energía dando como resultado la reducción de consumo de electricidad, para este tipo de tecnologías y, por lo tanto, es una gran alternativa económica en poblaciones medianas.

Se puede concluir que el diseño de la planta de tratamiento de agua residual para el municipio de Vélez Santander se centra en el cálculo hidráulico y de comportamiento biológico por lo tanto no se enfoca en un diseño estructural ya que esta no está determinada por elementos unitarios de grandes dimensiones, para su construcción se puede utilizar diferentes materiales presentes en el mercado.

La estructura del desarenador cumple con los parámetros de diseño establecidos de acuerdo al método utilizado, el tiempo de retención de las partículas es de 47,1 minutos, cuenta con una carga hidráulica de 45,85 (m³/m². día).

El zanjón de oxidación cuenta con dos cepillos de 7 m de longitud a una sumergencia de 30 cm con respecto a la lámina de agua, el zanjón tiene un área grande ya que el caudal de diseño es de 148 l/s y la población proyectada para el año 2041 es de 12664 habitantes.

El tanque de sedimentación secundaria para la PTAR de Vélez es de sección circular, el tiempo de retención dentro de él es de 2h, cuenta con un sistema de recirculación para mantener la tasa de microorganismos alta, la relación de recirculación es del 33%.

La PTAR cuenta con un tratamiento de lodos por medio de lechos de secado en el cual facilitan el manejo de los lodos ya que por medio del secado se consigue reducir el peso y volumen de los lodos y así disminuir el costo del transporte al sitio de disposición, también requiere un consumo de energía bajo, el lecho de secado está dividido en cuatro patios y tiene un tiempo de retención de lodo de 15 días.

Un sistema de manejo de aguas residuales por su naturaleza propia siempre va a presentar algún tipo de olor, pero con la adecuada operación y las labores de mantenimiento continuo, además de la implementación de cerca viva, se pueden mitigar considerablemente.

86

El manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento, resulta una herramienta de consulta fácil para el operador ya que permitirá tener las bases necesarias para controlar los tiempos de mantenimientos y operación de cada elemento de la PTAR.

Con la implementación correcta del manual de operación se garantizará un buen funcionamiento de cada una de las estructuras que conforman la PTAR por lo tanto se sugiere un programa de capacitación para reforzar, ampliar y actualizar los conocimientos adquiridos por parte del operario de la planta.

87

4 RECOMENDACIONES

El diseño de la planta debe respetarse para el periodo en el cual se diseñó, debido a que los caudales se encuentran estimados en base a la dotación por habitante, por lo que después del año 2041, habría que realizar una valoración de la planta para comprobar si aún los parámetros con los que se diseñó cumplen, teniendo en cuenta el crecimiento poblacional del municipio.

La planta de tratamiento es diseñada solamente para aguas residuales domesticas de la cabecera municipal por lo tanto no puede ser utilizada para las aguas de las industrias como las fábricas alimenticias presentes del municipio.

Para garantizar el buen funcionamiento de la planta, su eficiencia y duración se recomienda seguir los lineamientos planteados en el manual de operaciones y mantenimiento de la PTAR de Vélez que se realizó junto al diseño hidráulico, ver anexo E.

Cuando la planta de tratamiento de agua residual vaya a hacer construida deberá regirse bajo el diseño hidráulico y planos ya que se diseñó cumpliendo los parámetros establecidos del reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS2000.

El diseño proyectado de la PTAR comprende el área de 3922,7 m2 se sugiere habilitar un área mayor a esta para la construcción de la planta.

Este proyecto abre puertas a trabajos de grado e investigaciones futuras, debido a que existen una red combinada de alcantarillado, donde se podrán proponer soluciones para el manejo de los excedentes en el período de lluvias, de forma que se evite su interferencia en el tratamiento así mismo como evaluar el grado de depuración que ocurre en la infraestructura hidráulica.

