DIAGNÓSTICO DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE …

DIAGNÓSTICO DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA EN EL CORREGIMIENTO DE CHAGRES –

JAMUNDÍ (VALLE DEL CAUCA)

JORGE ALBERTO ALDANA ALVAREZ 2141024

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA INGENIERÍA AMBIENTAL

SANTIAGO DE CALI 2020

DIAGNÓSTICO DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA EN EL CORREGIMIENTO DE CHAGRES –

JAMUNDÍ (VALLE DEL CAUCA)

JORGE ALBERTO ALDANA ALVAREZ

Pasantía institucional para optar al título de Ingeniero Ambiental

Director NANCY VASQUEZ SARRIA

Ingeniera Sanitaria, MSc. PhD

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA INGENIERÍA AMBIENTAL

SANTIAGO DE CALI 2020

Nota de aceptación:

Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Ambiental

Andrés Toro Vélez

Jurado

Santiago de Cali, 17 de marzo de 2020

4

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios todo poderoso el cual me ha ayudado a superar los obstáculos que se me han presentado a lo largo de la carrera, también le agradezco por permitirme culminar mis estudios y sus incontables bendiciones.

A mis padres por el gran esfuerzo que han realizado, el apoyo incondicional que me han brindado a lo largo de toda mi vida.

A mi tía Blanca Libia Álvarez, la cual ha sido una persona muy importante a lo largo de mi vida al brindarme ese apoyo incondicional.

A mi profesora y directora Nancy Vásquez Sarria por las innumerables enseñanzas, por la paciencia, apoyo y confianza que me ha brindado.

5

CONTENIDO

pág.

RESUMEN 13

ABSTRACT 15

INTRODUCCIÓN 16

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19

2. JUSTIFICACIÓN 21

3. OBJETIVOS 23

3.1 OBJETIVO GENERAL 23

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 23

4. ANTECEDENTES 24

4.1 TRATAMIENTOS DE AGUA RESIDUAL EN EUROPA 24

4.1.1 Tratamiento de aguas residuales en España 26

4.2 TRATAMIENTOS DE AGUA RESIDUAL EN LATINOAMÉRICA Y EL CARIBE 27

4.3 TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL EN COLOMBIA 31

4.3.1 Tratamiento de agua residual en el Valle del Cauca 34

5. MARCO TEORICO 37

5.1 GENERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS Y SU COMPOSICIÓN 37

5.2 TIPOS DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL 39

6

5.2.1 Tratamiento preliminar 39

5.2.2 Tratamiento primario 40

5.2.3 Tratamiento secundario 43

5.2.4 Tratamiento terciario. 47

5.3 ASPECTOS SOCIO-ECONOMICOS 48

6. METODOLOGÍA 50

6.1 ETAPAS DEL PROYECTO 51

6.1.1 Etapa 1: Identificación de los criterios de diseño y las condiciones de operación mantenimiento y control de la planta de tratamiento de aguas residual doméstica en corregimiento de Chagres – Jamundí 51

6.1.2 Etapa 2: Se determinó el desempeño de la planta de tratamiento para la reducción de materia orgánica y sólidos medidos como DQO, DBO5 y Sólidos sedimentables 52

6.1.3 Etapa 3: Propuesta de estrategias para mejorar el desempeño de la planta de tratamiento de agua residual del corregimiento de Chagres – Jamundí (Valle del Cauca) 53

7. RESULTADOS 54

7.1 ETAPA 1: IDENTIFICACIÓN DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO Y LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN MANTENIMIENTO Y CONTROL DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUAL DOMÉSTICA EN CORREGIMIENTO DE CHAGRES – JAMUNDÍ 54

7.1.1 Información disponible 54

7.1.2 Contexto actual y descripción de la PTAR 56

7.1.2.4.1 TANQUE SEPTICO 63

7.1.2.4.2 FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE (FAFA) 69

7.1.3 Validación del caudal adoptado 77

7

7.1.4 Condiciones de operación y mantenimiento actual de la planta de tratamiento de agua residual sector Chapinero, Chagres (Robles – Jamundí) 81

7.2 ETAPA 2: DETERMINACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LA REDUCCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA Y SÓLIDOS MEDIDOS COMO DQO, DBO5 Y SÓLIDOS SEDIMENTABLES 86

7.2.1 Aforo del caudal actual de operación de la planta de tratamiento de agua residual 86

7.2.2 Caracterización del afluente y efluente de la planta de tratamiento de agua residual 96

7.3 ETAPA 3: PROPUESTA DE ESTRATEGIAS PARA MEJORAR EL DESEMPEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DEL CORREGIMIENTO DE CHAGRES – JAMUNDÍ (VALLE DEL CAUCA) 112

7.3.1 Recomendaciones de operación y mantenimiento 112

7.3.2 Recomendaciones sobre procesos, unidades y estructuras, y herramientas 119

7.3.3 Recomendaciones de capacitación y manejo de personal 134

7.3.4 Recomendaciones acerca de que actor debe manejar y administrar la PTAR 135

8. CONCLUSIONES 136

BIBLIOGRAFÍA 139

ANEXOS 145

8

LISTA DE FIGURA

pág.

Figura 1. Cambios en el tratamiento de aguas residuales en las regiones de Europa. 24

Figura 2. Esquema de tratamiento de aguas residuales en España. 26

Figura 3. Caudal de agua residual tratado en España. 27

Figura 4. Cobertura poblacional de servicios de saneamiento mejorado para Latinoamérica 2015 y meta ODM. 28

Figura 5. Tipos de instalaciones de saneamiento mejorado. 28

Figura 6. Tipo de saneamiento en algunos países de Centroamérica. 30

Figura 7. Cobertura poblacional del servicio de alcantarillado año 2009 - 2013. 31

Figura 8. Distribución de STAR por departamento para el año 2017. 33

Figura 9. Caudal de agua residual tratado por departamento para el año 2017. 34

Figura 10. Porcentaje de tecnologías de tratamiento de agua residual más usuales en el Valle del Cauca. 35

Figura 11. Estructura y partes de un sedimentador primario. 42

Figura 12. Esquema general de un tratamiento biológico aerobio (Lodos activados). 44

Figura 13. Esquema general de la digestión anaerobia y sus diferentes fases. 46

Figura 14. Transformación de la DQO - salidas y entradas en reactores aerobios y anaerobios. 47

Figura 15. Ubicación planta de tratamiento aguas residuales Sector Chapinero, Chagres – Jamundí. 50

Figura 16. Red de actores que interviene en el tratamiento de agua residual en el corregimiento de Chagres. 55

9

Figura 17. Tren de tratamiento PTAR Chagres sector Chapinero. 56

Figura 18. Cámara de inspección. 58

Figura 19. Tratamiento primario (tanque séptico). 59

Figura 20. Tratamiento secundario (FAFA) 61

Figura 21. Vertimiento ARD proveniente de la PTAR. 62

Figura 22. Vista en planta PTAR Chagres sector Chapinero y corte. 76

Figura 23. Plano alcantarillado que sirve planta de tratamiento en estudio – Corregimiento de Chagres. 78

Figura 24. Comprobación hidráulica red de alcantarillado que recolecta y conduce el agua residual hacia la planta de tratamiento en estudio – Corregimiento de Chagres. 79

Figura 25. Hidrograma para el caudal de operación actual con respecto al tiempo. 87

10

LISTA DE TABLAS pág.

Tabla 1. Tratamiento de agua residual en algunos países de Latinoamérica con grado de tratamiento. 29

Tabla 2. Caudal de agua residual tratado 2014-2017. 33

Tabla 3. Descripción de las PTARs de algunos municipios del Valle del Cauca. 36

Tabla 4. Distribución del consumo de agua en interiores de unidades residenciales. 38

Tabla 5. Composición típica del agua residual domestica bruta. 39

Tabla 6. Dimensiones básicas medidas en campo para las unidades. 63

Tabla 7. Parámetros adoptados para la estimación del dimensionamiento y variables de diseño del tanque séptico. 64

Tabla 8. Parámetros adoptados para la estimación del dimensionamiento y variables de diseño del filtro anaerobio de flujo ascendente. 70

Tabla 9. Dimensiones y variables de diseño de las unidades que conforman el sistema de tratamiento. 74

Tabla 10. Lista de chequeo de actividades de operación, mantenimiento y control (OM&C) de las unidades de la PTAR. 82

Tabla 11. Aforo de caudal jornada mañana desde las 8:00 horas hasta las 11:00 horas. 86

Tabla 12. Aforo de caudal jornada tarde desde las 13:00 horas hasta las 16:00 horas. 87

Tabla 13. Dotaciones netas mínimas y máximas según la resolución 1096 del 2000. 89

Tabla 14. Dotaciones netas mínimas y máximas según la resolución 0330 del 2017. 90

Tabla 15. Datos de consumo de agua potable del corregimiento de Chagres suministrados por ACUASUR para el mes de septiembre de 2019 (Fecha de aforo y caracterización). 92

11

Tabla 16. Datos poblacionales de la zona rural del municipio de Jamundí según censo poblacional 2018. 95

Tabla 17. Caracterización del afluente y efluente de la planta de tratamiento de agua residual del corregimiento de Chagres – Jamundí. 98

Tabla 18. Relación SVT/ST y SST/ST. 103

Tabla 19. Relación DBO/DQO. 106

Tabla 20. Eficiencias de remoción teóricas para tanque séptico (TS) y TS + Filtro anaerobio (FA). 107

Tabla 21. Eficiencias teóricas adoptadas para la comprobación de la carga orgánica volumétrica aplicada al FAFA. 108

Tabla 22. Valores de DBO5, DQO y SST teóricos. 111

Tabla 23. Lista de chequeo de actividades de operación, mantenimiento y control (OM&C) de las unidades de la PTAR. 113

Tabla 24. Parámetros adoptados para la estimación del de la frecuencia de limpieza para el tanque séptico. 115

Tabla 25. Parámetros de adoptados para el diseño del canal de cribado. 122

Tabla 26. Parámetros de adoptados para el diseño de rejillas de cribado. 124

Tabla 27. Parámetros adoptados para el cálculo de la velocidad de sedimentación. 126

Tabla 28. Parámetros adoptados para el dimensionamiento del desarenador. 127

Tabla 29. Parámetros adoptados para el dimensionamiento del almacenamiento de arenas. 129

Tabla 30. Parámetros adoptados para el dimensionamiento de transición entre canal de entrada y desarenador. 130

Tabla 31. Herramientas necesarias para llevar a cabo la operación y mantenimiento de una planta de tratamiento de agua residual. 132

Tabla 32. Personal recomendado para el manejo de plantas de agua residual según el nivel de complejidad. 134

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LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A. Planoplanta de tratamiento corregimiento de Chagres. 145

Anexo B . Plano alcantarillado del corregimiento de Chagres y Robles. 145

Anexo C. Hoja de calculo alcantarillado corregimiento de Chagres y Robles. 145

Anexo D. Video de visita de campo de la PTAR corregimiento de Chagres. 145

Anexo E. Video de visita de campo punto de vertimiento. 145

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RESUMEN

Hoy en día, el agua es vital para poder llevar a cabo diferente tipos de actividades humanas como: la agricultura, procesos de manufactura, abastecimiento de poblaciones, entre otros; por lo tanto, después de su uso esta debe ser recolectada y tratada adecuadamente por sistemas de alcantarillado y plantas de tratamiento. Las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) tienen como fin la remoción de contaminantes mediante diferentes tipos de procesos y unidades, un claro ejemplo es la sedimentación de partículas utilizando la fuerza ejercida por el peso de las partículas. Por lo tanto, es de vital importancia diseñar, conocer e implementar planes de operación y mantenimiento que permitan obtener el desempeño esperado para cada tipo de unidad para así finalmente cumplir con la normativa vigente.

Teniendo en cuenta estos aspectos, se realizó un diagnóstico técnico del funcionamiento la planta de tratamiento de aguas residuales domesticas del corregimiento de Chagres – Jamundí, con el fin de identificar los problemas operacionales del sistema con sus respectivas causas para así finalmente poder formular acciones de mejora y optimización de procesos. El estudio permitió evidenciar las deficiencias operacionales y de mantenimiento, debido a la inexistencia de alguna entidad a cargo de esta, por lo tanto en la actualidad no se está cumpliendo con la norma de vertimientos (Resolución 0631 del 2015).

