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DISEÑO DE UN SISTEMA DESCENTRALIZADO, INTEGRADO Y SOSTENIBLE PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA FINCA VISTA LINDA
UBICADA EN LA VEREDA PIEDRA ANCHA DE ALGECIRAS - HUILA
CRISTHIAN FERNANDO PÉREZ CERÓN FERNANDO GONZÁLEZ LEIVA
Director EDUARDO VALENCIA GRANADA
M.Sc. Ingeniería Sanitaria y Ambiental
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA SANEAMENTO RURAL A- 2010
NEIVA – HUILA
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CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN
2. GENERALIDADES 2.1 Localización 2.2 Características de la región
3. DISEÑO
3.1 INFORMACIÓN BÁSICA 3.1.1 Explotación Agropecuaria Vista Linda 3.1.2 Cálculos Básicos
3.2 DISEÑO CONCEPTUAL
3.2.1 Propuesta 3.2.2 Esquema General 3.2.3 Diagrama de Unidades - Procesos 3.2.4 Caracterización de Afluente 3.2.5 Remociones Teóricas de las Unidades 3.2.6 Remociones Teóricas del Sistema 3.2.7 Caracterización del Efluente
3.3 DISEÑO FÍSICO
3.4 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS 3.5 MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 4. BONDADES DE LA PROPUESTA
4.1 ECONÓMICA 4.1.1 Cargas Contaminantes 4.1.2 Tasa Retributiva 4.1.3 Tiempo de Amortización 4.2 AMBIENTAL
5. RESUMEN PRESUPUESTO
6. BIBLIOGRAFÍA
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LISTA DE ABREVIATURAS
Af = Afluente
Ef = Efluente
QAR = Caudal de agua residual
ARD = Aguas residuales Domesticas
ARC = Aguas residuales Café
ARP = Aguas residuales Porcícola
L = Largo
bl = Borde Libre
h = Altura
a = Ancho
b = base
V = Volumen
THR = Tiempo de Retención Hidráulica
As = Área superficial
PTAR = Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
DBO = Demanda Bioquímica de Oxigeno
SS = Sólidos Suspendidos
CF = Coliformes Fecales
N = Nitrógeno
P = Fosforo
AR = Aguas Residuales
mm = Milímetros
L = Litros
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LISTA DE FIGURAS.
FIGURA 1. Ubicación de la Finca Vista Linda FIGURA 2. Esquema General de la PTAR FIGURA 3. Diagrama Unidades – Procesos FIGURA 4. Vista Trampa de Grasas
FIGURA 5. Vista Humedal FIGURA 6. Vista Desnatador FIGURA 7. Vista Tanque de Mezcla FIGURA 8. Vista Biodigestor FIGURA 9. Vista Canal de Plantas FIGURA 10. Carga Contaminantes Finca Vista Linda
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Aguas Residuales generadas en la finca Vista Linda
Tabla 2. Caracterización de las Aguas Residuales Domesticas
Tabla 3. Caracterización de las Aguas Residuales del café
Tabla 4. Caracterización del Agua Residual porcícola
Tabla 5. Caracterización de las Aguas Residuales Domesticas.
Tabla 6. Caracterización de las Aguas Residuales del café.
Tabla 7. Caracterización del Agua Residual porcícola.
Tabla 8. Remociones Teóricas para la Unidad de ARD
Tabla 9. Remociones Teóricas para la Unidad de AR café
Tabla 10. Remociones Teóricas para la Unidad Porcícola
Tabla 11. Remociones Teóricas para la Unidad de ARD.
Tabla 12. Remociones Teóricas para la Unidad de AR Café.
Tabla 13. Remociones Teóricas para la Unidad Porcícola.
Tabla 14. Eficiencias Teóricas para la Unidad de ARD
Tabla 15. Eficiencias Teóricas para la Unidad de ARC
Tabla 16. Eficiencias Teóricas para la Unidad de ARP
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Tabla 17. Caracterización Afluente antes de pasar por el canal de plantas acuáticas
Tabla 18. Remoción teórica de la Unidad (Canal de Plantas Acuáticas)
Tabla 19. Caracterización del Efluente utilizado para el riego (Reuso)
Tabla 20. Porosidad efectiva de Sustrato para humedal
Tabla 21. Dimensiones de Unidades del Sistema (ARD)
Tabla 22. Dimensiones de Unidades del Sistema (ARC)
Tabla 23. Dimensiones de Unidades del Sistema (ARD)
Tabla 24. Concentración del Afluente de las Aguas Residuales Domesticas en la finca Vista Linda
Tabla 25. Concentración del Afluente de las Aguas Residuales del café en la finca Vista Linda
Tabla 26. Concentración del Afluente del Agua Residual porcícola en la finca Vista Linda
Tabla 27. Concentración del Efluente de las Aguas Residuales Total SIN tratamiento en la finca Vista Linda
Tabla 28. Concentración del Efluente de las Aguas Residuales Total CON tratamiento en la finca Vista Linda
Tabla 29. Cargas Contaminantes de las Aguas Residuales en la finca Vista Linda
Tabla 30. Costos proyectados por concepto de Tasa Retributiva en la finca Vista Linda
Tabla 31. Costo total por concepto de Tasa Retributiva y Ahorro con una PTAR en la finca Vista Linda
Tabla 32. Concentración Oxigeno Disuelto en la finca Vista Linda
Tabla 33. Presupuesto General para la construcción de la PTAR en la finca Vista Linda.
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1. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, los sistemas de tratamiento de aguas residuales en la zona rural colombiana se están desarrollando bajo los lineamientos de sistemas centralizados que se ejecutan en proyectos de saneamiento básico por parte de las dependencias del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Rural y otras entidades como el Comité de Cafeteros que ha intentado establecer nuevas propuestas para el tratamiento de aguas residuales. Estos sistemas además de exigir un alto costo de operación y mantenimiento no están contribuyendo al manejo integral de los residuos que según las tendencias actuales se empiezan a implementar mediante el concepto de los sistemas descentralizados integrados y sostenibles. Los Sistemas Integrados Sostenibles para el Tratamiento de Aguas residuales son procesos en los cuales se integra tratamiento, reuso, producción, y los subproductos del tratamiento son nuevamente utilizados por el hombre, minimizando así la contaminación. (Valencia, 1997. Citado por Narváez y Silva, 2009). De acuerdo con lo anterior, la siguiente propuesta se presenta como una alternativa para minimizar los riesgos para la salud pública y el ambiente causado por el vertimiento de aguas residuales a las fuentes superficiales de agua. La propuesta contempla el diseño de sistemas preliminares como trampas de grasas, tratamientos secundarios con el establecimiento de humedales y la reutilización de las aguas residuales para regadío de un cultivo de café, además del manejo de los residuos sólidos como fuente para la producción de abonos orgánicos mediante la técnica del compostaje.
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2. GENERALIDADES
2.1 Localización
Piedra Ancha es una vereda que se encuentra a 20 Km del casco urbano del Municipio de Algeciras ubicado al oriente del departamento del Huila. La vereda Piedra Ancha limita al oriente con la vereda la Gruta y las Damitas, al occidente con la Vereda la Ensillada, al norte con el casco urbano de Algeciras y al sur con la vereda Santa Lucia y los Andes.