Una vez entre en operación la planta será importante la implementación de nuevas tecnologías dentro para que se tengan una menor utilización del agua, así como de que eviten la descarga de contaminantes difíciles de detectar y remover en la PTAR, llegando reducir la eficiencia de esta.

88

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92

Anexo A. Estudio físico- químico de los vertimientos

Informe Nº 327-13

Solicitante Emprevel

Direccion EMPRESA DE SERVICIOS PUBLICOS - VELEZ Fecha de emision Abril 24 de 2013

Protocolo de muestreo PGL-015 Muestras tomadas por GUARDIANES DEL FUTURO

Fecha de muestreo Abril 6-7 de 2013 Tipo de muestra Muestra Acuosa, compuesta

Fecha/Hora de recepcion Abril 8 de 2013/ 5pm Fecha de analisis Abril 8-20 de 2013

SOLIDOS

SUSPENDIDOSmg/l

S.M 2540.D

DQO mg O2/l S.M 5220 B

DBO mg O2/l S.M 5210 B

PH Unidades de PH S.M 4500 -H

OXIGENO DISUELTO mg/l S.M 4500-0G

COLIFORMES FECALES NMP/100mL

S.M 9230 B

184

29,8

21,6

6,8

5,3

418

116

18,6

14,1

6,7

5

235

1. REGISTRO FOTOGRAFICO

ANALISIS

IDENTIFICACION DE LA MUESTRA

UNIDADES METODOSQUEDBRADA DE FLOREZ

1. 30 m AGUAS ARRIBA

QUEBRADA FLOREZ 1. 30 m

AGUAS ABAJO

ANALISIS FISICOQUIMICO DE AGUAS

INFORME DE LABORATORIO

93

Informe Nº 326-13

Solicitante Emprevel

Direccion EMPRESA DE SERVICIOS PUBLICOS - VELEZ Fecha de emision Abril 24 de 2013

Protocolo de muestreo PGL-015 Muestras tomadas por GUARDIANES DEL FUTURO

Fecha de muestreo Abril 6-7 de 2013 Tipo de muestra Muestra Acuosa, compuesta

Fecha/Hora de recepcion Abril 8 de 2013/ 5pm Fecha de analisis Abril 8-20 de 2013

SOLIDOS SUSPENDIDOS mg/l S.M 2540.D

DQO mg O2/l S.M 5220 B

DBO mg O2/l S.M 5210 B

PH Unidades de PH S.M 4500 -H

OXIGENO DISUELTO mg/l S.M 4500-0G

COLIFORMES FECALES NMP/100mL S.M 9230 B

1. REGISTRO FOTOGRAFICO

6,8 6,9

5,6 5,1

126 214

56 78

23,1 36,8

18,6 22,3

ANALISIS FISICOQUIMICO DE AGUAS

ANALISIS

IDENTIFICACION DE LA MUESTRA

UNIDADES METODOSQUEDBRADA DE

PALENQUE 1. 30 m

AGUAS ARRIBA

QUEBRADA PALENQUE 1. 30 m AGUAS ABAJO

INFORME DE LABORATORIO

94

Anexo B. Rotores del zanjón

96

Anexo C. Esquema general de la planta

97

Anexo D. Esquema de cortes de la planta

98

Anexo E. Manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de agua residual del municipio de Vélez.

Una planta de tratamiento de aguas residuales solo puede cumplir su objetivo si se opera en forma apropiada y se efectúa un mantenimiento periódico por medio de personal calificado. El objetivo de este manual es garantizar el buen funcionamiento y los parámetros de vida útil. Unidades del sistema de tratamiento

El proceso de tratamiento adoptado es desde pre tratamiento, tratamiento primario y tratamiento secundario; las unidades compuestas se mencionan a continuación:

Canal de captación

Estructura de cribado

Desarenador

Zanjón de oxidación

Sedimentador secundario

Lecho de secado de lodos

El siguiente manual es una guía para el operario encargado de la planta de tratamiento de agua residual. 1. Personal

Debe emplearse personal cuyo estado de salud previo al establecimiento de la relación laboral haya sido dictaminado por un médico autorizado. Elementos de protección persona, está compuesto por:

99

1. Gorra 2. Mascarilla 3. Guantes 4. Uniforme completo 5. Botas de hule EQUIPO DE TRABAJO Y SEGURIDAD En una planta de tratamiento el equipo de trabajo se reduce a herramientas necesarias para mantenimiento. Es aconsejable que la planta cuente con el mínimo de herramientas de trabajo descritas en la tabla.