Con el fin de evaluar el desempeño y las eficiencias de remoción de la planta objeto de estudio, primero se llevó a cabo una recopilación y análisis critica de memorias de cálculo, diseños y planos acerca de esta, dicha recopilación dio como resultado la inexistencia de información acerca de este sistema, por lo tanto se procedió a estimar los posibles criterios de diseño, donde se encontró que la planta fue diseñada para una población de 250 habitantes con una dotación neta de 180 L/hab d. Segundo se realizó un muestreo compuesto en dos jornadas (jornada mañana y jornada tarde) donde se analizaron como variables respuestas la temperatura, pH, conductividad, alcalinidad, sólidos totales, sólidos disueltos totales, sólidos suspendidos totales (SST) sólidos volátiles, sólidos sedimentables, demanda química de oxigeno (DQO), demanda bioquímica de oxigeno (DBO) y salinidad. Se encontró que parámetros como SST, SSED, DQO y DBO no cumplieron con la resolución 0631 del 2015 presentando valores de 3344 mg/L, 12 mL/L, 1350 mg/L y 646 mg/L respectivamente para el efluente en la jornada de la mañana y de 1213 mg/L, 5.3 mL/L, 1180 mg/L y 644 mg/L para el efluente en la jornada de la tarde. Finalmente se determinó que en el efluente del sistema se presenta un incremento de contaminantes (principalmente sólidos fijos), esto es debido al nivel de colmatación de las unidades donde se presenta un arrastre de lodos. Finalmente se concluyó que la principal recomendación y acción a incorporar para mejorar el

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desempeño del sistema de tratamiento, debe estar orientada a la correcta operación, mantenimiento y control de la planta.

Palabras claves: Dotación neta, Demanda bioquímica de oxigeno (DBO), Demanda química de oxigeno (DQO), solidos suspendidos totales (SST) y solidos sedimentables (SSED).

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ABSTRACT

Nowadays, water is vital to carry out different types of human activities such as: agriculture, manufacturing processes, population supply, among others; therefore, after being used it must be collected and treated by sewage systems and treatment plants. Wastewater treatment plants’ (WWTP) aim is removing contaminants through different types of processes and units, a clear example is the sedimentation of particles using the force exerted by the weight of the particles. Therefore, it is vital to design, know and implement operation and maintenance plans that allow to obtain the expected performance for each type of unit in order to comply with current regulations.

Taking these aspects into account, a technical diagnosis of the domestic wastewater treatment plant of the Chagres – Jamundí’s operation was carried out, in order to identify the operational problems of the system with their respective causes in order to formulate improvement actions and process optimization. The study allowed to demonstrate the operational and maintenance deficiencies, due to the absence of any entity in charge of it, therefore at present it is not complying with the dumping norm (Resolution 0631 of 2015).

In order to evaluate the performance and removal efficiencies of the plant under study, a critical compilation and analysis of calculation memories, designs and plans about it was first carried out, this collection resulted in the lack of information about this system, therefore, the possible design criteria were estimated, where it was found that the plant was designed for a population of 250 inhabitants with a net endowment of 180 L / hab d. Second, a composite sampling was carried out in two days (morning and afternoon) where the responses were analyzed as temperature, pH, conductivity, alkalinity, total solids, total dissolved solids, total suspended solids (SST) volatile solids, sedimentable solids, chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD) and salinity. It was found that parameters such as SST, SSED, COD and BOD did not comply with resolution 0631 of 2015 presenting values of 3344 mg / L, 12 mL / L, 1350 mg / L and 646 mg / L respectively for the effluent on the day of in the morning and 1213 mg / L, 5.3 mL / L, 1180 mg / L and 644 mg / L for the effluent in the afternoon. Finally, it was determined that in the effluent of the system there is an increase in pollutants (mainly fixed solids), this is due to the level of clogging of the units where sludge entrainment occurs. Finally, it was concluded that the main recommendation and action to be incorporated to improve the performance of the treatment system must be oriented to the correct operation, maintenance and control of the plant.

Keywords: Net provision, Biochemical oxygen demand (BOD), Chemical oxygen demand (COD), total suspended solids (SST) and sedimentable solids (SSED).

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INTRODUCCIÓN

El agua es considerada uno de los principales motores de desarrollo para la sociedad, por lo tanto se deben llevar a cabo estrategias de saneamiento que contribuyan con la gestión integral del recurso hídrico (GIRH) que permitan minimizar la contaminación por acción antrópica sobre este recurso, conservar la oferta hídrica para suplir las demandas actuales y futuras y a su vez disminuir los factores de riesgo a los cuales están expuestos las poblaciones para finalmente contribuir con el cumplimiento de los objetivos de desarrollo sostenible tales como: fin de la pobreza, salud y bienestar, agua limpia y saneamiento y reducción de la desigualdad, entre otros.

Una de las principales estrategias empleadas para contribuir al a GIRS es la implementación de plantas de tratamiento de agua residual domestica (PTARD); dicha implementación puede generar impactos tanto positivos como negativos sobre factores ambientales, sociales y económicos, por lo tanto es de vital importancia involucrar y consultar todos las partes interesadas (stakeholders) a la hora de desarrollar un proyecto de saneamiento, con el fin de diseñar e implementar una propuesta articulada que sea sostenible y comprenda aspectos ambientales y socio-económicos.

En Colombia, la Comisión de Regulación de Agua Potable y Saneamiento Básico afirma que: “la cobertura de alcantarillado alcanzó un 91.18% para las zonas urbanas, mientras que para la zona rural alcanzó un 69.93% de la población Colombiana”1. Por otra parte según el estudio sectorial de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado 2014 - 2017 realizado por la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios:

El número de sistemas de tratamiento de agua residual (STAR) identificados en el país fue de 682 STAR para la vigencia 2017, donde se presentó una disminución del número de STAR con respecto al año 2016 donde se identificaron 696. La distribución de los STAR por departamento mostró que 18% y 13% de los STAR están concentrados en los departamentos de Cundinamarca y Boyacá respectivamente, mientras departamentos como

1 COLOMBIA. COMISIÓN DE REGULACIÓN DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO. 20 años, Regulación de los servicios públicos domiciliarios de acueducto, alcantarillado y aseo en Colombia [En línea]. Bogotá. 2014. p. 54. [Consultado el 15 de septiembre del año 2019]. Disponible en internet en: http://www.cra.gov.co/documents/revistacra20aos.pdf

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Choco, San andres, Providencia y Santa Catalina, Vaupés, Caldas, Guainia, Vichada, Amazonas y Guaviare presentan escases de estos sistemas.

El caudal de aguas residuales tratado fue de 27734 L/s para el año 2017 presentando un aumento con relación al caudal de agua residual tratado en el año 2016 el cual fue de 26706 L/s.2

Para el corregimiento de Chagres (Jamundí – Valle del Cauca) se cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas, la cual está conformada por dos tipos de unidades: tanque séptico (TS) y filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA); siendo dicha configuración de unidades (TS + FAFA) usualmente utilizada en las zonas rurales de Colombia debido a su bajo costo operación y mantenimiento. En cuanto al año de diseño y construcción de la planta no se tiene claridad debido a que no se cuenta con información técnica disponible acerca de este sistema, aunque la comunidad argumenta que fue construida aproximadamente hace más de 20 años dentro del marco del programa plan padrino.

El estado actual de la PTAR muestra diferentes tipos de falencias en el ciclo de vida de este proyecto de saneamiento, principalmente en las etapas de pre-inversión, operación y de evaluación ex post. En la etapa de pre-inversión no se tuvieron en cuenta aspectos sociales tales como: el uso del cuerpo de agua receptor el cual era destinado al abastecimiento de algunas familias, la correcta ubicación de la PTAR, la cual se encuentra muy próxima a algunas viviendas del sector por donde transitan personas de todas las edades, y por último las molestias debido a los olores generados por la operación de este proyecto al emplearse un proceso anaerobio.

Por otra parte, las etapas de operación y evaluación ex post nunca fueron puestas en marcha dentro del marco del proyecto, ya que una vez la etapa de inversión finalizó con la construcción de la PTAR, ninguna entidad se hizo cargo de la puesta en marcha, operación y mantenimiento del sistema así como de su seguimiento y control, por lo tanto no ha sido posible evaluar el desempeño del proyecto mediante indicadores, ni identificar las falencias con el fin de formular acciones de mejora continua. Por lo tanto, aproximadamente 20 años después de finalizada la etapa de inversión (construcción PTAR), se puede afirmar que el ciclo de vida del proyecto no ha sido finalizado y es de vital importancia reiniciar y abordar las etapas de

2 COLOMBIA. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS. Estudio sectorial de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado 2014. – 2017 [En línea]. Bogotá. 2018. p. 59. [Consultado el 15 de septiembre del año 2019]. Disponible en internet en: https://www.superservicios.gov.co/sites/default/archivos/Publicaciones/Publicaciones/2019/Ene/informe_sectorial-cuatrienio_2014-2017_.pdf

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operación y evaluación ex post de la mano de la comunidad para garantizar el correcto funcionamiento de la PTAR.

En este orden ideas, es de vital importancia determinar los criterios técnicos que se fueron tomados en cuenta para el diseño, construcción, operación, mantenimiento y control de la PTAR del corregimiento de Chagres, esto con el fin de determinar acciones de mejora que permitan mejorar el desempeño del sistema de tratamiento para así poder cumplir con la resolución 0631 del 2015 y evitar la contaminación del cuerpo de agua superficial receptor del vertimiento (Quebrada El Aguita).

Teniendo en cuenta los aspectos mencionados anteriormente, en este trabajo de grado se realizó un diagnóstico de la situación actual del sistema de tratamiento de agua residual del corregimiento de Chagres, Sector Chapinero del Municipio de Jamundí, Valle del Cauca; este diagnóstico permitió visualizar el estado actual de la planta y proponer alternativas orientadas a mejorar su desempeño.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Con relación al saneamiento, las zonas rurales son las poblaciones que presentan menor cobertura en cuanto acceso a agua potable, alcantarillado, sistema de recolección de residuos y sistemas de tratamiento de agua residual. Esto conlleva al vertimiento directo de las aguas residuales domesticas (ARD) que son recolectadas por sistemas de alcantarillado sobre fuentes de agua superficial sin ningún tipo de tratamiento.

En la zona rural del municipio de Jamundí – Valle, se encuentra ubicado el corregimiento de Chagres, esta población vierte sus aguas residuales a la PTAR localizada en la parte baja del corregimiento. Una vez construida la PTAR, dicho sistema no fue entregado y ninguna entidad prestadora de servicio de alcantarillado, alcaldía o comunidad se hizo cargo de su operación y mantenimiento, lo cual ha conllevado a que la PTAR funcione bajo sus propias condiciones (no cuenta con un operador que se encargue de su funcionamiento), lo cual implica un deterioro paulatino de las unidades debido a la falta de mantenimiento y una adecuada operación, repercutiendo en la disminución de la eficiencia de remoción de contaminantes de cada unidad.

Al verter agua residual doméstica con altas concentraciones de materia orgánica, solidos, nutrientes y microorganismos patógenos se generan procesos como la eutrofización del cuerpo de agua receptor o la disminución del oxígeno disuelto a tal punto que se presenten tramos anaerobios en el mismo, afectando así las características físicas, químicas y microbiológicas de la fuente, el ecosistema acuático presente en esta, la oferta hídrica de la zona y generando inconformidades en la comunidad debido al mal aspecto y los malos olores que emanan de dicha fuente, así como la proliferación de enfermedades que podrían llevar a un aumento de la mortalidad debido al consumo de agua contaminada.

Como consecuencia asociada al inadecuado funcionamiento de la PTAR se presenta el taponamiento de las tuberías las cuales permiten conectar las unidades entre sí, esto es debido a la presencia de sólidos de gran tamaño los cuales se acumulan al interior de las tuberías y no permiten el paso del agua, esto genera una acumulación de agua residual en las unidades, generando que el agua empiece a verter por encima de la unidad y fluya sobre la vía que está ubicada al lado de la PTAR, la cual es utilizada frecuentemente por los habitantes de la vereda ya que es una de las principales vías de esta población.