FIGURA. 1. Ubicación de la Finca Vista Linda
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2.2 Características de la Región
La cabecera municipal se encuentra a 990 m.s.n.m, sobre una terraza de suelos de origen aluvial regada por los ríos Blanco y Neiva que nacen en los Cerros de Miraflores y La Siberia. Piedra Ancha es una de las 53 veredas que forman parte del municipio, ubicada a 1200 m.s.n.m, con una población de 1000 habitantes, temperatura media de 20°C caracterizada por tener una serie de accidentes orográficos que le confieren el carácter de montañas con pendientes moderadas a fuertes sobre las que se desarrollan diferentes actividades agropecuarias, especialmente actividades entorno al café. La principal fuente hídrica en la vereda es la Quebrada la Flor que hace su recorrido de norte a sur pasando por la finca vista linda como se observa en la Figura 1.
2.2.1 Economía
La población económicamente activa está integrada por el 45% de sus habitantes. Las principales fuentes de empleo están centradas en las actividades agropecuarias, especialmente las relacionadas con la caficultura y la ganadería. 2.2.2 Infraestructura La vereda Piedra Ancha cuenta con servicios básicos de energía eléctrica y telecomunicaciones debido a la instalación de antenas repetidoras de Comcel y Movistar. El acueducto y la potabilización del agua son deficientes y no cuentan con una red de tratamiento de aguas residuales que son vertidas en su totalidad a la quebrada la Flor. Las vías de acceso a la vereda son destapadas (vías terciarias) y en épocas de invierno se presenta dificultad para el transporte debido al mal estado en que se encuentran. Cuenta con la Institución Educativa El Terco de Don Pacho en honor a Don Pacho por sus aportes hechos a la región. Esta escuela forma a 100 estudiantes hasta 5° de primaria, que luego viajan hasta el casco urbano de Algeciras para terminar su bachillerato, además la vereda tiene representación legalmente constituida por la junta de acción comunal Piedra Ancha. 2.2.3 Problemática La vereda Piedra Ancha no cuenta con un sistema de tratamiento de agua potable y aguas residuales ya que se vierten a la Quebrada la Flor, siendo el principal contaminante los efluentes generados por la actividad cafetera y pecuaria presentes en la zona, ocasionando problemas de salud publica debido a que aguas abajo de la vereda, el casco urbano de Santa Lucia abastece su acueducto.
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3. DISEÑO
3.1 INFORMACIÓN BÁSICA
3.1.1 Explotación Agropecuaria La finca Vista Linda ubicada en la Vereda Piedra Ancha del Municipio de Algeciras, tiene 5 hectáreas. Posee una casa, donde además de servir de habitación para 15 personas, la utilizan como bodega. En café, tiene cuatro (4) hectáreas en producción; para lo cual disponen de un beneficiadero y un sistema de secado tradicional. Además, posee una explotación porcícola, con 20 animales: 10 de levante y 10 de ceba. La finca posee buena agua, por ella pasa la quebrada La Flor, con un caudal promedio de 800 L/s, de la cual se abastecen para consumo, para el beneficio del café y para la porqueriza.
3.1.2 Cálculos Básicos
A continuación se presentan los cálculos necesarios para estimar los valores de caudales de aguas residuales.
Caudal de aguas residuales domesticas (QARD) El número de habitantes en la finca es de 15 y la dotación por habitante se estimó en 200 L/d, para ello se utilizó un coeficiente de retorno (CR) de 0.85, según RAS 2000 titulo D, tabla D3.1.
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Caudal de aguas residuales por beneficio de Café (QARC) La finca Vista Linda posee 4 Ha sembradas en café variedad Castillo (AS). La recolección de la cosecha se hace aproximadamente en 30 días, representado el 65% de la producción anual. Para el beneficio del café, se tiene un gasto de 15 L/Kg de café despulpado y lavado (CA). La finca tiene un registro de producción de 2500 Kg / Ha-año. (Pr)
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El 25% de la producción restante en la finca, se cosecha durante los 11 meses siguientes, representando un consumo de agua para el beneficio de café.
Caudal de aguas residuales porquerizas (QARP) Existe una explotación porcícola de 20 cerdos: 10 de levante y 10 de ceba. El área necesaria por cerdo es de 1 m2 para los de levante y 1.5 m2 para los de ceba. El consumo de agua necesaria para lavar los estiércoles de la porqueriza es de 4 L / m2. El lavado de instalaciones se hace 2 veces en el día.
) ))
Tabla 1. Aguas Residuales generadas en la finca Vista Linda
Caracterización QAR ( L / d )
ARD ARCAFE
2250 3252
ARP 200
Fuente: González y Pérez, 2010
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3.2 DISEÑO CONCEPTUAL
3.2.1 Propuesta La PTAR para la finca Vista Linda está enmarcada bajo los lineamientos de sistemas integrados descentralizados y sostenibles. Esta PTAR consta de las siguientes unidades: UNIDAD DE TRATAMIENTO ARD Trampa de Grasas (Tratamiento Preliminar) La trampa de grasa consiste en un pequeño tanque o caja cubierta provista de una entrada sumergida y de una tubería de salida que parte cerca del fondo, tiene por objeto interceptar las grasas y jabones presentes en las aguas grises de cocinas y lavaderos. Humedal Un humedal es un sistema que consiste en un estanque o canal poco profundo, construido por el hombre, para el tratamiento de aguas residuales, en el que se siembran plantas acuáticas; estas plantas ayudan a purificar el agua mediante la absorción de los nutrientes, eliminando una cantidad significativa de contaminantes, mientras sus raíces proporcionan el hábitat para microorganismos. (Narváez y Silva, 2009). UNIDAD DE TRATAMIENTO ARC Desnatador Es un tanque donde se depositan temporalmente las aguas del beneficio del café, el agua permanece allí por un tiempo de 24 horas, permitiendo separar dentro del líquido un material flotante (natas) y lodos. Los lodos y natas pueden mezclarse con la pulpa en la fosa de compostaje.
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Sistema de Tratamiento Modular Anaerobio (STMA) Es un prototipo ecológico propuesto por Cenicafé para el tratamiento de las aguas residuales del lavado de café; sus componentes esenciales son: reactores Hidrolítico-acidogénicos- RHA, Cámara de dosificación RD y reactor Metanogénico RM. A continuación se describe cada parte del sistema: Tanque Hidrolítico Es un tanque de polietileno negro en tronco de cono de aproximadamente 2 m3
con una altura de 156 cm (sin tapa), con un diámetro superior de 146 cm y un diámetro inferior de 115 cm. A este tanque llegan las aguas residuales procedentes del lavado del mucilago fermentado de café. En este tanque se busca llevar a cabo las reacciones bioquímicas que conducen a la hidrólisis de compuestos de alto peso molecular y la máxima formación de ácidos posibles en esta etapa, para favorecer las reacciones que hacen parte de la metanogénesis (Zambrano et al 2007.) Tanque Metanogénico El reactor Metanogénico está constituido por un tanque cilíndrico de 2 m3 de Capacidad de color negro, fabricado en fibra de vidrio tipo UAF (filtro anaerobio de flujo ascendente). Hace parte de la estructura de biodegradación anaerobia de los residuos, recibe los efluentes que provienen del tanque Hidrolítico. UNIDAD DE TRATAMIENTO ARP Biodigestor Allí se depositan las aguas residuales provenientes de las porquerizas y se inicia su correspondiente biodegradación mediante el proceso anaerobio. Este proceso libera gas metano que se utilizará para el calentamiento de los lechones en la porqueriza. Canal de Plantas Acuáticas En este tratamiento se utilizan plantas acuáticas o macrófitas debido a que estas almacenan y asimilan los contaminantes, transportando el oxigeno a la zona de raíces además de proveer un medio apropiado para la actividad bacteriana.