Para el resguardo y mantenimiento adecuado del equipo de trabajo es necesario disponer de un almacén. Para tal efecto, se deberá asignar alguna de las instalaciones existentes para dicho fin. Una vez concluidas las actividades diarias el personal de operación deberá limpiar y guardar cuidadosamente el equipo usado. El almacén permanecerá cerrado y con llave para asegurar las herramientas y equipos de medición propios de la planta. La responsabilidad del cuidado será del operador de turno.

Seguridad

Los riesgos a los que está expuesto un empleado en instalaciones de este tipo son principalmente las lesiones físicas e infecciones. En lugares apropiados, se deben colocar letreros grandes a la vista de los operadores con los signos de advertencia y señales de peligro para tener en cuenta.

100

Colocar barandas en los lugares de peligro (pasarelas, canaletas) para evitar posibles caídas.

Uso adecuado de herramientas: Para evitar accidentes de trabajo o el deterioro o pérdida de las mismas.

Peligros de la electricidad: Este es un factor de riesgo si no se toman las precauciones debidas.

Prevención y control de incendios: Dada la práctica común de quemar las basuras y desechos.

Señalización: Como una medida de seguridad, se recomienda emplear señales en las plantas de tratamiento.

2. Canal

Para la operación de los canales que formen parte de las estructuras de captación, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

Operación Para la operación de los canales que formen parte de las estructuras de captación, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

Para el nivel medio alto de complejidad, debe hacerse una medición semanal de caudales y niveles en los canales, con el fin de establecer la pendiente de la línea de gradiente hidráulico y verificar si están ocurriendo cambios en la rugosidad del canal o en el área mojada, debidos a problemas de sedimentación o erosión.

Mantenimiento

Para los niveles medio altos y alto de complejidad, las labores de mantenimiento siempre deben ser preventivas. El lavado y la limpieza de los canales deben hacerse semestralmente como se muestra a continuación.

101

3. Rejilla

Operación Las rejillas manuales tienen que ser limpiadas dos veces por día, por la mañana

y por la tarde. Si esto no se realiza se puede provocar un reflujo.

En periodos de lluvias la limpieza de la planta de tratamiento debería de repetirse cada hora.

Es de mucha importancia de que cada persona que realiza la limpieza debe usar guantes de protección de hule, para retirar los objetos retenidos en la rejilla evitando el riesgo de infección.

Mantenimiento

Para el buen mantenimiento de las rejillas se debe limpiar todos los días con

agua a presión.

Para evitar los malos olores producido por el resto de material secado de la rejilla aplicar oxido de calcio hidratado (cal).

102

4. Desarenador

Operación

Para el nivel medio alto de complejidad, debe verificarse la eficiencia de los

desarenadores y la capacidad de remoción de sedimento arenoso retenido por éstos, al menos una vez por mes.

Mantenimiento

Al desarenador se le debe hacer limpieza dos veces por semana. Aunque esto puede variar dependiendo de la calidad del agua y del estado del tiempo eso lo debe evaluar el operador. Cuando se va a hacer mantenimiento a un desarenador se colocan las compuertas de entrada y salida, para sacarlo de servicio, y se abren o quitan para colocarlo en funcionamiento El desarenador se deja escurriendo aproximadamente dos horas para poder sacar los sólidos con menos contenido de agua. Con pala se saca el material y se deposita en recipientes plásticos perforados para dejarlo escurrir hasta el día siguiente. Cuando se termina la jornada estos recipientes deben cubrirse con un plástico para evitar que se saturen de agua en caso de lluvia.