Otros aspecto importante es que el agua residual doméstica vertida inadecuadamente debido al rebose de las unidades es interceptada por un canal de

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agua lluvias que llega directamente al nacimiento El Aguita generando la afectación de este recurso hídrico. La presencia de agua residual doméstica sobre la vía y el canal de aguas lluvias genera desagradables olores los cuales son objeto de constantes quejas por parte de los habitantes que tienen sus viviendas ubicadas en zonas aledañas a la PTAR, así mismo el agua residual estancada sirve como criadero de vectores los cuales pueden transmitir enfermedades como el dengue, chikungunya, zika, entre otras.

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2. JUSTIFICACIÓN

La disponibilidad del recurso hídrico es un factor determinante para el desarrollo de las poblaciones, dicho recurso es utilizado para actividades como consumo, transporte, riego y adquisición de alimentos (principalmente pescado), por lo cual es de vital importancia el cuidado del recurso hídrico, esto se logra a través de la gestión de políticas públicas que establezcan las directrices para el correcto uso y aprovechamiento del recurso hídrico, previniendo y mitigando el efecto que ocasiona el vertimiento de agua residual domestica (ARD) y agua residual industrial (ARI) directamente sobre cuerpos de agua.

Desde el año 2010, el municipio de Jamundí ha presentado un crecimiento poblacional desmesurado el cual está representado en la variación porcentual de crecimiento poblacional, donde según el Departamento Nacional de Planeación la tasa de crecimiento porcentual del municipio es de aproximadamente 2.0 %, la cual es una tasa de crecimiento alta a comparación del promedio departamental y nacional las cuales son aproximadamente de 0.9 % y 1.2 %3. Otro fenómeno demográfico ha sido la inmigración principalmente desde la ciudad de Cali, según el DANE en los últimos 5 años emigraron 17204 habitantes desde Cali hacia Jamundí, siendo mucho mayor a comparación del número de migrantes desde Cali hacia otros municipios de la periferia como Palmira, Candelaria y Yumbo los cuales fueron 7350 habitantes, 4026 habitantes y 1976 habitantes respectivamente para los últimos 5 años4.

Esta situación ha llamado la atención de la alcaldía municipal en cuanto al tema ambiental. Esto se ve reflejado en los planes de manejo del recurso hídrico y desarrollo de infraestructura presentados por esta entidad, donde se han planteado proyectos los cuales buscan la construcción de diferentes sistemas de tratamiento (pozos sépticos o plantas de tratamiento de aguas residuales) en las zonas rurales y la restauración y adecuación de PTARs existentes.

3 COLOMBIA, Departamento Nacional de Planeación (DNP). Ficha de caracterización municipio de Jamundí [En línea]. Bogotá. 2014. p. 2. [Consultado el 12 de febrero del 2020]. Disponible en internet en: https://www.funcionpublica.gov.co/eva/admon/files/empresas/ZW1wcmVzYV83Ng==/archivos/1450106202_c8a84c5718fc4441b299765a1ee997c5.pdf

4 COLOMBIA. DANE. Resultados Censo Nacional de población y vivienda 2018. [En línea]. Bogota. 2019. p. 18. [Consultado el 12 de febrero del 2020]. Disponible en internet en: https://www.dane.gov.co/files/censo2018/informacion-tecnica/presentaciones-territorio/190711-CNPV-presentacion-valle.pdf

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Usualmente los corregimientos y veredas son las poblaciones que presentan una mayor afectación debido a la incapacidad de prestar un servicio de alcantarillado y tratamiento de aguas residuales con calidad, cobertura y continuidad por parte de las instituciones gubernamentales y organizaciones empresariales. La vereda Chagres ubicada en el corregimiento de Robles – Jamundí, es una población a la cual se le ha prestado especial atención por parte de la secretaría de ambiente del municipio de Jamundí. En dicha población se construyó una PTAR de la cual no se conoce la entidad que la construyó, según la comunidad esta planta de tratamiento fue construida aproximadamente hace 20 años, dicho sistema de tratamiento ha presentado diferentes tipos de problemas operacionales los cuales no permiten su correcto funcionamiento. El agua residual doméstica es vertida a un nacimiento de agua denominado por la comunidad El Aguita una vez termina su paso a través de la PTAR, donde dicho nacimiento es usado por comunidades aguas abajo principalmente para el riego de cultivos cítricos.

Este proyecto busca mejorar las condiciones de saneamiento de la comunidad Chagres repercutiendo en beneficios ambientales, sociales y económicos como lo son: el adecuado tratamiento de las aguas residuales domesticas generadas, mejoramiento de la calidad y aumento de la oferta hídrica por parte de la fuente receptora y por último, la reducción de malos olores debido al rebose del agua residual doméstica, aportando a una escala menor al cumplimiento del objetivo número 6 (agua potable y saneamiento) de los objetivos de desarrollo sostenible, el cual busca el aumento en la cobertura población urbana y principalmente rural en cuanto agua potable, alcantarillado y STAR’s.

Por lo tanto, es de vital importancia contar con elementos técnicos que permitan la identificación de las condiciones sobre las cuales está siendo operado el STAR del corregimiento de Chagres para así brindar la información y bases técnicas necesarias, que puedan ser tomadas como referencia para la toma de acciones de mejora futuras por parte de la CVC, secretaria de vivienda y la secretaria de ambiente y minas, que permitan mejorar el rendimiento del STAR para así cumplir los parámetros mínimos de vertimientos a fuentes superficiales fijados en la resolución 0631 del 2015.

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3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Analizar las condiciones de diseño, operación, mantenimiento y control de la planta de tratamiento de agua residual doméstica del corregimiento de Chagres – Jamundí.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar los criterios de diseño y las condiciones de operación, mantenimiento y control de la planta de tratamiento de agua residual doméstica en el corregimiento de Chagres – Jamundí.

Determinar el desempeño de la planta de tratamiento para la reducción de materia orgánica y sólidos medidos como DQO, DBO5 y Sólidos sedimentables.

Proponer acciones para mejorar el desempeño de la planta de tratamiento de agua residual del corregimiento.

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4. ANTECEDENTES

En las últimas décadas la mayoría de los países del mundo han demostrado un interés por el cuidado del ambiente en todos sus componentes, esto se ve reflejado en los acuerdos y compromisos los cuales se han llevado a cabo en las diferentes cumbres, uno de estos acuerdos es el desarrollo de estrategias para la implementación y el cumplimiento de los 17 desarrollos sostenibles, entre los cuales se encuentra el objetivo número 6, el cual indica que se debe garantizar la disponibilidad y la gestión sostenible del agua y el saneamiento para todos5. Por lo tanto los países miembros de la ONU se encuentran en la obligación de desarrollar estrategias, planes y proyectos para proveer un servicio de saneamiento el cual debe tener calidad, continuidad y cobertura.

4.1 TRATAMIENTOS DE AGUA RESIDUAL EN EUROPA

Según la ONU: “El tratamiento de aguas residuales en la región Europea ha mejorado en los últimos 15 a 20 años”6. La población la cual presenta una cobertura de alcantarillado y sistema de tratamiento de aguas residuales ha aumentado con el paso del tiempo tal como se observa en la Figura 1:

Figura 1. Cambios en el tratamiento de aguas residuales en las regiones de Europa.

Fuente: UNESCO. Aguas residuales el recurso desaprovechado. [En línea]. Paris: 2017, p.103. [Consultado el 1 de abril de 2019]. Disponible en internet en: https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000247647/PDF/247647spa.pdf.multi

5 PROGRAMA DE LAS NACIONES UNIDAS PARA EL DESARROLLO. Objetivos de desarrollo sostenible [En línea]. París. [Consultado el 2 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.undp.org/content/undp/es/home/sustainable-development-goals.html

6 UNESCO, Op. Cit., p. 103.

25

En las regiones septentrional, central, meridional y oriental europeas la población que presenta cobertura del servicio de alcantarillado y tratamiento de agua residual para el 2010 está entre el 70 - 90% y el alcance del sistema utilizado para tratar las aguas residuales domesticas de la mayoría de la población fue secundario o terciario a excepción de la oriental donde se recolecta el agua residual pero no se trata como es debido, tal como se observa en la figura 1.0.

Por lo contrario las regiones sudoriental y occidental presentan una disminución de la cobertura la cual se encuentra entre 40 – 60%, alrededor de un 20% de la población se le recolecta el agua residual pero no es tratada para la región sudoriental para el 2010 mientras que para la región occidental en cuanto a tratamiento de agua residual se encuentra en un estado crítico ya que solo se le recolecta el agua residual domestica al 45% de la población y no es sometida a ningún tipo de tratamiento, tal como se observa en la figura 1.0.

Por lo tanto la UNESCO afirma que:

En los años noventa, muchos sistemas de saneamiento de la región se deterioraron debido a la descentralización de los servicios de infraestructura social hacia gobiernos locales con escasa capacidad fiscal. Al mismo tiempo, los servicios de suministro de agua y saneamiento en la región también se vieron afectados por la baja eficacia (sistemas voluminosos con altos costos unitarios), las reglamentaciones económicas y políticas tarifarias inadecuadas y la falta de modelos de negocios sostenibles para la operación, mantenimiento y financiamiento de sistemas de suministro de agua y saneamiento, sobre todo en pequeñas ciudades y áreas rurales7. La comisión Europea afirma que en la actualidad: “el 88.7% de las aguas residuales generadas en la unión europea, son tratadas correctamente mediante un tratamiento secundario. Por su parte, el tratamiento más riguroso que el secundario (generalmente remoción de Nitrógeno y Fosforo) es aplicado a las aguas residuales vertidas en zonas que abarcan el 76% del territorio de la UE"8.

7 Ibíd., p.105.

8 COMISIÓN EUROPEA. Informe de la comisión al parlamento europeo, al consejo, al comité económico y social europeo y al comité de las regiones [En línea]. Bruselas. 2017. 9 ed. p. 6-7. [Consultado el 2 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/ES/TXT/PDF/?uri=CELEX:52017DC0749&from=EN

26

4.1.1 Tratamiento de aguas residuales en España

El informe sobre agua residual realizado por la Asociación española de Abastecimiento de Agua y Saneamiento9 en España, permite evidenciar que este país presenta una variedad de tecnologías a la hora de tratar sus aguas residuales, pero en la mayoría de tratamientos se pueden evidenciar tres fases, las cuales son: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario (el cual se enfoca en la remoción de materia orgánica) y por ultimo tratamiento de fangos donde se busca la valorización de este subproducto, el tratamiento terciario (desinfección) es aplicado con fines de reutilización del agua tratada. El esquema de tratamiento utilizado en España se muestra a continuación en la figura 2.0:

Figura 2. Esquema de tratamiento de aguas residuales en España.

Fuente: ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA Y SANEAMIENTO. Informe sobre agua residual en España [En línea]. 2017. p. 5. [Consultado el 3 de abril del 2019]. Disponible en internet en:

9 ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA Y SANEAMIENTO. Informe sobre agua residual en España [En línea]. Madrid. 2017. p. 5. [Consultado el 3 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.asoaeas.com/sites/default/files/Documentos/Informe%20sobre%20aguas%20residuales%20AEAS.pdf

27

https://www.asoaeas.com/sites/default/files/Documentos/Informe%20sobre%20aguas%20residuales%20AEAS.pdf

Gracias a la implementación de estos sistemas España alcanzó un valor de agua residual tratada de 4097 hm3/año (Hectómetros cúbicos por año), donde el tratamiento de mayor cantidad de agua residual fue en las áreas metropolitanas con un valor de 1452 hm3/año, seguido de los municipios con más de 100,000 habitantes con un valor de 783 hm3/año y finalmente los municipios entre 20,000 y 50,000 habitantes con un valor de 724 hm3/año10, tal como se muestra a continuación en la Figura 3:

Figura 3. Caudal de agua residual tratado en España.