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FIGURA 2. Esquema General de la PTAR
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TRAMPA DE GRASAS
FLOTACIÓN
Remover Grasas y Aceites
HUMEDAL
DIGESTIÓN
Remover DBO - SS
N - P - CF
DESNATADOR
FLOTACIÓN -
SEDIMENTACIÓN
Remover SS –
Grasas y Aceites
DBO
TANQUE
HIDROLÍTICO
DIGESTIÓN
Remover DBO
Grasas y Aceites
TANQUE
METANOGÉNICO
DIGESTIÓN
Remover DBO - SS
Grasas y Aceites
TANQUE DE
MEZCLA
SEDIMENTACIÓN
Remover SS
BIODIGESTOR
DIGESTIÓN
Remover DBO
NOMBRE DE UNIDAD
PRINCIPIO
FUNCIÓN PRINCIPAL
FUNCIÓN
SECUNDARIA
CANAL PLANTAS
ACUÁTICAS
DIGESTIÓN
Remover N - P
CF
Af.
Af.
Af.
AR DOMESTICA
AR PORQUERIZA
AR CAFÉ
FIGURA 3. Diagrama de Unidades - Proceso
DESCRIPCIÓN
FIGURA 3. Diagrama de Unidades - Proceso
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3.2.3 Caracterización del Afluente Para la caracterización del afluente, se referenciaron datos de estudios anteriores (Ver tabla 2, 3 y 4).
Tabla 2. Caracterización de las Aguas Residuales Domesticas
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN
DBO mg/ L 200 S.S mg/ L 250
Grasas mg/ L 100 N mg/ L 40 P
CF mg/ L
UFC/100 ml 8
108 Fuente: Narváez y Silva, 2009
Tabla 3. Caracterización de las Aguas Residuales del café
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN
DBO mg/ L 2950 S.S
Grasas mg/ L mg/ L
9115 29.2
N P
mg/ L mg/ L
661 59
Fuente: Cortes y Rios, 2009.
Tabla 4. Caracterización del Agua Residual porcícola
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN
DBO mg/ L 3250 SS.
Grasas mg/ L mg/ L
8750 28.2
N P
mg/ L mg/ L
258 1020
Fuente: Artunduaga y Gordillo, 2009
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Los valores seleccionados para la propuesta se muestran en las tablas 5, 6 y 7 respectivamente.
Tabla 5. Caracterización de las Aguas Residuales Domesticas en la finca Vista
Linda
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN
DBO mg/ L 290 S.S mg/ L 280
Grasas mg/ L 100 N mg/ L 80 P
CF mg/ L
UFC/100 ml 15 108
Fuente: González y Pérez, 2010
Tabla 6. Caracterización de las Aguas Residuales del café en la finca Vista Linda
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN
DBO mg/ L 3150 SS.
Grasas mg/ L mg/ L
9230 30
N P
mg/ L mg/ L
700 90
Fuente: González y Pérez, 2010
Tabla 7. Caracterización del Agua Residual porcícola en la finca Vista Linda
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN
DBO mg/ L 3500 SS.
Grasas y aceites mg/ L mg/ L
8550 30
N P
mg/ L mg/ L
190 1000
Fuente: González y Pérez, 2010
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3.2.4 Remoción Teóricas de las Unidades Las tablas 8, 9 y 10 muestran las remociones teóricas por contaminante en cada una de las unidades del sistema referenciadas en propuestas anteriores.
Tabla 8. Remociones Teóricas para la Unidad de ARD
PARÁMETRO TRAMPA DE GRASAS (%)
HUMEDAL (%)
DBO 0 80 SS 0 60
Grasas 90 0 N 0 50
P 0 40 CF 0 99
Fuente: Narváez y Silva, 2009
Tabla 9. Remociones Teóricas para la Unidad de AR café
PARÁMETRO DESNATADOR
(%)
TANQUE HIDROLÍTICO
(%)
TANQUE METANOGÉNICO
(%)
DBO 20 80 80 SS 60 0 80
Grasas 60 10 10 Fuente: Cortes y Ríos, 2009
Tabla 10. Remociones Teóricas para la Unidad Porcícola
PARÁMETRO TANQUE MEZCLA (%) BIODIGESTOR (%)
DBO 20 60 SS 80 60
Grasas 60 40 N 20 0 P 10 0
CF 90 99
Fuente: Artunduaga y Gordillo, 2009
A continuación se presentan las remociones teóricas seleccionadas en cada una de las unidades del sistema propuesto para la finca Vista Linda.
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Tabla 11. Remociones Teóricas para la Unidad de ARD en la finca Vista Linda
PARÁMETRO TRAMPA DE
GRASAS HUMEDAL
DBO (mg/L)
AF 290 290
% 0 80
EF 290 58
SS (mg/L)
AF 280 280
% 0 60
EF 280 112
Grasas (mg/L)
AF 100 10
% 90 0
EF 10 10
N (mg/L)
AF 80 80
% 0 50
EF 80 40
P (mg/L)
AF 15 15
% 0 40
EF 15 9
CF (UFC/ 100 ml )
AF 108 108
% 0 99
EF 108 106
Fuente: González y Pérez, 2010
Tabla 12. Remociones Teóricas para la Unidad de AR Café en la finca Vista Linda
PARÁMETRO DESNATADOR TANQUE
HIDROLÍTICO TANQUE
METANOGÉNICO
DBO (mg/L)
AF 3150 2520 2520 % 20 0 80 EF 2520 2520 504
SS (mg/L)
AF 9230 3692 3692 % 60 0 80 EF 3692 3692 738
Grasas (mg/L)
AF 30 12 12 % 60 0 10 EF 12 12 10.8
N (mg/L)
AF 700 700 700 % 0 0 0 EF 700 700 700
P (mg/L)
AF 700 700 700 % 0 0 0 EF 700 700 700
Fuente: González y Pérez, 2010
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Tabla 13. Remociones Teóricas para la Unidad Porcícola en la finca Vista Linda
PARÁMETRO TANQUE DE
MEZCLA BIODIGESTOR
DBO (mg/L)
AF 3500 2800 % 20 60 EF 2800 1120
SS (mg/L)
AF 8550 5130 % 40 60 EF 5130 2052
Grasas (mg/L)
AF 30 12 % 60 40 EF 12 7.2
N (mg/L)
AF 190 190 % 0 30 EF 190 133
P (mg/L)
AF 1000 1000 % 0 30 EF 1000 700
CF (UFC/ 100 ml )
AF 109 10
8 % 90 99 EF 10
8 106
Fuente: González y Pérez, 2010 3.2.6 Remociones Teóricas del Sistema Para determinar la remoción teórica del sistema se utilizo la siguiente ecuación:
A continuación, se muestran las eficiencias esperadas para cada unidad de tratamiento dentro de la PTAR.