103

Como la unidad ya está vacía, se lavan paredes y piso con cepillo. Los recipientes plásticos, palas y otros elementos utilizados también se lavan, dejando todo limpio.

Cuando el desarenador no esté en función debe quedar limpio de sedimentos y

de aguas estancadas.

Se necesita la inspección diaria de la cámara desarenadora, para verificar la cantidad de arena decantada.

5. Zanjón de oxidación

Operación y mantenimiento

Verificar que el rotor este trabajando a la velocidad requerida (83 RPM) Realizar limpieza de cepillos al menos 4 veces al mes. Hacer inspección visual de los cepillos, verificar que las cerchas de los cepillos

estén en buen estado. Realizar mantenimiento al rotor una vez al mes. Chequear que los cepillos estén a 30 cm de sumergencia. Chequear visualmente la formación del floc biológico. Verificar que la coloración no sea muy oscura.

La operación y el mantenimiento de reactor puede facilitarse con la siguiente evaluación de procesos:

Basura y natas en las esquinas de los tanques rectangulares o cuadrados

2

3 Presencia de espuma blanca

AIREACION MECANICA

Numero de aireadores instalados

5 ¿ funcionan todos los aireadores?

AIREACION POR ROTORES

7

8

9

Tipo de aireadores 4

( )

¿ funcionan todos los rotores?

numero de rotores funcionando ( )

( )

Si ( ) No ( )

Si ( ) No ( )

¿Es suficiente la velocidad superficial del agua en la zanja para evitar la

sedimentación de sólidos?Si ( ) No ( )

numero de rotores instalados

Si ( ) No ( )

6

Indicador

LIMPIEZA

Verificación

1

Presencia de espuma café

Si ( ) No ( )

Si ( ) No ( )

104

La velocidad superficial del agua dentro de la zanja –Pregunta 9)- deberá de ser mayor de 0.30 m/s. Para estimarla se puede arrojar algún objeto flotante en una parte recta y determinar el tiempo que tarda en recorrer una distancia conocida. El resultado que resulta de dividir la distancia conocida -medida en metros-, entre el tiempo empleado en recorrerla -medido en segundos-, proporciona dicha velocidad.

Diagnóstico

La presencia de espumas representa una baja concentración de lodos en la zanja de oxidación, Si la respuesta 9 es afirmativa, el proceso funciona aceptablemente independientemente de la presencia de los demás indicadores.

6. Sedimentador secundario

Operación y mantenimiento

Para evitar la formación de lodos flotantes se recomienda seguir estos procedimientos: Aumentar el retorno al aireador para disminuir el tiempo de permanencia de los

lodos en el clarificador.

Disminuir la entrada de flujo al clarificador con problemas de lodos en el fondo.

Disminuir la edad de lodos del sistema.

En caso de presentarse una emergencia se recomiendan dosificaciones de cloro o peróxido de hidrogeno. Para una correcta operación debe evitarse lo siguiente: Insuficiencia del retorno Cortocircuito

105

La operación y el mantenimiento del sedimentador secundario puede facilitarse con la siguiente evaluación de procesos:

Diagnostico

Un lodo sano debe tener un color café, con apariencia granular, con olor a tierra mojada y sedimentación rápida.

El sedimentador secundario opera mal, Si la respuesta 5) es negativa o bien, si

1, 2 y 3 son afirmativas, Si la respuesta 6 es café obscuro o negro. Si sólo 2 de los indicadores 1, 2 y 3 fueron afirmativos el sedimentador

secundario opera de una forma regular. Si 3 indicadores anteriores, fueron negativos y las respuestas 7 y 8 son positivos; el sedimentador secundario opera bien.

Si la respuesta 4 es negativa el sistema funciona mal independientemente de todos los demás indicadores.

2

3

4

¿Gira bien el sistema de rastras?