Fuente: ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA Y SANEAMIENTO. Informe sobre agua residual en España [En línea]. 2017. p. 8. [Consultado el 3 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.asoaeas.com/sites/default/files/Documentos/Informe%20sobre%20aguas%20residuales%20AEAS.pdf

4.2 TRATAMIENTOS DE AGUA RESIDUAL EN LATINOAMÉRICA Y EL CARIBE

De acuerdo con el informe: aguas residuales, el recurso desaprovechado presentado por la UNESCO: “se ha reportado que el 88% de la población urbana presentó acceso a instalaciones de saneamiento mejorado para el 2015 en Latinoamérica”11, donde Argentina, Costa Rica, Chile y Uruguay son los países que

10 Ibíd., p. 8.

11 UNESCO, Op. Cit., p. 109.





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presentan mayor cobertura poblacional en cuanto estos servicios tal como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Cobertura poblacional de servicios de saneamiento mejorado para Latinoamérica 2015 y meta ODM.

Fuente: BANCO DE DESARROLLO DE AMERICA LATINA. El futuro de los servicios de agua y saneamiento en Latinoamérica [En línea]. 2015. p.12. Recuperado de: http://mail.sunass.gob.pe/doc/ODS/ods_futuro_sas_al.pdf

Las instalaciones de saneamiento mejorado son definidas por la organización mundial de la salud como: “aquel sistema que permite separar de manera higiénica las excretas humanas del contacto humano”12, A continuación en la Figura 5 se muestran los diferentes tipos de instalaciones de saneamiento mejorado:

Figura 5. Tipos de instalaciones de saneamiento mejorado.

Fuente: ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD y UNICEF. La meta de los ODM relativa al agua potable y saneamiento: El reto del decenio para zonas urbanas 12 ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD Y UNICEF. Progreso sobre el agua potable y saneamiento [En línea]. Ginebra. 2012. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en: https://www.who.int/water_sanitation_health/monitoring/jmp2012/fast_facts/es/

29

y rurales [En línea]. Ginebra: 2007. p. 4. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.who.int/water_sanitation_health/monitoring/mdg_es.pdf?ua=1

Noyola en su artículo investigativo reporta que: “el porcentaje de la población en Latinoamérica que cuenta con cobertura de alcantarillado es del 49% mientras que el 31% dispone en letrinas o tanques sépticos, donde solo se tratan el 15% del caudal captado por las redes de alcantarillado”13, a continuación, en la Tabla 1 se muestra el porcentaje de agua residual captado por cada país y su respectivo nivel de tratamiento:

Tabla 1. Tratamiento de agua residual en algunos países de Latinoamérica con grado de tratamiento.

Porcentaje por nivel de tratamiento

País Porcentaje tratado (%)

Tratamiento primario

Tratamiento secundario

Tratamiento terciario

Argentina 10 0 100 0 Bahamas 80 60 25 15

Bolivia 30 33 67 0 Brasil 20 10 68 22

Colombia 10 65 35 - Costa Rica 4 33 67 0

R. Dominicana 50 80 0 20 Ecuador 5 - - -

El salvador 2 46 54 0 Haití 0 - - -

México 25 46 54 0 Nicaragua 34 - - -

Perú 14 - - - Puerto Rico 100 - - -

Trinidad 65 50 28 22 Fuente: NOYOLA, Adalberto. Tendencia en el tratamiento de agua residual doméstica en Latinoamérica [En línea]. México: bvsde.paho. 2003. p. 2. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/agua2003/noyo.pdf

13 NOYOLA, Adalberto. Tendencia en el tratamiento de agua residual doméstica en Latinoamérica [En línea]. México: bvsde.paho. 2003. p. 2. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://docplayer.es/13903640-Tendencias-en-el-tratamiento-de-aguas-residuales-domesticas-en-latinoamerica-noyola-a.html

30

Como se observa en la Tabla 1, los países que presentan un mayor porcentaje de tratamiento son Puerto Rico, Nicaragua y por ultimo México con un porcentaje de tratamiento del 100%, 34% y 25%, países como Haití, El Salvador, Costa Rica y Ecuador, presentaron una deficiencia de porcentaje de agua residual tratada para el año 2001, obteniendo porcentajes de tratamiento de 0%, 2%, 4% y 5%.

Los sistemas de tratamiento de agua residual más utilizados en Centroamérica son los sistemas in situ, los cuales tratan el agua residual en el mismo lugar de generación, algunos de los sistemas de tratamiento de agua residual in situ son: pozo séptico, pozos de absorción y zanjas de infiltración14, A continuación en la Figura 6 se muestra la distribución del saneamiento en algunos países de Centroamérica.

Figura 6. Tipo de saneamiento en algunos países de Centroamérica.

Fuente: BANCO MUNDIAL. Biofiltro una opción sostenible para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas localidades [En línea]. El salvador: 2010. p. 10. [Consultado el 4 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://documentos.bancomundial.org/curated/es/943351468247792589/Biofiltro-

14 BANCO MUNDIAL. Biofiltro una opción sostenible para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas localidades [En línea]. El salvador. 2010. p. 9. [Consultado el 4 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://documentos.bancomundial.org/curated/es/943351468247792589/Biofiltro-una-opcion-sostenible-para-el-tratamiento-de-aguas-residuales-en-pequenas-localidades

http://documentos.bancomundial.org/curated/es/943351468247792589/Biofiltro-una-opcion-sostenible-para-el-tratamiento-de-aguas-residuales-en-pequenas-localidades

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una-opcion-sostenible-para-el-tratamiento-de-aguas-residuales-en-pequenas-localidades

De acuerdo con datos del CEPIS (Centro panamericano de ingeniería sanitaria y ciencias del ambiente), en varios países de la región como son: “Argentina, Bolivia, Chile, Costa Rica, Ecuador, Nicaragua, Paraguay, Perú y República Dominicana, de 252 sistemas de tratamiento, se contabilizaron 10 sistemas de lodos activados, 158 lagunas de estabilización y 27 lagunas combinadas”15.

4.3 TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL EN COLOMBIA

En los últimos años Colombia ha incrementado la cobertura poblacional de los servicios de acueducto y alcantarillado, Según el informe evolución de las coberturas de los servicios de acueducto y alcantarillado realizado por la Comisión de Regulación de Agua Potable y Saneamiento Básico16, Colombia pasó de tener una cobertura poblacional de alcantarillado de 89.83% en la zona urbana y 65.10% en la zona rural para el año 2009 a 91.18% en la zona urbana y 69.93% en la zona rural para el año 2011, tal como se muestra a continuación en la Figura 7.

Figura 7. Cobertura poblacional del servicio de alcantarillado año 2009 - 2013.

Fuente: COMISIÓN DE REGULACIÓN DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO. 20 años, Regulación de los servicios públicos domiciliarios de acueducto,

15 NOYOLA, Adalberto. Op. cit., p. 3.

16 COLOMBIA. COMISIÓN DE REGULACIÓN DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, Op. cit., p. 54.



32

alcantarillado y aseo en Colombia [En línea]. Bogotá. 2014. p. 54 Disponible en internet en: http://www.cra.gov.co/documents/revistacra20aos.pdf

Para el año 2017 según la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios17 se identificaron 682 sistemas de tratamiento de agua residual (STAR) en el país, año en el cual aumentaron en relación con el 2014 (622 STAR) – 2015 (630 STAR) y disminuyo con relación al año 2016 (696 STAR). De acuerdo al estudio sectorial de los servicios públicos domiciliarios, “de los 696 sistemas de tratamiento de agua residual para el año 2016 reportado, 18 sistemas fueron de pretratamiento, 51 de tipo primario, 465 de tipo secundario y 13 de tipo terciario y no se especificó el tipo de tecnología de los 149 sistemas restantes”18.

En el informe realizado por la superintendencia de servicios públicos domiciliarios también se menciona que:

La mayor parte de los sistemas de tratamiento de agua residual presentan tecnologías secundarias tales como: lagunas de estabilización, lodos activados o utilización de productos químicos. Mientras que los sistemas terciarios presentan tecnologías de mayor complejidad y costos tales como: desinfección mediante rayos UV, cloración, lagunas de maduración, osmosis inversa entre otros. Los municipios del país los cuales cuentan con sistemas de tratamiento de agua residual que incluyen tecnologías de tipo terciario son: Tubará – Atlántico, Chiquinquirá y Saboyá – Boyacá, La Calera y Soacha – Cundinamarca, Cumaral, Guamal y Uribe – Meta, y el Cerrito – Santander19.

17 COLOMBIA. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS. Op. cit., p. 59.

18 COLOMBIA. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS. Op. cit., p. 35.

19 Ibíd., p. 35.

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Figura 8. Distribución de STAR por departamento para el año 2017.

Fuente: Propia. Datos tomados de: SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS. Estudio sectorial de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado 2014. – 2017 [En línea]. Bogotá: 2018. p. 59. Recuperado de: https://www.superservicios.gov.co/sites/default/archivos/Publicaciones/Publicaciones/2019/Ene/informe_sectorial-cuatrienio_2014-2017_.pdf

Como se observa en la Figura 8, el 18% y 13% de los STAR están concentrados en los departamentos de Cundinamarca y Boyacá respectivamente, mientras que los departamentos como Choco, San andres, Providencia y Santa Catalina, Vaupés, Caldas, Guainia, Vichada, Amazonas y Guaviare presentan escases de STAR. En cuanto a los caudales tratados en el país, en la Tabla 2 se muestra los caudales tratados de agua residual para los años 2014, 2015, 2016 y 2017.

Tabla 2. Caudal de agua residual tratado 2014-2017.

Fuente: SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS. Estudio sectorial de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado 2014. – 2017 [En línea]. Bogotá: 2018. p. 64. Recuperado de: https://www.superservicios.gov.co/sites/default/archivos/Publicaciones/Publicaciones/2019/Ene/informe_sectorial-cuatrienio_2014-2017_.pdf

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El Valle del Cauca fue el departamento el cual trató mayor caudal de aguas residuales con un valor de caudal de 7,269 L/s, seguido de la capital Bogotá DC con un valor de 4,160 L/s y por ultimo Atlántico con un valor de caudal de 3,176 L/s. En la Figura 9 se muestra el caudal de agua residual tratado por departamento para el año 2017.

Figura 9. Caudal de agua residual tratado por departamento para el año 2017.

Fuente: Propia. Datos tomados de: SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS. Estudio sectorial de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado 2014. – 2017 [En línea]. Bogotá: 2018. p. 66. Recuperado de: https://www.superservicios.gov.co/sites/default/archivos/Publicaciones/Publicaciones/2019/Ene/informe_sectorial-cuatrienio_2014-2017_.pdf

4.3.1 Tratamiento de agua residual en el Valle del Cauca

Suarez en su tesis de magister presenta una compilación de información en cuanto al tratamiento de aguas residuales en el Valle del Cauca, donde se identificaron e analizaron las PTARs de los siguientes municipios: Ulloa, Toro, La Unión, Roldanillo. Guacari, El Cerrito, Restrepo, Calima – El Darien, Riofrio, Tuluá y Yumbo. En la Tabla 3 se muestra el tipo de unidades de la PTAR, periodo de diseño, inicio del diseño, inicio de la operación, población de diseño, caudal de diseño, estado y la fuente de la información.

Como se observa en la tabla 3, las tecnologías de tratamiento de agua residual que predominan en el Valle del cauca son lagunas de estabilización, seguido de reactor UASB y filtro aerobio, mientras que las tecnologías menos aplicadas son filtro

35

aerobio de alta tasa, tratamiento primario avanzado, sistema de flotación Krofta20. En la Figura 10 se muestra las tecnología de tratamiento de agua residual más usuales en el Valle del Cauca.

Figura 10. Porcentaje de tecnologías de tratamiento de agua residual más usuales en el Valle del Cauca.

Fuente: SUAREZ MARMOLEJO, Claudia Lorena. Tratamiento de aguas residuales municipales en el Valle del cauca [En línea]. Trabajo de grado para optar al título de magister en ingeniería. Santiago de Cali. Universidad del Valle. Facultad de ingeniería. Escuela de ingeniería de recursos naturales y del medio ambiente, 2011. p. 51. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/10174/1/7720-0445526.pdf

20 SUAREZ MARMOLEJO, Claudia Lorena. Tratamiento de aguas residuales municipales en el Valle del cauca [En línea]. Trabajo de grado para optar al título de magister en ingeniería. Santiago de Cali. Universidad del Valle. Facultad de ingeniería. Escuela de ingeniería de recursos naturales y del medio ambiente, 2011. p. 51. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/10174/1/7720-0445526.pdf

Tabla 3. Descripción de las PTARs de algunos municipios del Valle del Cauca.