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Tabla 14. Eficiencias Teóricas para la Unidad de ARD
PARÁMETRO AFLUENTE EFLUENTE % REMOCIÓN
DBO (mg/ L) 290 58 80 SS (mg/ L) 280 112 60
Grasas (mg/ L) 100 10 90 N (mg/ L) 80 40 50 P (mg/ L) 15 9 40 CF (mg/ L) 108 106 99
Fuente: González y Pérez, 2010
Tabla 15. Eficiencias Teóricas para la Unidad de ARC
PARÁMETRO AFLUENTE EFLUENTE % REMOCIÓN
DBO (mg/ L) 3150 504 84 SS (mg/ L) 9230 738 92
Grasas (mg/ L) 30 10.8 64 Fuente: González y Pérez, 2010
Tabla 16. Eficiencias Teóricas para la Unidad de ARP
PARÁMETRO AFLUENTE EFLUENTE % REMOCIÓN
DBO (mg/ L) 3500 1120 68 SS (mg/ L) 8550 2052 76
Grasas (mg/ L) 30 7.2 76 N (mg/ L) 190 133 30 P (mg/ L) 1000 700 30 CF (mg/ L) 109 106 99.9
Fuente: González y Pérez, 2010
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3.2.7 Caracterización del Efluente Para la caracterización del efluente que es utilizado para riego en el cultivo de café, es necesario determinar las concentraciones de cada parámetro en el agua residual antes y después del canal de plantas acuáticas ya que esta unidad es la encargada de recibir la mezcla de aguas residuales de toda la PTAR. (Figura 2.)
Compostaje
Trampa
Grasa
Casa
Beneficiadero
Porqueriza
Tanque
MezclaBiodigestor
Desnatador
Tanque
HidrolíticoTanque
Metanogénico
Cultivo de Café
Canal Plantas Acuáticas
Quebrada
HumedalA. Grises
A. Negras
AR Café
AR
Porqueriza
Biogás
Abono
Pulpa Ef.
FIGURA 2. Esquema General de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
ARDQ
ARCQ
ARPQ
ARTQ
QART = QARD + QARC + QARP
QART = (2250+3252+200) L/d = 5702 L/d.
a) Concentración de DBO (mg/L) de la mezcla de las 3 AR.
1.) ARD CCDBO = CDBO * Q
CCDBO = (2250 L/d * 58 mg/L) = 130500 mg/d
CCSS = (2250 L/d * 112 mg/L) = 252000 mg/d CCGRASAS = (2250 L/d * 10 mg/L) = 22500 mg/d
CCN = (2250 L/d * 40 mg/L) = 90000 mg/d
CCP = (2250 L/d * 9 mg/L) = 20250 mg/d
AR
DBO
DBOQ
CCC
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2.) ARC CCDBO = CDBO * Q
CCDBO = (3252 L/d * 504 mg/L) = 1639008 mg/d
CCSS = (3252 L/d * 738 mg/L) = 2399976 mg/d
CCGRASAS = (3252 L/d * 10,8 mg/L) = 35122 mg/d
CCN = (3252 L/d * 700 mg/L) = 2276400 mg/d
CCP = (3252 L/d * 700 mg/L) = 2276400 mg/d
3.) ARP CCDBO = CDBO * Q
CCDBO = (200 L/d * 1120 mg/L) = 224000 mg/d
CCSS = (200 L/d * 2052 mg/L) = 410400 mg/d
CCGRASAS = (200 L/d * 7,2 mg/L) = 1440 mg/d
CCN = (200 L/d * 133 mg/L) = 26600 mg/d
CCP = (200 L/d * 700 mg/L) = 140000 mg/d
L
mg
dL
dmg
Q
CCC
AR
DBO
DBO *
* )(350
5702
1993508
5702
2240001639008130500
L
mg
dL
dmgCSS
*
* )(537
5702
3062376
5702
4104002399976252000
L
mg
dL
dmgCGRASAS
*
* )(11
5702
59062
5702
14403512222500
L
mg
dL
dmgCN
*
* )(420
5702
2393000
5702
26600227640090000
L
mg
dL
dmgCP
*
* )(427
5702
2436650
5702
140000227640020250
ml
ufcCP
100
106
24
Tabla 17. Caracterización Afluente antes de pasar por el canal de plantas
acuáticas
PARÁMETRO VALORES
DBO (mg/L) 350 SS (mg/L) 537
GRASAS (mg/L) 11 N (mg/L) 420 P (mg/L) 427
CF UFC/100 ml 106
Tabla 18. Remoción teórica de la Unidad (Canal de Plantas Acuáticas)
PARÁMETRO CANAL DE PLANTAS
DBO (mg/L)
AF 350 % 80
EF 70
SS (mg/L)
AF 537 % 60
EF 215
Grasas (mg/L)
AF 11 % 0
EF 11
N (mg/L)
AF 420 % 50
EF 210
P (mg/L)
AF 427 % 40
EF 171
CF (UFC/ 100 ml )
AF 106 % 99
EF 104
Fuente: González y Pérez, 2010
Tabla 19. Caracterización del Efluente utilizado para el riego (Reuso)
PARÁMETRO VALORES
DBO (mg/L) 70
SS (mg/L) 215
GRASAS (mg/L) 11
N (mg/L) 210
P (mg/L) 171
CF UFC/100 ml 104
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3.3 DISEÑO FÍSICO
Dimensionamiento físico de unidades para ARD.
TRAMPA DE GRASAS
- A mínima = 0,25 m2*L/s - Velocidad Ascendente 4 mm/s
- Relación Ancho/Longitud = 1 : 2
QARD = 2250 L/d = 0,026 L/s
√
Por consideraciones constructivas propuestas por los diseñadores, las
dimensiones se quedan establecidas de la siguiente forma
FIGURA 4. Vista Trampa de Grasas
26
HUMEDAL
Para el diseño del humedal se utilizo la metodología propuesta por Yocum, en el
manual de diseño: Humedal construido para el tratamiento de aguas grises por
biofiltración, (Narváez y Silva, 2009).
- Relación Ancho/Longitud = 1:2 - Profundidad del humedal = 0.6 m
Su diseño se realiza de acuerdo a la reducción de DBO esperada.
)
K20 = Constante a 20 °C igual a 0,805 T= temperatura media de la zona de estudio igual a 20 °C
)
Tiempo de retención (t)
)
C = Concentración DBO a la salida igual a 58 mg/L
C0 = Concentración DBO a la entrada igual a 290 mg/L
)
Verificación tasa de Carga Orgánica (L org)
dW = Profundidad Sustrato igual a 0,6 m
n = Porosidad del Sustrato (se diseño para arena con grava n= 0.35, ver tabla 20).
27
Tabla 20. Porosidad efectiva de Sustrato para humedal
SUSTRATO TAMAÑO EFECTIVO
d10 (mm) POROSIDAD EFECTIVA
(n)
Arena Media 1 0,30 Arena Gruesa 2 0,32
Arena con Grava 8 0,35 Grava Media 32 0,40 Grava Gruesa 128 0,45
Fuente: Crites & Tchobanoglous, 2000. Citado por Narváez y Silva, 2009.