CALIDAD DE LOS LODOS

¿Cuál es el color del lodo en el sedimentador?

7 ¿El lodo producido huele a "tierra mojada"?

8

Presencia de natas

Presencia de burbujas

5Si ( ) No ( )

Si ( ) No ( )

MECANISMO

¿Hay diferencia de color y transparencia entre el influente y el efluente ?

¿Sedimenta el lodo rápidamente?

indique el color

Si ( ) No ( )

6

Si ( ) No ( )

Si ( ) No ( )

Indicador

AGUA DEL SEDIMENTADOR

Verificación

1

Presencia de lodo flotando

Si ( ) No ( )

Si ( ) No ( )

106

7. Lecho de secado de lodos

Operación y mantenimiento Se recomienda agregar un kilogramo de alumbre por cada 800 a 2500 L. de lodo

para aumentar el desprendimiento de gases.

Debe tenerse en cuenta la humedad de los lodos que se apliquen, la superficie del lecho disponible, así como la necesidad de espacio para almacenamiento en los digestores.

Una capa delgada se seca más rápidamente, y permite la más rápida remoción

del lodo. La superficie del lecho debe mantenerse limpia y libre de todos los lodos que se hayan descargado anteriormente.

Nunca deben descargarse los lodos sobre otros ya secos o parcialmente secos.

Una vez descargados los lodos de un digestor, las tuberías de lodos deben escurrirse bien y hacer circular agua por ellas. Esto no solo evita el taponamiento de las tuberías, sino también el desarrollo de grandes presiones originadas por los gases emanados de los lodos que queden dentro. Por este motivo, debe evitarse encender fósforos, cigarrillos o cualquier fuego, cuando se abran las válvulas de lodos.

Se recomienda retirar los lodos dependiendo del tratamiento subsecuente de

molida o picado, la necesidad de descargar los digestores, y, el contenido de humedad de los lodos que estén en los lechos.

Para los niveles bajo y medio alto de complejidad se recomienda retirar el lodo

con carretillas de mano, tendiendo tablones sobre el lecho, a modo de andén.

Para los niveles medio alto y alto de complejidad, se recomienda el empleo de camiones de volteo. En este caso deben tenerse andenes de concreto suficientemente anchos para que pasen estos vehículos sin dañar el lecho.

Después de retirar los lodos, el lecho debe prepararse para la siguiente carga.

Debe reponerse la arena que se haya perdido en limpiezas anteriores.

107

Reemplazo de la capa de arena

Periódicamente debe ser reemplazado la capa de arena hasta alcanzar su espesor original. Una parte de la capa de arena se pierde cada vez que se remueve el lodo seco. La arena que se utilice para reponer el espesor original debe ser de la misma característica que la especificada en su construcción.

108

Remoción del lodo de los lechos de secado

El mejor momento para retirar los lodos de los lechos de secado depende de: La adecuada resquebrajadura del lodo. La necesidad de drenar un nuevo lote de lodos del digestor. Contenido de humedad de los lodos en el lecho de secado. El lodo seco puede ser retirado por medio de pala o tridente cuando el contenido de humedad se encuentra entre el 70 y 60%. Pero si se deja secar hasta el 40% de humedad, el peso será la mitad o la tercera parte y se podrá ser manejado más fácilmente.

Disposición

El lodo removido de los lechos de secado puede ser dispuesto en el relleno sanitario o almacenado por un tiempo para lograr una mayor deshidratación y de esta manera un menor volumen y peso que facilite el transporte hacia el lugar de disposición final. 8. Mantenimiento de tuberías

Las tuberías deben mantenerse limpias completamente sin obstrucciones o Acumulaciones de cualquier naturaleza. Para su limpieza se debe:

109

Remover con una varilla la suciedad que se encuentre adherida a éstas.

Agregar agua a presión hasta que la tubería esté limpia.

9. Actividades de operación

Para la operación y mantenimiento de la planta se deben realizar las siguientes actividades.