Fuente: SUAREZ MARMOLEJO, Claudia Lorena. Tratamiento de aguas residuales municipales en el Valle del cauca [En línea]. Trabajo de grado para optar al título de magister en ingeniería. Santiago de Cali. Universidad del Valle. Facultad de ingeniería. Escuela de ingeniería de recursos naturales y del medio ambiente, 2011. p. 51. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/10174/1/7720-0445526.pdf

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5. MARCO TEORICO

5.1 GENERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS Y SU COMPOSICIÓN

El agua residual doméstica es definida por la resolución 0631 del 2015 como: “Las aguas procedentes de los hogares así como de las instalaciones en las cuales se desarrollan actividades industriales, comerciales o de servicios y que correspondan a:

Descargas de los retretes y servicios sanitarios. Descargas de los sistemas de aseo personal (duchas y lavamanos), de las áreas de cocinas y cocinetas, de las pocetas de lavado de elementos de aseo y lavado de paredes y pisos y finalmente del lavado de ropa (No se incluyen las de los servicios de lavandería industrial) .”21

Por lo anterior, se observa que el agua residual puede ser generada en varios puntos de la casa tales como: bañeras, lavavajillas, lavamanos, retrete, grifos, retretes, lavadoras y sifones, donde el retrete es la unidad hidráulica que más agua potable consume por ende se convierte en la que más genera agua residual. A continuación en la Tabla 4 se observa el porcentaje de generación de agua residual domestica por unidad hidráulica.

21 COLOMBIA. Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible. Resolución 0631 (Marzo 17 del 2015). Por la cual se establecen los parámetros y valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones [En línea]. Diario oficial. Bogotá, 2015. No 49486. p. 2. [Consultado el 8 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://corpouraba.gov.co/wp-content/uploads/Resoluci%C3%B3n-0631_2015.pdf

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Tabla 4. Distribución del consumo de agua en interiores de unidades residenciales.

Fuente: METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales: tratamiento, vertido y reutilización. 3 ed. Madrid: McGraw-Hill, 2003. p 125.

La producción de agua residual no es uniforme por estrato tal como lo muestran en su tesis de grado Martínez & Niño22 donde concluyen que el agua residual generada varía dependiendo del estrato ya que el estrato 1 presento la mayor producción diaria por vivienda con un volumen de 401.5 L, mientras que el estrato 3 tuvo un volumen producción diaria por vivienda de 367.3 L y finalmente el estrato 5 obtuvo un volumen de producción diaria por vivienda de 338.3 L.

El agua residual domestica contiene diferentes tipos de compuestos y en diferentes concentraciones, entre los cuales los más comunes son: grasas, sólidos suspendidos, materia orgánica biodegradable, nutrientes y microorganismos. En la Tabla 5 se muestra los diferentes tipos de componentes del agua residual con sus respectivas unidades y concentraciones clasificadas en débil, media y fuerte.

22 MARTÍNEZ RODRIGUEZ, Camilo Néstor y NIÑO RODRÍGUEZ, Darío Elkin. Estudio de las aguas grises domesticas en tres niveles socioeconómicos de la ciudad de Bogotá [En línea].Trabajo de grado. Bogotá. Pontificia universidad Javeriana. Facultad de ingeniería, 2013. p. 69. [Consultado el 9 de abril del 2019]. Disponible en internet en: file:///C:/Users/user/Downloads/NinoRodriguezElkinDario2013%20(1).pdf

39

Tabla 5. Composición típica del agua residual domestica bruta.

Fuente: METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales: tratamiento, vertido y reutilización. 3 ed. Madrid: McGraw-Hill, 2003. p 125.

5.2 TIPOS DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL

5.2.1 Tratamiento preliminar

Esta fase del tratamiento es la encargada de la remoción de sólidos de gran tamaño y cuerpos extraños los cuales pueden afectar el funcionamiento de las unidades posteriores, se debe llevar a cabo por medio de fuerzas físicos y procesos mecánicos, según el Centro de las Nuevas Tecnologías por el agua de Sevilla (CENTA) las tecnologías más utilizadas en esta fase son:

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Rejillas: El proceso consiste en hacer pasar el agua a través de rejas las cuales se pueden clasifican por la distancia entre barrotes, donde las rejillas gruesas son aquellas done el paso libre entre los barrotes es de 50 a 100 mm y las rejillas finas donde el paso fino entre barrotes es de 10 a 25 mm.

Trampas de grasa: En esta etapa se eliminan las grasas y material flotante, se lleva a cabo mediante el establecimiento de una barrera donde el agua es obligada a pasar por la parte inferior de esta, provocando que las grasas queden en la parte superior debido a su que poseen menor densidad.

Desarenadores: Su objetivo es remover el material más pesado de tamaño superior a 0.2 mm tales como arenas, gravas, partículas minerales, material orgánico no putrescible (granos, cascaras, semillas, huesos, entre otros), la velocidad en los desarenadores de flujo constante es de alrededor de 0.3 m/s23.

5.2.2 Tratamiento primario

Tal como se define en el manual de depuración de aguas residuales desarrollado por el CENTA24, el tratamiento primario es aquel tratamiento el cual mediante fuerzas físicas o reacciones químicas puede reducir en los sólidos en suspensión, el porcentaje de remoción de estas unidades es alrededor de un 50%.

5.2.2.1 Sedimentadores primarios

Ramalho25 afirma que los sedimentadores primarios tienen como fin el remover sólidos suspendidos de mayor tamaño mediante la acción de la gravedad, la eliminación de esta materia se debe a la diferencia de peso específico entre las partículas sólidas y el líquido, donde dichas partículas tienden a depositarse en el fondo de estas unidades gracias a que el agua posee una velocidad muy baja de flujo. Metcalf & Eddy afirma que: “estas tecnologías de sedimentación pueden

23 ALIANZA POR EL AGUA Y CENTRO DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS POR EL AGUA (CENTA). Manual de depuración de aguas residuales urbanas [En línea]. p. 29. [Consultado el 10 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://alianzaporelagua.org/documentos/MONOGRAFICO3.pdf

24 Ibíd. P. 34

25 RAMALHO, Sette Rubens. Tratamiento de aguas residuales [En línea]. Quebec: Reverte, 1990. p. 92. [Consultado el 10 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://es.slideshare.net/IngAmbientalMX/tratamiento-de-aguas-residuales-rs-ramalho

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remover entre un 50 y 70% de sólidos suspendidos y entre un 25 y 40% de DBO”26. Según la organización panamericana de la salud las partes de un sedimentador son:

“Zona de entrada: Estructura hidráulica de transición, que permite una distribución uniforme del flujo dentro del sedimentador.

Zona de sedimentación: Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las partículas. La dirección del flujo es horizontal y la velocidad es la misma en todos los puntos, flujo pistón.

Zona de salida: Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar el efluente sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas.

Zona de lodos: Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica”27.

En la Figura 11 se observa la estructura de un sedimentador primario con sus respectivas partes.

26 METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales: tratamiento, vertido y reutilización. 3 ed. Madrid: McGraw-Hill, 2003. p. 369.

27 ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD. Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores [En línea]. Lima: 2005. p. 17. [Consultado el 12 de abril del 2109]. Disponible en internet en: http://www.bvsde.ops-oms.org/tecapro/documentos/agua/158esp-diseno-desare.pdf

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Figura 11. Estructura y partes de un sedimentador primario.

Fuente: Organización panamericana de la salud. Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores [En línea]. Lima: 2005. p. 17. [Consultado el 12 de abril del 2109]. Disponible en internet en: http://www.bvsde.ops-oms.org/tecapro/documentos/agua/158esp-diseno-desare.pdf

Algunas variables que se deben considerar a la hora del diseño son: geometría, tiempo de retención hidráulico, profundidad, tasa de desbordamiento superficial, profundidad de almacenamiento de lodos.

5.2.2.2 Tratamiento fisicoquímico

Según el CENTA: “mediante la adición de compuestos químicos tales como: sulfato de aluminio [(Al2(SO4)3], cloruro férrico [FeCl3] y polímeros sintéticos, se logra la aglomeración de partículas generando sólidos de mayor tamaño y masa los cuales poseen un tiempo de sedimentación mayor, mejorando así el porcentaje de remoción de sólidos en suspensión incluyendo sólidos coloidales”28.

28 ALIANZA POR EL AGUA Y CENTRO DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS POR EL AGUA (CENTA). Op. cit., p. 34.

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5.2.3 Tratamiento secundario

Noyola29 explica que el objetivo de esta etapa es eliminar la materia orgánica biodegradable (principalmente soluble) la cual no pudo ser eliminada en la etapa de tratamiento primario utilizando preferentemente mecanismos biológicos debido a su bajo costo de operación y a su alta eficiencia de remoción. En los mecanismos biológicos la materia orgánica biodegradable (MOB) es transformada en material celular, energía y compuestos orgánicos e inorgánicos gracias a la acción metabólica de diferentes tipos de microorganismos (esencialmente bacterias). Existen dos tipos de mecanismos biológicos usados los cuales son tratamiento biológico aerobio y anaerobio.

5.2.3.1 Tratamiento biológico aerobio

El tratamiento biológico aerobio requiere oxígeno el cual es utilizado por los microorganismos para llevar a cabo reacciones de oxidación de la MOB, síntesis de nuevo material celular y respiración endógena, por lo tanto se obtienen como subproductos nuevas células (conocidos como lodos inestables), energía en forma de calor, dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). A continuación se muestran las reacciones llevadas a cabo en un tratamiento biológico aerobio.

Reacción de oxidación MOB30

CHONS + O2 + Microorganismos CO2 + H2O + NH3 + Otros productos + Energía

Reacción de síntesis celular31

CHONS + O2 + Energía + Microorganismos C5H7O2N

El CENTA32 explica que CHONS son los elementos predominantes presentes en la MOB y C5H7O2N representan los elementos presentes en los microorganismos 29 NOYOLA, Adalberto, et al. Selección de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales municipales. Guía de apoyo para ciudades pequeñas y medianas. México DF: Instituto de ingeniería, Universidad nacional autónoma de México, 2013. p. 13. ISBN: 978-607-02-4822-1.

30 ALIANZA POR EL AGUA Y CENTRO DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS POR EL AGUA. Op. cit., p. 35.

31 Ibíd. p. 35

32 Ibíd. p. 35

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encargados de la descomposición de MOB. Una vez se agota la MOB, los microorganismos empiezan a consumir su propio tejido celular como fuente de energía reduciendo así la población microbiana a este proceso se le conoce como respiración endógena.

Reacción respiración endógena33

C5H7O2N + 5O2 + Microorganismos 5O2 + 2H2O + NH3 + Energía

Los tratamientos biológicos aerobios se caracterizan por la alta tasa de producción celular (lodos inestables), los cuales deben ser retirados en una etapa posterior conocida como sedimentación secundaria donde cierta cantidad de lodo microbiano es devuelta a reactor biológico mientras que la otra parte de lodo es enviada al sistema de tratamiento de lodos. El oxígeno requerido por los microorganismos generalmente es suministrado mediante sistemas mecánicos tales como sopladores o aireadores mecánicos. A continuación en la Figura 12 se muestra un esquema general del tratamiento biológico aerobio.

Figura 12. Esquema general de un tratamiento biológico aerobio (Lodos activados).

Fuente: VON SPERLING, Marcos. Wastewater charactheristics, treatment and disposal [En línea]. Londres: IWA publicaciones, 2007. p. 203. [Consultado el 9 de abril del 2019]. Recuperado de: https://www.iwapublishing.com/sites/default/files/ebooks/9781780402086.pdf

33 Ibíd. p. 35

45

5.2.3.2 Tratamiento biológico anaerobio

Por otro lado Chernicharo34 explica que los procesos biológicos anaerobios constan de cuatro etapas donde la MOB es transformada en diferentes productos para finalmente obtener como subproductos gases como metano (CH4), vapor de agua (H2O), ácido sulfhídrico (H2S) y nuevo material celular (en menor proporción que los tratamientos biológicos aerobios). Von Sperling expone que las principales etapas que componen la digestión anaerobia son: a) Hidrolisis y acidogenesis, b) Acetanogenesis y finalmente c) Metanogenesis.