Área Superficial (As)
L = 2 a
√
L = 6 m
Calculo Sección Transversal
Canal en tierra, suelo arcilloso - Relación de Talud 1H: 2V
)
28
FIGURA 5. Vista Humedal
Tabla 21. Dimensiones de Unidades del Sistema (ARD)
UNIDAD PARÁMETRO MEDIDA (m)
TRAMPA GRASA
Longitud 0,50 Ancho 0,25 Altura 0,30
HUMEDAL
Longitud 6,00 Base 2,29
Ancho Sup. 3,00 Altura 0,60
Borde Libre 0,10
Dimensionamiento físico de la unidad para ARC
DESNATADOR
- TRH (Tiempo de Retención Hidráulica) igual a 3 hr (0,125 días)
- Relación Ancho/Largo = 1 : 4
PLANTA
CORTE LONGITUDINAL
CORTE TRANSVERSAL
S = 1%
29
FIGURA 6. Vista Desnatador
Tabla 22. Dimensiones de Unidades del Sistema (ARC)
UNIDAD PARÁMETRO MEDIDA
DESNATADOR
Longitud (m) 2,00
Ancho (m) 0,50
Altura ( m) 0,40
TANQUE HIDROLÍTICO Volumen (L) 500
TANQUE METANOGÉNICO Volumen (L) 500
Dimensionamiento de las Unidades de ARP
TANQUE DE MEZCLA O SEDIMENTADOR
- TRH (Tiempo de Retención Hidráulica) igual a 3 hr (0,125 días)
- Relación Ancho/Largo = 1 : 4
FIGURA 7. Vista Tanque de Mezcla (Sedimentador)
PLANTA CORTE LONGITUDINAL
PLANTACORTE LONGITUDINAL
30
BIODIGESTOR
Se diseña con el fin de remover materia orgánica por vía anaerobia y
microorganismos patógenos. Se utilizó la metodología de Moreno y Gordillo, 2009.
- TRH según la zona a 20 °C igual a 45 días
- Vol. liquido =70% - Vol. Gas =30%
- Forma Circular ϴ = 1,50 m
Longitud Biodigestor (L)
)
Cajas de Entrada y Salida del Biodigestor
El objetivo es mantener el nivel del líquido dentro del biodigestor. Las dimensiones
se establecieron según criterios de Botache et al., 2009. El estomago del
biodigestor será de Geomembrana H.D.P.E (Polietileno de Alta Densidad), tipo
Invernadero y la Tubería PVC ϴ = 6”
31
FIGURA 8. Vista Biodigestor
CANAL DE PLANTAS ACUÁTICAS
FIGURA 9. Canal de Plantas Acuáticas.
Tabla 23. Dimensiones de Unidades del Sistema (ARD)
UNIDAD PARÁMETRO MEDIDA (m)
TANQUE DE MEZCLA Longitud 1,60 Ancho 0,40 Altura 0,30
BIODIGESTOR Longitud 7,00 Diámetro 1,50
CAJAS DE BIODIGESTOR Longitud 0,40 Ancho 0,40
Profundidad 0,50
PLANTA
PLANTA
CORTE TRANSVERSAL
CORTE LONGITUDINAL
S = 1%
32
3.4 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS
A continuación se describen los materiales con que serán construidas las unidades que conforman la PTAR. Se aclara que existen materiales convencionales que pueden ser reemplazados por material que se encuentra en la zona. Tuberías de Conducción Las tuberías a utilizar en las líneas de conducción de las 3 unidades que conforman la PTAR serán de PVC Ǿ 1 1/2”. Trampa de Grasas La trampa de grasas será construida en ladrillo hueco con un revestimiento interior de 3 cm. La placa de fondo será maciza en concreto de 3000 PSI con un espesor de 10 cm utilizando varillas de Ǿ 3/8“en ambas direcciones. La tapa será metálica. Humedal Se construirá en tierra, con sección trapezoidal y taludes 1H: 2V. El material utilizado en el lecho será arena Ǿ 2 mm y grava de Ǿ 32 mm. La planta a sembrar en el humedal es Heliconia bihai (Nombre Común: Platanera Silvestre, Platanillo). Desnatador Al igual que la trampa de grasas, se construirá en ladrillo hueco con recubrimiento de 3 cm en su interior. La placa maciza será de 10 cm de espesor en concreto 3000 PSI y varillas 3/8” en ambas direcciones. Tapa metálica Tanque Hidrolítico y Metanogénico Estos tanques son prefabricados construidos en polietileno de capacidad 0.50 m3. El tanque Metanogénico contiene un lecho filtrante compuesto por material inerte como botellas plásticas, que sirven como hospederos para los microorganismos.
33
Tanque de Mezcla o Sedimentador Construido en ladrillo hueco. La placa será de concreto 3000 PSI con varillas 3/8” en ambos sentidos, ésta será esmaltada para un mejor acabado. Las paredes internas tendrán un recubrimiento de 3 cm. La tapa del sedimentador será metálica. Biodigestor Las cámaras de entrada y salida del biodigestor se construirán al igual que la trampa de grasas y el sedimentador. La tubería será de PVC 1 1/2” y el material que forma el estomago del biodigestor será de geomembrana H.D.P.E. (polietileno de alta densidad). Canal de Plantas Acuáticas Construido en tierra con sección transversal y taludes 1H: 2V. El material a utilizar en el canal es arena y grava media, la planta a utilizar es Heliconias
34
3.5 MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
UNIDAD ACTIVIDAD FRECUENCIA OPERACIÓN MANTENIMIENTO
Trampa de Grasas
Remoción natas
Mensual X
Limpieza tanque
Semestral X
Control de arvenses
Semestral X
Humedal
Siembra Plantas
X
Limpieza lechos 5 años X
Control de arvenses
Semestral X
Desnatador
Remoción natas
Mensual X
Limpieza tanque
Semestral X
Control de arvenses
Semestral X
Tanque
Hidrolítico y Metanogénico
Control de Flujo Diario X
Control de lodos
Mensual X
Adición de agua para enjuague
interno Mensual X
Tanque de
Mezcla
Remoción sólidos
Mensual X
Limpieza tanque
Semestral X
Control de arvenses
Semestral X
Biodigestor
Control de flujo de entrada y
salida Semanal X
Revisión de perforaciones en estomago
Mensual X
Revisión de tuberías de conducción
biogás
Trimestral X
Canal de Plantas
Acuáticas
Retiro de sólidos, limpieza y remoción de
malezas
Trimestral X
35
4. BONDADES DE LA PROPUESTA
4.1 ECONÓMICA Se realiza con base en la Tasa Retributiva Colombiana. De conformidad con lo establecido en la Resolución 372 de 1998, la tarifa mínima a pagar por el detrimento del recurso hídrico es:
PARÁMETRO Tarifa (pesos por kilogramo)
2007 2008 2009 2010
Demanda Bioquímica de Oxigeno DBO 91.36 96.56 103.97 106.05
Sólidos Suspendidos Totales SST 39.07 41.29 44.46 45.35
4.1.1 Cargas Contaminantes
Cargas Contaminantes Sin tratamiento
Tabla 24. Concentración del Afluente de las Aguas Residuales Domesticas en la finca Vista Linda
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN CAUDAL (L/d) CARGA
DBO kg/ d 290 2250
0,7
SS. kg/ d 280 0,6
Tabla 25. Concentración del Afluente de las Aguas Residuales del café en la finca Vista Linda
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN CAUDAL (L/d) CARGA
DBO kg/ d 3150 3252
10,2
SS. kg/ d 9230 30,0
Fuente: Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial- Colombia, 2010
36
Tabla 26. Concentración del Afluente del Agua Residual porcícola en la finca Vista Linda
PARÁMETRO UNIDADES CONCENTRACIÓN CAUDAL (L/d) CARGA
DBO kg/ d 3500 200
0,7
SS. kg/ d 8550 1,71