ÁREA ACTIVIDAD FRECUENCIA

Pretratamiento general Lavado de todas las unidades con cepillo

Mínimo una vez al día

Canal de entrada Control de caudal En caso de lluvia fuerte debe cerrarse la entrada

Rejas de cribado Limpieza con el rastrillo y deposito en las canastillas

Mínimo cada hora

sedimentador

Retiro de sedimentos (por manejo de válvulas, accesorio y manual).

semanalmente

Limpieza de la estructura Una vez por mes

Lechos de secado

Verificar material filtrante Cada año

Reponer nivel de arena del lecho

Cada mes

El lodo descargado debe ser cuarteado

Una vez el lodo está un poco seco

Aplicar cal En caso de presentarse olores y mosquitos

Retirar el lodo que previamente que se partió cuarteo

Cada mes

Mantenimiento de tuberías

Diario

110

Registro de operación

Una de las funciones más importantes de un operador es la preparación y mantenimiento adecuado del registro de los datos que se generan en la misma. Los registros de operación pueden ser separados en dos categorías: Registros físicos. Registros de desempeño. Registros físicos.

Estos registros describen las instalaciones y equipos de la planta e incluyen:

Criterios de diseño de la planta. Planos de la planta. Manual de operación. Registro de equipos que también incluye: Nombre del proveedor. Fecha de compra. Modelo. Capacidad.

Principales características

Registro del mantenimiento de cada equipo. Registros de costos de compra y reparación de equipos. Registros de desempeño.

Estos registros describen la operación de la planta y proveen de información tanto al operador como a cualquier persona que lo quiera, ya que es en realidad un registro histórico. Estos resultados o registros deberán ser utilizados por el operador para resolver los problemas que se presenten en el proceso y para anticiparse a necesidades futuras. Además, los registros también pueden ser empleados para requerimientos legales o de regulación establecidos por el gobierno.

Los posibles registros pueden ser los siguientes:

Registro de operación diario. Registro de calidad del agua. Registro de fallas de equipo. Registro de reactivos. Elaboración de reportes.

111

A continuación, se plantea un cronograma de actividades para cada media hora en la planta de tratamiento de agua residual diseñada para Vélez Santander.

HORA

09:30

11:30

Determinación del gasto en: Pretratamiento, zanjón de oxidación y entrada y salida del sedimentador.


Determinación del gasto en: Pretratamiento, zanjón de oxidación entrada y salida del desarenador.

14:30


15:30

Vigilancia: Pretratamiento, zanjón de oxidación y recirculación de lodos.


15:00

Toma de lectura de totalizador de agua tratada

Recirculación de lodos.



16:00 Recirculación de lodos.


Recirculación de lodos

13:00



Limpieza de rejillas de pretratamiento y desarenador.

14:00

Almuerzo

12:00 Recirculación de lodos

Purga de lodos.

Peso de lodos secos en el lecho de secado de lodos.

12:30Recirculación de lodos.

Limpieza de los cepillos de pH, OD, OR y SST en el zanjón.


vigilancia del lecho de secado

11:00

Almuerzo


Almuerzo

ACTIVIDADES

09:00

10:00







Limpieza de rejillas de pretratamiento y desarenador.

Recepción de turno

112

HORA

17:00


Determinación del gasto en: Pretratamiento, zanjón de oxidación entrada y salida del desarenador.


23:00

Captura de datos.

Registro en bitácora personal

0:00


Recirculación de lodos..

22:00

Cosecha de algas y lemna.

Vigilancia: Pretratamiento, zanjón de oxidación y recirculación de lodos.

comida



Limpieza de rejillas de pretratamiento y desarenador

22:30








20:30.



Comida

21:30

19:30 Cosecha de algas y lemna.

Encendido del alumbrado de la planta

20:00Recirculación de lodos.

Limpieza de los cepillos de pH, OD, OR y SST en el zanjón.

18:00


18:30



19:00

ACTIVIDADES

16:30

17:30



comida