Hidrolisis y acidogenesis: Debido a que los microorganismos no pueden asimilar MOB particulado, se procede a hidrolizar estos compuestos particulado complejos para así obtener compuestos de menor tamaño molecular disueltos en la masa de agua residual, esto se lleva a cabo gracias a la acción de exoenzimas las cuales son excretadas por bacterias fermentativas hidrolíticas, una vez la materia orgánica se encuentra en su forma soluble, diferentes tipos de bacterias fermentativas entran en acción convirtiéndola la MOB soluble en ácidos grasos volátiles, alcoholes, ácido latico, dióxido de carbono, hidrogeno, amoniaco, sulfuro de hidrogeno y nuevo material celular.

Acetanogenesis: En esta fase las bacterias acetogénicas se encargan de convertir los ácidos generados en la etapa de acidogenesis en un sustrato adecuado para las bacterias metanogenicas las cuales entraran en acción en la fase posterior, los productos obtenidos en esta fase son: ácido acético, hidrogeno y dióxido de carbono.

Metanogenesis: Las bacterias arqueas metanogenicas son las encargadas de generar metano a partir de sustratos tales como: ácido acético, hidrogeno/dióxido de carbono, ácido fórmico, metanol, metilaminas y monóxido de carbono. En los tratamientos biológicos anaerobios se encuentran principalmente dos tipos de bacterias metanogenicas las cuales son: las que emplean acetato como sustrato (arqueas metanogenicas acetoclásticas) y las que emplean como sustrato hidrogeno (arqueas metanogenicas hidrogenotróficas). Las arqueas metanogenicas acetoclásticas son las responsables de la generación de un 60 y 70% de toda la producción de metano, mientras que las arqueas metanogenicas hidrogenotróficas

34 CHERNICHARO, Carlos. Anaerobic reactors [En línea]. Londres: IWA publicaciones, 2007. p. 7. Vol 4. [Consultado el 9 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.iwapublishing.com/sites/default/files/ebooks/9781780402116.pdf

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son las responsables de un 30 y 40%. A continuación en la Figura 13 se muestra el esquema de la digestión anaerobia y sus diferentes fases.

Figura 13. Esquema general de la digestión anaerobia y sus diferentes fases.

Fuente: BARRIOS GOMEZ, Xiomar; MARTINEZ TORRES, Elia; MORÁN PALAO, Antonio y RODRIGUEZ, Camino. Procesos biológicos para el tratamiento de lactosuero con producción de biogás e hidrógeno. Revisión bibliográfica [En línea]. Leon: España, 2016. Vol. 29, nro. 1. p. 51. [Consultado el 12 de febrero del 2019]. Disponible en internet en: http://www.scielo.org.co/pdf/rion/v29n1/v29n1a05.pdf

Los reactores anaerobios tienen como ventaja la producción de biogás (mayormente metano) el cual puede ser utilizado como combustible para generar energía y la baja tasa de producción de material celular aunque la eficiencia de remoción de DQO es menor debido a que los microorganismos anaerobios no requieren tanta MOB en comparación con los microorganismos aerobios. Finalmente, en la Figura 14 se muestra la transformación de la DQO presente en el

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agua residual para reactores tanto aerobios como anaerobios y también las salidas y entradas de los reactores como sistemas.

Figura 14. Transformación de la DQO - salidas y entradas en reactores aerobios y anaerobios.

Fuente: CHERNICHARO, Carlos. Anaerobic reactors [En línea]. Londres: IWA publicaciones, 2007. p. 3. [Consultado el 9 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.iwapublishing.com/sites/default/files/ebooks/9781780402116.pdf

5.2.4 Tratamiento terciario.

El tratamiento terciario según la alizana por el agua y el centa:

“Se enfoca principalmente en la remoción de materia orgánica no biodegradable, nutrientes o desinfección, este nivel de tratamiento es utilizado en casos específicos donde los parámetros de vertimientos son muy estrictos o se busca reutilizar el agua tratada. La remoción de nutrientes (Nitrógeno y Fosforo) se lleva a cabo mediante la implementación de microorganismos acumuladores de fosforo y microorganismos desnitrificadores, aunque para el caso del hierro los procesos de remoción más utilizados son la precipitación mediante la adición de sales de hierro y aluminio35, con relación a la desinfección el cloro es el agente químico más usado, sin embargo

35 ALIZANA POR EL AGUA Y CENTRO DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS POR EL AGUA DE (CENTA). Op. cit., p. 37.

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esto implica etapas posteriores de decloración debido a las baja concentraciones que debe tener el agua tratada para efectos de vertimiento”36.

5.3 ASPECTOS SOCIO-ECONOMICOS

Es de vital importancia tener una visión holística de las problemáticas ambientales para el desarrollo de un proyecto ambiental de saneamiento, ya que el éxito de este no solamente depende de aspectos técnicos sino también de aspectos socio-económicos.

El Departamento Nacional de Planeación et al, recomienda que a la hora de llevar a cabo un proyecto de saneamiento se tome en cuenta lo siguiente:

Con el fin de garantizar la apropiación del sistema por parte de la comunidad en el nivel local, se requiere de su participación en los procesos de toma de decisiones en cada fase del ciclo del proyecto, de la interacción de diversas disciplinas del conocimiento con un importante enfoque interdisciplinario, especialmente en lo que se refiere a los aspectos sociales y de la orientación del ciclo hacia fases que incluyan el aprendizaje, los efectos de demostración y la replicabilidad.

La participación ciudadana se ha limitado tradicionalmente al proceso constructivo, olvidando las etapas de identificación de necesidades, formulación de soluciones, selección de tecnologías y operación de los sistemas, etapas en los cuales no sólo es conveniente, sino necesario, incorporar el conocimiento de la realidad local de los beneficiarios del proyecto.37

Por lo cual, se deben considerar otros aspectos diferentes a los técnicos, uno de los criterios de evaluación de alternativas a tomar en cuenta a la hora de llevar a cabo la selección de tecnologías, es la capacidad económica y administrativa de las comunidades ya que en la mayoría de los casos los gobiernos centralizados abandonan los proyectos de saneamiento debido a su ubicación lejana y falta de

36 Ibíd. p. 38

37 Colombia. Departamento Nacional de Planeación et al. Análisis del sector de agua potable y saneamiento en Colombia. [Consultado el 16 de febrero del 2020]. Bogotá. 1997. p. 224. Disponible en internet en: https://www.paho.org/col/index.php?option=com_docman&view=download&category_slug=documentos-nacionales&alias=1392-analisis-sectorial-de-agua-y-saneamiento-en-colombia&Itemid=688

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accesibilidad, por lo tanto las comunidades se ven obligadas a hacerse cargo de sus sistemas de tratamiento, tal cual como ocurre con los acueductos comunitarios.

Finalmente, se debe involucrar a la comunidad en todas las etapas del ciclo de vida del proyecto e implementar tecnologías de acuerdo al nivel económico y educativo de ellos, con el fin de que se apersonen de los proyectos de saneamiento y tengan una alta aceptación.

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6. METODOLOGÍA

El presente proyecto fue realizado en la planta de tratamiento de agua residual de Chagres – sector Chapinero del municipio de Jamundí, Valle del Cauca, Colombia mediante la modalidad de grado pasantía institucional, dicho sistema de tratamiento se encuentra ubicado en las siguientes coordenadas: 3°07’14.68’’ N y 76°36’12.57’’ O38. A continuación en la Figura 15 se muestra la ubicación del sistema de tratamiento.

Figura 15. Ubicación planta de tratamiento aguas residuales Sector Chapinero, Chagres – Jamundí.

Fuente: Figura 1: Google earth. [En línea]. Chagres, Jamundí – Valle del Cauca. [Consultado el 16 de septiembre del 2019] Disponible en internet en: https://www.google.com/maps, Figura 2 y Figura 3: Elaboración Propia.

38 Google earth. Coordenadas geográficas PTAR Chagres. [En línea]. Chagres, Jamundí – Valle del Cauca. [Consultado el 16 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: https://www.google.com/maps

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El marco metodológico de este proyecto está dividido en tres etapas, articuladas a cada uno de los objetivos específicos, los cuales permitirán dar cumplimiento al objetivo general del proyecto. Estas etapas son:

Etapa 1: Identificación de los criterios de diseño y las condiciones de operación, mantenimiento y control de la planta de tratamiento de agua residual doméstica en el corregimiento de Chagres – Jamundí

Etapa 2: Determinación del desempeño de la planta de tratamiento para la reducción de materia orgánica y sólidos medidos como DQO, DBO5 y Sólidos sedimentables

Etapa 3: Propuesta de estrategias para mejorar el desempeño de la planta de tratamiento de agua residual del corregimiento.

6.1 ETAPAS DEL PROYECTO

6.1.1 Etapa 1: Identificación de los criterios de diseño y las condiciones de operación mantenimiento y control de la planta de tratamiento de aguas residual doméstica en corregimiento de Chagres – Jamundí

Se identificaron los criterios de diseño y las condiciones de operación, mantenimiento y control de la planta de tratamiento de agua residual doméstica en el corregimiento de Chagres – Jamundí. Esta etapa fue orientada a realizar un levantamiento de la información relacionada con la PTAR. Para esto se realizó dos actividades generales:

Actividad 1: Se Recopiló y realizó un análisis técnico de la información existente de la PTAR ubicada en el corregimiento de Chagres – Jamundí (Valle del cauca).

En esta etapa se indagó y recopiló información acerca de la PTAR ubicada en el corregimiento de Chagres – Jamundí (Valle del cauca), esta información comprendió dimensionamiento y selección de unidades, memorias de cálculo, diseños, historial de actividades realizadas por quien la opera (frecuencia de mantenimiento) entre otros, esto con el fin de determinar los criterios técnicos de diseño tales como: caudal de diseño, población de diseño, año de inicio de operación, periodo de diseño, tipos de unidades y sistemas utilizados, tamaño de las unidades, variables de operación de la PTAR y frecuencia de mantenimiento, dicha información debió ser suministrada por la organización encargada de la

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construcción de la PTAR y el municipio de Jamundí, organización estatal encargada de prestar los servicios de saneamiento básico.

Actividad 2: Se Analizó y comparó las variables de funcionamiento, operación y mantenimiento actual con las establecidas en la etapa de diseño de la PTAR ubicada en el corregimiento de Chagres – Jamundí (Valle del cauca). En esta actividad se buscaba comparar lo diseñado frente a lo construido; no obstante, dado que no se encontró información sobre el diseño se realizaron las siguientes actividades:

Se analizaron documentos técnicos asociados a los proyectos de agua y saneamiento de la comunidad. Se realizó un levantamiento de los procesos existentes mediante visitas de campo Se estimó, calculó y analizó los criterios de diseño y variables operacionales teóricas de las unidades de tratamiento existentes Se registró las actividades de operación y mantenimiento actuales.

6.1.2 Etapa 2: Se determinó el desempeño de la planta de tratamiento para la reducción de materia orgánica y sólidos medidos como DQO, DBO5 y Sólidos sedimentables

Con el fin de determinar el desempeño general de la PTAR, se realizó un aforo de caudal y un muestreo compuesto del afluente y efluente, como variables de respuesta se midieron temperatura, pH, conductividad, alcalinidad, sólidos totales, sólidos disueltos totales, sólidos volátiles, sólidos sedimentables, demanda química de oxigeno (DQO), demanda bioquímica de oxigeno (DBO) y salinidad.

De acuerdo a lo anterior, se llevó a cabo un aforo de caudal mediante el método de aforo volumétrico, esto con en el fin de determinar el caudal de operación de la PTAR. Los muestreos y el aforo de caudal se realizaron en dos jornadas cada una de cuatro horas de acuerdo a la guía para el monitoreo de vertimientos, aguas superficiales y subterráneas del IDEAM, esto con el fin de tener un acercamiento a la variabilidad diaria de la cantidad y calidad del agua residual.