Tabla 27. Concentración del Efluente de las Aguas Residuales Total SIN tratamiento en la finca Vista Linda
PARÁMETRO UNIDADES CAUDAL (L/d) CARGA
DBO kg/ d 5702
11,60 SS. kg/ d 32,31
Tabla 19. Caracterización del Efluente utilizado para el riego (Reuso)
PARÁMETRO VALORES
DBO (mg/L) 70 SS (mg/L) 215
GRASAS (mg/L) 11 N (mg/L) 210 P (mg/L) 171
CF UFC/100 ml 104
Fuente: González y Pérez, 2010
Tabla 28. Concentración del Efluente de las Aguas Residuales Total CON tratamiento en la finca Vista Linda
PARÁMETRO UNIDADES CAUDAL (L/d) CARGA
DBO kg/ d 5702
0,40 SS. kg/ d 1,23
37
Tabla 29. Cargas Contaminantes de las Aguas Residuales en la finca Vista Linda
SISTEMA DBO (kg/d) SS (kg/d)
CON TRATAMIENTO 0,4 1,23
SIN TRATAMIENTO 11,6 32,31
FIGURA 10. Cargas Contaminantes en la finca Vista Linda
4.1.2 Tasa Retributiva
Tabla 30. Costos proyectados por concepto de Tasa Retributiva en la finca Vista Linda
PARÁMETRO TARIFA $
2010 1 - CON
TRATAMIENTO 2 - SIN
TRATAMIENTO 1 $ 2 $
Carga kg / Día Costos
DBO 106.05 0,40 11,60 42 1.230 SS. 45.35 1,23 32,31 56 1.465
Carga kg / Mes Costos
DBO 106.05 12,00 348,00 1.273 36.905 SS. 45.35 36,90 969,30 1.673 43.958
Carga kg / Año Costos
DBO 106.05 146,00 4234,00 15.483 449.016 SS. 45.35 448,95 11793,15 20.360 534.820
0
6
12
18
24
30
S. CONTRATAMIENTO S. SIN
TRATAMIENTO
kg /
día
DBO
SS
38
Tabla 31. Costo total por concepto de Tasa Retributiva y Ahorro con una PTAR en la finca Vista Linda
PERÍODO COSTO TOTAL $
AHORRO $ CON TRATAMIENTO SIN TRATAMIENTO
Día 98 2.695 2.597 Mes 2.946 80.863 77.917 Año 35.843 983.836 947.993
4.1.3 Tiempo de Amortización
Si con la PTAR se obtiene un Ahorro de $ 947.993 anual y su construcción cuesta $ 4’000.000; entonces el Tiempo de amortización será el siguiente:
4.2 AMBIENTAL
El tratamiento de las aguas y su reutilización elimina la carga contaminante que se le estaba vertiendo a la quebrada por lo que la calidad del agua es mejor y además se está ayudando a la conservación del agua. Debido a la disminución de la contaminación los animales y plantas acuáticas que muy posiblemente se estaban afectando y estaban desapareciendo, tendrán muchas más posibilidades de vivir, aquí se está ayudando a la conservación de la fauna existente en la zona Los efluentes de las aguas residuales, son arrojadas a la quebrada La Flor, con un caudal promedio de 800 L/s, la cual antes del vertimiento tiene OD = 9 mg/L.
39
Para poder establecer la relación Ambiental, se realizan los cálculos para el OD después del vertimiento de las Aguas Residuales con y sin tratamiento.
CARGA DE OD CON TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
CARGA DE OD SIN TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tabla 32. Concentración Oxigeno Disuelto en la finca Vista Linda
PARÁMETRO UNIDADES ANTES CON
TRATAMIENTO SIN
TRATAMIENTO
Oxigeno Disuelto OD
mg/L 9,000 8,995 8,835
40
5. RESUMEN PRESUPUESTO
Tabla 33. Presupuesto General para la construcción de la PTAR
PRESUPUESTO
ITEM UNIDAD CANTIDAD VALOR
UNITARIO VALOR TOTAL
1. TRAMPA DE GRASAS
1.1 Concreto de 3000 PSI m3 0.0125 $ 128.337 $ 1.604
1.2 Ladrillo Hueco # 5 UNID 60 $ 450 $ 27.000
1.3 Varilla corrugada 3/8" ML 3 $ 9.800 $ 9.800
1.4 Tubería PVC 1 ½ " ML 0.70 $ 34.900 $ 24.430
1.5 Codo de 90˚ UNID 2 $ 400 $ 800
1.6 Excavación m3 0.0375 $ 6.000 $ 6.000
∑ $69.634
2. HUMEDAL
2.1 Piedra gruesa Ǿ 50 mm m3 1 $ 25.000 $ 25.000
2.2 Arena Fina Ǿ 3 mm m3 5 $ 30.000 $ 150.000
2.3 Tubería PVC 1 ½ " ML 3 $34.900 $ 104.700
2.4 Excavación m3 39 $ 6.000 $234.000
∑ $513.700
3. DESNATADOR
3.1 Concreto de 3000 PSI m3 0.1 $ 128.337 $ 12.834
3.2 Ladrillo Hueco # 5 Unid 100 $ 450 $ 45.000
3.3 Varilla corrugada 3/8" ML 6 $ 9.800 $ 19.600
3.4 Tubería PVC 1 ½ " ML 0.6 $ 34.900 $ 20.950
3.5 Codo de 90˚ UNID 2 $ 400 $ 800
3.6 Excavación m3 0.4 $ 6.000 $ 6.000
∑ $105.184
4. TANQUE PLÁSTICO 500 L UNID 2 $580.000 $1.430.000
5. TANQUE PLÁSTICO 250 L UNID 1 $ 270.000 $ 270.000
∑ $1.700.000
6. SEDIMENTADOR
6.1 Concreto de 3000 PSI m3 0.064 $ 128.337 $8.214
6.2 Ladrillo Hueco # 5 UNID 100 $ 450 $ 45.000
6.3 Varilla corrugada 3/8" ML 6 $ 9.800 $ 19.600
6.4 Tubería PVC 1 ½ " ML 0.6 $ 34.900 $ 20.950
6.5 Codo de 90˚ UNID 2 $ 400 $ 800
6.6 Excavación m3 0.2 $ 6.000 $ 6.000
∑ $100.564
41
7. CÁMARAS DE ENTRADA-SALIDA( BIODIGESTOR)
7.1 Concreto de 3000 PSI m3 0.032 $ 128.337 $4.150
7.2 Ladrillo Hueco # 5 Unid 160 $ 450 $ 72.000
7.3 Varilla corrugada 3/8" ML 6 $ 9.800 $ 19.600
7.4 Tubería PVC 1 ½ " ML 4 $ 34.900 $ 139.600
7.5 Codo de 90˚ UNID 4 $ 400 $ 1.600
7.6 Excavación m3 0.16 $6.000 $6.000
7.7 Tapa metálica UNID 2 $30.000 $60.000
∑ $ 302.950
8. BIODIGESTOR
8.1 Concreto Ciclópeo m3 0.36 $ 270.000 $ 97.200
8.2 Ladrillo Hueco # 5 UNID 70 $ 450 $ 31.500
8.3 Suministro e instalación Geomembrana H.D.P.E
Global 1 $ 75.000 $ 75.000
∑ $203.700
9. CANAL DE PLANTAS
9.1 Piedra gruesa Ǿ 50 mm m3 1.8 $ 25.000 $ 45.000
9.2 Arena Fina Ǿ 50 mm m3 6 $ 30.000 $ 180.000
9.3 Tubería PVC 1 ½ " ML 3 $34.900 $ 104.700
9.4 Excavación m3 38 $ 6.000 $228.000
∑ $ 557.700
SUBTOTAL $ 3’553.432
IMPREVISTOS (10%) $ 355.343
TOTAL $3’908.775
42
6. BIBLIOGRAFÍA ARAGÓN, Calderón Renso; ROMERO, Cuellar Jonathan. Potencial de Reutilización de la PTAR del Municipio Nátaga con fines de Irrigación. Esquema Metodológico, Trabajo de Grado, Universidad Surcolombiana, Programa de Ingeniería Agrícola. Neiva 2010 ARIAS, Cortes Abelino. Tasas retributivas para el control de la contaminación del agua en Colombia. Seminario Internacional. Contaminación y Reciclaje en la producción porcina. Aspectos legales, técnicos y económicos. Agosto 20. Pág 27-33. 1998 ARTUNDUAGA M. W.; GORDILLO P. L. A; Diseño de un Sistema de Tratamiento para los Residuos Provenientes de la Explotación Porcícola, los Canaguaros Vereda Los Medios, Rivera – Huila. Universidad Surcolombiana, Programa Ingeniería Agrícola. Neiva 2009. COLOMBIA. MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Tasas Retributivas por Contaminación Hídrica. [En línea]. [Consultado el Lunes 28 de Junio de 2010]. Disponible en <http://www.minambiente.gov.co/contenido/contenido.aspx?conID=576&catID=330>. CORTES M.A.; RIOS A.T., Evaluación preliminar de los sistemas de tratamiento de
aguas residuales del beneficio del café de la vereda villa Colombia. La Plata –
Huila, Universidad Surcolombiana, Programa Ingeniería Agrícola. Neiva 2009.
NARVAEZ C. P. SILVA. I. J., Sistemas Descentralizados Integrados y Sostenibles
para el Tratamiento de Aguas Residuales Domesticas en el sector Rural del
Departamento del Huila. Universidad Surcolombiana, Programa Ingeniería
Agrícola. Neiva 2009.
43
PLANOS
44
ARTICULO CIENTÍFICO
45
CONTENIDO DE HUMEDAD DE UNA PILA DE LA PLANTA DE COMPOSTAJE DE LA UNIVERSIDAD
SURCOLOMBIANA DE NEIVA.
MOISTURE CONTENT OF A BATTERY OF COMPOSTING
PLANT OF THE UNIVERSITY SURCOLOMBIANA OF
NEIVA.
Pérez Cerón Cristhian Fernando1 González Leiva Fernando2
Valencia Granada Eduardo 3
Resumen
Uno de los parámetros fundamentales para garantizar que el proceso de Compostaje sea eficiente es controlar el contenido de humedad. Este estudio evaluó durante un periodo de 30 días dicho parámetro en una pila de Compostaje ubicada en la Planta de Manejo de Residuos Sólidos de la Universidad Surcolombiana. Se tomaron muestras del material compostado a profundidades diferentes en toda la pila para luego ser homogenizadas y determinar el contenido de humedad utilizando el método gravimétrico en el laboratorio de Construcciones de la Facultad de Ingeniería. Los resultados obtenidos indican que el valor promedio de humedad presente en la pila es de 59.88%. Éste valor se encuentra dentro del rango de 40-60% sugerido según la literatura para el proceso de Compostaje. Palabras Clave: Compostaje, humedad.
Abstract
One of the key parameters to ensure that the composting process is efficient is to control moisture content. This study evaluated over a period of 30 days that parameter in a compost pile located on the ground of solid waste management at the University Surcolombiana. The samples were taken at different depths throughout the stack to be homogenized and then determine the moisture content using the gravimetric method. The results indicate that the average value of moisture present in the stack is 56%. This value is within the range of 40-60% allowed by the literature. Keywords: Composting, moisture.
1 Estudiante de Ingeniería Agrícola. Universidad Surcolombiana. Neiva. crifep@gmail.com
2 Estudiante de Ingeniería Agrícola. Universidad Surcolombiana. Neiva
fernandogleiva@hotmail.com 3 Magister en Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Docente, Universidad Surcolombiana. Neiva
eduvale@usco.edu.co.
46
1. INTRODUCCIÓN
El contenido de agua en las materias
primas, la actividad microbiana, el
nivel de oxigeno y la temperatura son
factores directamente relacionados
con la humedad global de la pila de
Compostaje. Las actividades
microbianas relacionadas con el
crecimiento y división celular
requieren de unas condiciones de
humedades óptimas. La presencia de
agua dentro de la pila de Compostaje
es imprescindible para el transporte
de sustancias y nutrientes, de modo
que los hace más accesibles para los
microorganismos (Moral y Moreno,
2008). Cuando el contenido de
humedad es demasiado alto, los
espacios entre las partículas del
material se saturan de agua,
impidiendo el movimiento del aire
dentro de la pila (Riddlestone et al,
1991).
En la práctica del Compostaje,
siempre se ha de evitar una humedad
elevada porque desplazaría al
oxígeno, en consecuencia, el
proceso pasaría a ser anaeróbico
(Pérez, 2008). Si se presenta este
fenómeno lo más común es que
aparezcan los malos olores
producidos por la putrefacción y
pérdida de nutrientes por lixiviación.
Por el contrario, si la humedad
disminuye para los microorganismos
se genera poco calor en la pila y la
parte superior se encontrara seca,
ocasionando una disminución de la
actividad microbiana (Riddlestone et
al, 1991).
Muchos de los autores coinciden en
los rangos óptimos de humedad para
llevar a cabo el proceso de
Compostaje. Según Moral y Moreno
(2008), la humedad debe mantenerse
en un rango entre el 30 y 60%. Otros
autores como Navarro et al (2009),
expresan que la humedad debe
mantenerse en un rango optimo
situado entre 40-60% aunque en
condiciones anaerobias y según el
reactor se puede llegar a necesitar
una humedad del 90%. De acuerdo
con Kahn y Stoffella (2004), el
equilibrio ideal de la humedad
generalmente se encuentra en el
rango de 50 a 60% (base húmeda).
Dependiendo de los materiales y
método de Compostaje, los
contenidos de humedad de 40 a 70%
son tolerables, por debajo de 40% el
proceso de Compostaje se ralentiza
por falta de humedad.
Pravia y Sztern (2004), expresan que
la humedad idónea para una
biodegradación con franco
predominio de respiración aeróbica
se sitúa en el orden de 40 a 60% con
buena aireación. Humedades
superiores a los valores indicados
producirían un desplazamiento del
aire entre las partículas de materia
orgánica, con lo que el medio se
volvería anaerobio favoreciendo los
47
metabolismos fermentativos. Si la
humedad se sitúa en valores
menores al 10%, desciende la
actividad biológica general y el
proceso se vuelve extremadamente
lento.
La Tabla 1. Muestra algunas
condiciones que Kahn y Stoffella
(2004), consideran como preferidas
en el Compostaje.
Tabla 1. Condiciones Preferidas para el Compostaje.
Condición Rango Razonable1 Rango Preferido
Relación C/N Contenido de Humedad
Concentraciones O2 Tamaño Partícula (Ǿ mm)
PH Temperatura (°C)
20:1-40:1 40-65%2
>5% 3-13
5,5-9,0 43-66
25:1-30:1 50-60%
Mucho mayor a 5% Varia2 6,5-8,0 54-60
Fuente: Rynk et al., 1992. On-farm Composting Handbook.NRAES,Ithaca, New York. Con permiso Citado por: Compost Utilization in Horticultural Croopping Systems, Kahn y Stoffella , USA, 2004. 1 Recomendaciones para Compostaje rápido. Las condiciones fuera de estos rangos pueden también producir
resultados satisfactorios. 2 Depende de los materiales específicos, tamaños de la pila y condiciones meteorológicas.