Dicho muestreo fue realizado en dos jornadas, la jornada de la mañana que fue desde las 08:00 horas hasta las 11:00 horas y la jornada de la tarde que fue desde las 13:00 horas hasta las 16:00 horas; para esto se tomó una muestra cada hora en el afluente y efluente (punto de vertimiento), donde de acuerdo con el caudal aforado se determinó el volumen de cada alícuota para así componer la muestra compuesta.

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Debido a la inexistencia de datos históricos acerca de la calidad del afluente y efluente, así como de aforos, muestreos y caracterizaciones realizados en las unidades, no se pudo determinar el desempeño histórico de la PTAR y sus unidades ni tampoco validar los resultados encontrados en la etapa 2. Los resultados obtenidos se compararon con la normatividad ambiental aplicable en la cual se incluye la Resolución 0631 de 2015 donde se establecen las condiciones de calidad de vertimientos de agua residual sobre fuentes superficiales.

Una vez fueron identificadas las unidades que componen el tren de tratamiento, sus parámetros de operación-mantenimiento teóricos y su desempeño tanto en la etapa de diseño, se procedió a comparar dichos aspectos con el fin de determinar si las condiciones de operación y mantenimiento establecidas en los diseños son las que actualmente son llevadas a cabo en la PTAR.

6.1.3 Etapa 3: Propuesta de estrategias para mejorar el desempeño de la planta de tratamiento de agua residual del corregimiento de Chagres – Jamundí (Valle del Cauca)

Esta etapa fue orientada al planteamiento de acciones que permitan mejorar el desempeño de la PTAR y que conlleven al cumplimiento de la resolución 0631 de 2015. Para el planteamiento de las acciones de mejora se tuvo en cuenta el análisis realizado en las etapas previas y los lineamientos generales establecidos en el Reglamento Técnico de agua Potable y saneamiento básico (Resolución 0330 de 2017 y Manuales de buenas prácticas de Ingeniería), el Plan de Saneamiento y Manejo de Vertimientos para Colombia, el Decreto Único Sectorial 1076 de 2015 y literatura técnica. Para esto se plantearon acciones orientadas a tres aspectos:

Recomendaciones de operación y mantenimiento. Recomendaciones sobre unidades o procesos a incorporar o modificaciones en las estructuras. Recomendaciones de capacitación y manejo de personal.

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7. RESULTADOS

7.1 ETAPA 1: IDENTIFICACIÓN DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO Y LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN MANTENIMIENTO Y CONTROL DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUAL DOMÉSTICA EN CORREGIMIENTO DE CHAGRES – JAMUNDÍ

7.1.1 Información disponible

Las consultas realizadas acerca de la PTAR de Chagres sector Chapinero a la comunidad y a las autoridades municipales y departamentales (Secretaria de Planeación de Jamundí, Secretaria de Vivienda Jamundí, Secretaria de Medio Ambiente y Minas Jamundí, Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca (CVC)), evidenciaron no se cuenta con información documentada sobre la planta de tratamiento. Las entidades gubernamentales argumentaron no saber quién fue el responsable de diseñar y construir dicha planta de tratamiento lo cual no permitió obtener las memorias de cálculo, diseños o planos de la planta de tratamiento de agua residual (PTAR). Por otro lado, la comunidad argumentó que esta planta de tratamiento fue financiada por la Fundación Plan Internacional en el marco del programa Plan Padrino, el municipio aportó el predio donde se construyó y la CVC participó como co-financiador y Autoridad Ambiental, así mismo argumentan que esta PTAR fue construida aproximadamente hace más de 20 años.

Según la comunidad: la idea era hacer entrega de este proyecto de saneamiento a la administración municipal de turno para que dicho ente se encargara de la operación, mantenimiento y control una vez estuviese terminada, pero no fue posible por diferentes temas administrativos y presupuestales, por lo tanto desde entonces la planta de tratamiento ha funcionado por su cuenta sin ningún tipo de operación y mantenimiento.

Plan internacional al observar que el lecho del filtro anaerobio se encontraba colmatado, tomó la decisión de invertir nuevamente en esta PTAR cambiando así el medio de soporte de gravilla por rosetas plásticas, lo cual fue una inversión perdida ya que en poco tiempo volvió a encontrarse colmatado debido a que ninguna entidad se encargó operación y mantenimiento.

Finalmente la comunidad argumenta que antes de construirse la PTAR el cuerpo de agua receptor el cual es un nacimiento llamado el “Agüita” era utilizado en épocas de verano para el abastecimiento de las comunidades cercanas a este, supliendo necesidades básicas como lavar ropa, bañarse, agua para cocinar, entre otras. Una

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vez puesta en marcha la PTAR, dichas actividades se dejaron de realizar debido a la contaminación por el vertimiento, donde la fuente no volvió a ser considerada como fuente de abastecimiento. A continuación en la Figura 16 se muestra la red de actores que interviene en el tratamiento de agua residual en el corregimiento de Chagres.

Figura 16. Red de actores que interviene en el tratamiento de agua residual en el corregimiento de Chagres.

Fuente: Elaboración Propia.

La información técnica más cercana relacionada con el sistema de tratamiento de agua de la comunidad, fue el documento titulado: Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca), dicho proyecto fue realizado por la CVC en el año 2002, y contiene la memoria de cálculo del alcantarillado existente y proyectado de Chagres con sus respectivos planos y el diseño del sistema de tratamiento de aguas residuales del sector Chagres-Robles (el cual no incluye el sector en estudiado), dicha información se tomó como base para realizar los cálculos que permitieron estimar las variables de diseño de las unidades de tratamiento incorporadas en la PTAR de Chagres sector Chapinero.

En cuanto al registro de actividades de operación, mantenimiento y control, la comunidad menciona que la PTAR no cuenta con manual de operación y mantenimiento, ni con un operario, y el mantenimiento se realiza cada cuatro años durante los periodos de campañas electorales; así mismo, expresaron que dicho

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mantenimiento consiste en la succión de los lodos acumulados en el tanque séptico, mediante la contratación de un camión con sistema de succión (vactor).

Estas condiciones de mantenimiento no son acordes con las recomendadas para este tipo de unidades, puesto que actividades como eliminación de grasas, material sólido, evacuación de lodos, monitoreo de variables básicas, deben realizarse de manera permanente y en respuesta al funcionamiento propio de la planta de tratamiento, puesto que la acumulación de lodos en el tanque séptico puede reducir el tiempo de retención hidráulico para el proceso, disminuyendo la eficiencia de remoción de contaminantes lo cual se verá reflejado en la colmatación temprana del lecho filtrante del FAFA (Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente).

Finalmente a la fecha del 15 de febrero del 2020 se encuentra en desarrollo el proyecto titulado “ELABORACIÓN DE DISEÑOS Y ESTUDIOS DEL PLAN DE SANEAMIENTO Y MANEJO DE VERTIMIENTOS RURALES (PSMV) PARA LOS CORREGIMIENTOS DE VILLA COLOMBIA, POTRERITO Y CHAGRES”, por lo cual en el momento no se encuentra disponible la información sobre este, pero a futuro puede ser utilizado como base para desarrollar futuros proyectos de saneamiento en el corregimiento de Chagres.

7.1.2 Contexto actual y descripción de la PTAR

La PTAR que atiende el sector Chapinero del corregimiento de Chagres (Jamundí) está compuesto por un tratamiento primario y secundario donde finalmente vierte el agua residual tratada directamente en un cuerpo de agua superficial, el cual se encuentra aproximadamente a 54 metros de la PTAR. La información descrita a continuación fue levantada en campo debido a que no fue posible encontrar información propia de la PTAR. A continuación en la Figura 17 se representan esquemáticamente las unidades que hacen parte del sistema de tratamiento.

Figura 17. Tren de tratamiento PTAR Chagres sector Chapinero.


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El nacimiento de agua El Aguita es el cuerpo receptor del vertimiento llevado a cabo por la PTAR. Esta fuente hídrica se percibe como de bajo caudal puesto que el flujo de agua durante la temporada de verano es muy bajo, confiriéndole probablemente una baja capacidad de dilución, lo cual puede influir en la degradación de la materia orgánica aumentando así la distancia necesaria para que se lleve a cabo la degradación completa para que la fuente pueda recuperar sus características químicas, físicas y biológicas presentadas antes del vertimiento.

Uno de los principales problemas operacionales observados en las visitas de campo es la presencia de residuos sólidos de gran tamaño en todas las unidades debido a la inexistencia de un tratamiento preliminar de cribado y la falta de concientización ciudadana en cuanto al manejo y gestión de residuos sólidos; tuberías que comunican las unidades se obstruyen debido a la presencia de estos sólidos, generando así represamiento del agua residual lo cual da lugar a su desbordamiento a través de las escotillas de acceso al sistema, fluyendo así por encima de la losa de concreto hasta llegar a la carretera por donde circula la población, animales y vehículos, esta situación se presenta principalmente en época de invierno donde el agua pluvial puede ingresar al sistema principalmente por la escotilla de la cámara de inspección debido a que las estructuras de acceso actuales a las unidades no son las originales y no presentan propiedades herméticas.

A continuación se presenta la descripción general de las unidades existentes de acuerdo a las visitas de campo realizadas.

7.1.2.1 Tratamiento preliminar

Una tubería de 6” (pulgadas) permite el ingreso del agua residual desde una cámara de inspección ubicada aproximadamente a 10 metros, hacia el sistema de tratamiento. La primera unidad hidráulica consiste en una cámara de inspección rectangular de 0.7 m de ancho por 0.6 m de largo y 0.5 m de profundidad, con un área de 0.4 m2 y un volumen de 0.2 m3 tal como se muestra en la

Figura 18. Esta unidad se encarga de la homogenización de las características del agua residual así como la estabilización del caudal. No se observó la existencia de unidades de tratamiento preliminar tales como cribado o desarenadores. Se observó que en dicha unidad se almacenan gran cantidad de lodos, arenas, hojas y ramas lo cual no permite que el agua residual fluya de manera adecuada.

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Figura 18. Cámara de inspección.

B)

a), b) Fotografía general de la cámara destapada


7.1.2.2 Tratamiento primario

Una vez el agua residual ha pasado a través de la cámara de inspección, esta es conducida al tanque séptico el cual conforma el tratamiento primario del sistema tal como se muestra en la Figura 19. Esta unidad presenta las siguientes dimensiones: ancho aproximado de 2.9 m, largo de 5.7 m y una altura de 2.5 m, con un área superficial 16.5 m2 y un volumen total de 41.3 m3, dichas medidas fueron tomadas en campo; a partir de las medidas mencionadas anteriormente (largo y ancho) se puede observar que la relación largo:ancho adoptada para el diseño del tanque séptico fue de 2:1.

A)

59

Figura 19. Tratamiento primario (tanque séptico).


Esta unidad se encarga de la sedimentación de sólidos de gran y mediano tamaño por acción de la gravedad, una vez la capa de sólidos depositados en el fondo alcanza cierta altura, esta debe ser removida para garantizar el correcto funcionamiento y eficiencias de remoción. En esta unidad se observó la presencia de sólidos de gran tamaño en la superficie tales como: telas, ramas, toallas higiénicas, pañales entre otros. El tanque séptico se encuentra conformado por dos

a) Fotografía general de la cámaras tapadas b) Fotografía general de las cámaras destapada

1

2

3

1

2

3

A) B)

60

cámaras, la primera tiene una longitud de 4.1 m, ancho 2.9 m y profundidad 2.5 m, obteniendo un volumen total de 29.3 m3 lo cual representa un 71.7% del volumen total del TS, mientras que la segunda cámara tiene una longitud de 1.6 m, ancho 2.9 m y profundidad 2.5 m obteniendo un volumen de 11.6 m3 representando un 28.3% del volumen total del TS (ver Figura 22), donde algunos autores recomiendan que el volumen de la primera cámara debe tener entre un 50% y 60% del volumen sedimentable39 y otros recomiendan que la primera cámara debe tener 2/3 del volumen total40.

Aunque la configuración de las cámaras no cumple estrictamente la distribución de volúmenes recomendadas por los diferentes tipos de autores; esto no afecta el funcionamiento del sistema en cuanto a la sedimentación de materia orgánica particulada pero si incrementa el intervalo de tiempo en el cual se realiza la extracción de dichos lodos ya que el volumen destinado al almacenamiento y digestión de lodos es mayor para la cámara 1.