Es importante determinar el contenido
de humedad inicial presente en los
materiales empleados para el
Compostaje. Según Fabelo y López
(2005), la humedad inicial de los
residuos no debe ser superior a un 50
%, de ser así hay que hacer que el
material pierda humedad, esto se
logra extendiendo el material en
capas delgadas para que pierda
humedad por evaporación natural, o
bien mezclándolo con materiales
secos, procurando mantener siempre
una adecuada relación C/N. Pérez
(2008), expresa que la relación entre
material húmedo y material seco es
2/1, para la humedad durante el
proceso. Hermand et al (2003),
evaluaron los rendimientos en un
compost de broza de café y un
compost elaborado con gallinaza,
suelo, carbón vegetal, cascarilla y
mucilago de café. El Compostaje fue
realizado bajo techo en 2 pilas de 2.5
m, 1.5 m de ancho y 0,45 m de alto.
La humedad fue monitoreada cada 3
días durante 60 días. Los resultados
obtenidos expresan que el valor
promedio de la humedad en la pila
elaborada con residuos orgánicos fue
de 55% y del 85% en la pila con
broza de café. Fabelo y López (2005),
realizaron una evaluación parcial del
proceso de Compostaje en la etapa
mesotérmica, en la Universidad
Central Martha Abreu de las Villas, en
Cuba. La evaluación del Compostaje
se realizó comparando el proceso en
una pila común y en un cesto o
recipiente con capacidad de 3 m3
cada uno. Los resultados que
obtuvieron en un periodo de 9 días
48
arrojaron que la humedad en pila de
Compostaje era de 56% y la del
recipiente 54%.
En este estudio se presentan los
resultados de la evaluación realizada
para determinar la evolución de la
humedad en una pila de Compostaje
ubicada en Planta de Manejo de
Residuos Sólidos de la Universidad
Surcolombiana, para periodo de 30
días con procesos de monitoreo 2
veces por semana.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Unidad Experimental
La investigación se desarrolló en la
Planta de Manejo de Residuos
Sólidos de la Universidad
Surcolombiana, ubicada frente al
parqueadero de la facultad de
Ingeniería. Para realizar el monitoreo
de la humedad se seleccionó una pila
bajo el criterio de la madurez de
Compostaje. Las dimensiones de la
pila seleccionada (Unidad
Experimental) son de 1.5 m de largo
por 0.7 m de ancho y 0.45 m de
altura. Los materiales principales
Compostado son residuos de podas y
residuos alimenticios.
2.2 Metodología
Para realizar el monitoreo del
contenido de humedad en la Unidad
Experimental, se tomaron muestras a
diferentes profundidades para la
totalidad de la pila durante los meses
de Marzo y Abril de 2010. El proceso
se llevo a cabo en 2 fases.
I Fase:
Durante esta fase, se tomaron
muestras 2 veces por semana
durante 30 días en horas de la
mañana. Las muestras recolectadas
fueron homogenizadas y como
muestra representativa se tomó 60 g
para determinar el contenido de
humedad de acuerdo a la norma
ICONTEC 1495 (ver tabla 2). Ésta
prueba se realizó en el laboratorio de
construcciones de la Facultad de
Ingeniería, utilizando los siguientes
equipos: 1 bandeja metálica, 1 tara, 1
palustre, horno marca Humboldt
MFG, balanza digital marca OHAUS
con precisión de 0.1. La ecuación
utilizada para determinar el contenido
de humedad es la siguiente:
II Fase:
Se realizó el análisis de los datos
obtenidos en el laboratorio para la
49
elaboración de una curva que
representa la evolución del contenido
de humedad en el periodo de estudio.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La tabla 3 muestra los valores que se
obtuvieron durante el proceso de
experimentación.
La figura 1 muestra la evolución de la
humedad en la pila de Compostaje
durante el proceso de
experimentación. El rango de
humedad se encuentra entre el 56 al
63%, valores muy cercanos a los que
consideran Kahn y Stoffella (2004),
como rango optimo para el contenido
de humedad en Compostaje. El valor
promedio registrado de la humedad
es de 59.88%, es considerado como
óptimo para un pila compuesta por
residuos orgánicos comparada con
los obtenidos por Hermand et al
(2003), cuyo promedio registró
55.00% para una pila con los mismos
materiales. El rango de humedad de
56 al 63%, se puede asociar a la
existencia predominante de un
proceso de respiración aerobia en la
pila de Compostaje, según los
estudios de Pravia y Sztern (2004).
Variable Frecuencia Método
Contenido de Humedad 2 veces por semana durante 30 días
Gravimétrico*
Tiempo (días) Humedad (%)
1 4 6
11 23 27 30
62,39 61,50 56,02 58,50 59,16 59,50 62,16
Tabla 2. Variable Evaluada y Frecuencia de Medición.
Tabla 3. Porcentaje de Humedad durante el proceso de experimentación.
*Según Norma ICONTEC 1495.
50
4. CONCLUSIONES
El valor promedio de la humedad
durante los 30 días de
experimentación en la pila de
Compostaje fue del 59.88%.
El contenido de humedad en la pila
se encuentra en rangos óptimos
para el desarrollo eficiente de los
microorganismos utilizados en el
proceso de Compostaje según la
literatura consultada.
5. REFERENCIAS
FABELO J.A.; LÓPEZ M.E.
Minimización de Residuos Mediante
la Obtención de Compost de
Residuos Sólidos Urbanos en la
Universidad Central “Marta
Abreu” de las Villas. Centro de Estudio de Química Aplicada (CEQA), Facultad de Química-Farmacia. Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas, Santa Clara, Cuba. 12 p. (2005). HERMAND, J.M.; MUÑOZ,C.Y.;
MUÑOZ.; MUSCHLER R. Pérdidas
de Nutrimentos Durante el
Compostaje y Liberación de
Nutrimentos de 3 Compost en
Condiciones de Campo. Centro
Agronómico de Investigación CATIE.
Turrialba, Costa Rica. (2003)
Instituto Colombiano de Normas
Técnicas y Certificación (ICONTEC).
Norma Técnica Colombiana
NTC1495: Determinación del
Contenido de Humedad. Bogotá
(2003).
55
56
57
58
59
60
61
62
63
0 5 10 15 20 25 30
Hu
me
dad
%
Tiempo (días)
Figura 1. Evolución de la humedad durante el tiempo de experimentación.
51
MORAL, R.; MORENO, J. Capítulo
Obtención de productos de alto valor
añadido a partir de Compost
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agricultura. Universidad de Alicante.
(2009).
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Science of composting. Disponible
en:
http://ambientalnatural.com.mx/Article
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Composting. Ultimo Acceso: 8 de
Mayo de 2010.
PÉREZ, M.A. Manual del
Compostaje. España. 24 p. (2008).
PRAVIA, A.; SZTERN D. Manual para
la Elaboración de Compost, Bases
Conceptuales y Procedimientos. pág.
(23-24). Organización Panamericana
de la Salud. OPS/HEP/HES/URO. 69
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Systems. Pág. (54-55). Compost Utilization in Horticultural Crooping System. USA. 414 p. 2004).
52