7.1.2.3 Tratamiento secundario

El tratamiento secundario está conformado por un filtro anaerobio de flujo ascendente tal como se observa en la Figura 20, este filtro presenta un largo aproximado de 2.8 m por 2.9 m de ancho y una altura de 2.5 m, con un área de 9.6 m2 y un volumen de 23.9 m3. Esta unidad se encarga de remover principalmente la materia orgánica disuelta presente en el agua mediante la acción de microorganismos anaerobios, los cuales se encuentran adheridos a un lecho filtrante, en este caso compuesto por soportes fijos llamado rosetas plásticas, estos soportes son utilizados con el fin de formar colonias de microorganismos, el resultado final de la digestión anaerobio son ácido sulfhídrico (H2S), dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4). Se observó que algunas rosetas plásticas estaban flotando en la superficie, lo cual indica el alto nivel de colmatación del lecho filtrante tanto así que la presión generada por el fluido ascendente (agua residual) terminó por suspenderlas en la superficie, también se observó la presencia de sólidos de gran tamaño (residuos sólidos ordinarios) así como en el tanque séptico, la

39 ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD. Guía para el diseño de tanques sépticos, tanques imhoff y lagunas de estabilización. [En línea]. Lima: 2005. p. 10. [Consultado el 09 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/guialcalde/2sas/d24/053_Dise%C3%B1o_tanques_s%C3%A9pticos_Imhoff_lag/Dise%C3%B1o_tanques_s%C3%A9pticos_Imhoff_lagunas_estabilizaci%C3%B3n.pdf

40 BRASIL. ASOCIASIÓN BRASILERA DE NORMAS TECNICAS. Proyecto construcción y operación de sistemas de tanques sépticos. [En línea]. Rio de Janeiro: 1993. p. 5. [Consultado el 09 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://acquasana.com.br/legislacao/nbr_7229.pdf

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presencia de estos sólidos de gran tamaño en las unidades propicia la obstrucción de las tuberías entre unidades, lo cual genera que el agua residual se rebose por las escotillas de acceso y vierta por encima de la losa de concreto. Por su parte en la Figura 20, la escotilla N° 4 es el único acceso al filtro anaerobio de flujo ascendente.

Figura 20. Tratamiento secundario (FAFA)

a) Fotografía general de la cámara tapada b) Fotografía general de la cámara destapada y medio filtrante de plástico utilizado en el FAFA


Una vez el agua residual sale del filtro anaerobio de flujo ascendente, es conducida por una cámara hacia una tubería de salida, la cual transporta el agua residual tratada (ART) a una cámara de inspección para finalmente ser vertida en el nacimiento el agüita tal como se muestra en la Figura 21, dicho nacimiento es

A) 4

5

4

B)

62

utilizado aguas abajo por los habitantes de la zona para riego de cultivos. Al llevar a cabo las inspecciones de campo, no se observó unidades de tratamiento terciario ni sistemas de control de olores, por lo cual el olor es una problemática frecuente para los habitantes cercanos a la PTAR, por su parte la comunidad informa que el ultimo mantenimiento fue realizado en el 2014, donde un camión vehículo tipo vactor fue contractado por la alcaldía municipal para el desalojo de los lodos acumulados en el sistema de tratamiento, para el cual se desconoce el volumen desalojado.

Figura 21. Vertimiento ARD proveniente de la PTAR.

a) Fotografía general de la cámara tapada b) Fotografía general de la cámara destapada


Por otra parte, no se encontró ningún tipo de ventilación en las unidades, estas unidades requieren codos de ventilación debido a su producción de gases inflamables tal como el gas metano (CH4) ya que si no se garantiza la correcta ventilación el riesgo de explosión es muy alto.

En cuanto al acceso a la PTAR es posible ya que se puede llegar a ella por medio de vía no pavimentada que en términos generales se encuentra en buen estado y presenta poca pendiente. En la Tabla 6 se presenta un resumen general de las dimensiones básicas medidas en campo para las unidades identificadas.

Tubería de vertimiento PTAR

A) B)

63

Tabla 6. Dimensiones básicas medidas en campo para las unidades.

Unidad Largo útil (m)

Ancho útil (m)

Profundidad total (m)

Área superficial útil

(m2) Volumen total (m3)

Cámara de inspección 0.6 0.7 0.5 0.4 0.2

Tanque séptico 5.7 2.9 2.5 16.5 41.3

FAFA 2.8 2.9 2.5 8.1 20.3

Cámara de salida 1.1 2.9 2.5 3.2 8.0


7.1.2.4 Estimación de criterios de diseño de la PTAR ubicada en Chagres (Robles – Jamundí)

Debido a la poca información existente sobre la PTAR de Chagres sector Chapinero, se procedió a realizar un ejercicio de rediseño de las unidades, con el fin de establecer los posibles criterios de diseño que llevaron a las dimensiones actuales de las unidades construidas.

Como punto de partida se trabajó con algunos parámetros básicos obtenidos a partir del informe del proyecto “Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca) 2002”41, datos operacionales y de diseño obtenidos de un proceso de revisión de literatura, y de los datos del dimensionamiento de las unidades medidos en campo. A continuación se presenta el proceso realizado para las dos unidades principales (Tanque séptico - TS y Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente – FAFA).

7.1.2.4.1 TANQUE SEPTICO

En la Tabla 7, se presentan los parámetros y criterios de diseño adoptados para la estimación del dimensionamiento y de las variables de diseño del tanque séptico. 41 DE LA CRUZ, German. Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca). Cali: CVC, 2002. p. 33. [Consultado el 20 de agosto del 2019].

64

Como punto de partida se asumió que el tanque séptico fue diseñado tomando en cuenta las recomendaciones de diferentes autores. La relación largo:ancho medida en campo fue de alrededor 2:1

Tabla 7. Parámetros adoptados para la estimación del dimensionamiento y variables de diseño del tanque séptico.

Parámetro Unidades Nomenclatura Valor Fuente (Ver pie de página)

Dotación neta L/Hab d Dn 180 42

Coeficiente de retorno Adimensional C 0.8 42

Concentración de entrada DBO5 mg/L S01 150 43

Relación largo:ancho adimensional LT1:BT1 2:1 En campo

Remoción teórica DBO5 TS % n 35 42

Largo útil TS m LT1 5.7 En campo

Ancho útil TS m BT1 2.9 En campo

Profundidad total TS m HT1 2.5 En campo

Área útil TS m2 AT1 16.5 En campo

Volumen total TS m3 VT1 41.3 En campo

Aporte de lodos per cápita L/hab año Lf 30 42

Intervalo de remoción de lodos Año N 0.5 Asumido

Tiempo de retención hidráulico d TRH1 1 42

Número de líneas de flujo Numero N1 1 En campo


Inicialmente calculamos el caudal de diseño utilizando las dimensiones halladas en campo, el volumen útil del TS está definido por la suma de los volúmenes de las zonas de natas, sedimentación y lodos, por lo tanto al volumen total (VT1) descrito

42 Ibíd. P. 54.

43 ESCOBAR, Cecilia. Diseño de alcantarillado y tratamiento de aguas residuales en la Vereda Cañitas Corregimiento de Villapaz Municipio de Jamundí – Valle del Cauca. Jamundí, 2004. p. 67. [Consultado el 20 de agosto del 2019].

65

en la Tabla 7, se le debe restar el volumen del borde libre, la literatura reporta un valor mínimo de borde libre de 0.3 m para TS.

𝑉𝐵𝐿1 = 𝐻𝐵𝐿1 ∗ 𝐴𝑇1 = 0.3 𝑚 ∗ 16.5 𝑚2

𝑉𝐵𝐿1 = 4.9 𝑚3

Donde VBL1 = Volumen entre la capa de natas y la losa de concreto (Volumen libre) (m3) HBL1 = Altura entre la capa de natas y la losa de concreto (Volumen libre) (m) AT1 = Área útil del tanque séptico (m2)

Por lo tanto el volumen útil es la sustracción entre el volumen total y el volumen de borde libre:

𝑉𝑢1 = 𝑉𝑇1 − 𝑉𝐵𝐿1 = 41.3 𝑚3 − 4.9 𝑚3

𝑉𝑢1 = 36.4 𝑚3 ≈ 36 𝑚3

Donde Vu1 = Volumen útil TS (m3) VT1 = Volumen total TS (m3)

Finalmente se procede a calcular el caudal utilizando un tiempo de retención hidráulico de 1 día:

𝑄 = 𝑉𝑢1

𝑇𝑅𝐻1=

36 𝑚3

1 𝑑í𝑎

𝑄 = 36 𝑚3

𝑑

Donde Q = Caudal de diseño (m3/d) TRH1 = Tiempo de retención hidráulico adoptado (d)

66

Con el caudal (Q), la dotación neta (Dn) y el coeficiente de retorno (C) se procede a hallar la población (P) servida por este sistema para el año 2000, el cual se estima fue el año donde se construyó dicha planta de tratamiento:

𝑃 = 𝑄

𝐷𝑛 ∗ 𝐶=

36000𝐿𝑑

180𝐿

ℎ𝑎𝑏 𝑑∗ 0.8

𝑃 = 250 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

Este valor de población servida concuerda con lo reportado por el ingeniero sanitario Fabio German de la Cruz en el proyecto “Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca) 2002”, lo cual valida las dimensiones halladas para el tanque séptico en campo.

Seguido calculamos el volumen necesario para la sedimentación de los sólidos suspendidos, también el volumen necesario para el almacenamiento digestión de lodos y finalmente el volumen de almacenamiento de natas:

Volumen almacenamiento y digestión de lodos e intervalo de tiempo en el cual se realiza la extracción de dichos lodos.

Según Romero: “la frecuencia de limpieza se puede calcular suponiendo un volumen de almacenamiento de lodos de 1/3 el volumen del tanque séptico”44.

𝑉𝐿1 =𝑉𝑢1

3 =

36 𝑚3

3

𝑉𝐿1 = 12 𝑚3

Donde VL1 = Volumen de almacenamiento y digestión de lodos tanque séptico (m3)

44 ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales: Teoría y principios de diseño. 3 ed. Colombia: Escuela colombiana de ingeniería. 2004, 1248 p. ISBN: 958-8060-13-3

67

Una vez calculado el volumen de lodos, se puede proceder a estimar el intervalo de tiempo en el cual se debe realizar la extracción de dichos lodos.

𝑁 =𝑉𝐿1

𝐿𝑓 ∗ 10−3 ∗ 𝑃 =

36 𝑚3

30𝐿

ℎ𝑎𝑏 𝑎ñ𝑜∗ 10−3 ∗ 250 ℎ𝑎𝑏

𝑁 = 1.6 𝑎ñ𝑜𝑠

Lf = Aporte de lodos frescos por habitante (L/hab año) N = intervalo de tiempo en el cual se realiza la extracción de dichos lodos (año)

El volumen de natas se asume usualmente como el 10% del volumen útil del tanque séptico:

𝑉𝑛1 = 𝑉𝑢1 ∗ 0.10 = 36 𝑚3 ∗ 0.10 = 3.6 𝑚3

Donde Vn1 = Volumen de almacenamiento de natas (m3)

Volumen sedimentación

A continuación se procede a calcular el volumen de sedimentación una vez trascurrido 1.6 años (intervalo de tiempo en el cual se realiza la extracción de dichos lodos) desde la puesta en marcha del sistema de tratamiento.

𝑉𝑠1 = 𝑉𝑢1 − 𝑉𝐿1 − 𝑉𝑛1 = 36 𝑚3 − 12 𝑚3 − 3.6 𝑚3

𝑉𝑠1 = 20.4 𝑚3

Donde Vs1 = Volumen de sedimentación del tanque séptico (m3)

Una vez definidos los diferentes volúmenes, se procede a calcular la altura útil, altura de sedimentación, altura de lodos, altura de natas y borde libre:

68

Altura útil

𝐻𝑢1 = 𝑉𝑢1

𝐴𝑇1=

36 𝑚3

16.5 𝑚2 (5)

𝐻𝑢1 = 2.2 𝑚

Donde Hu1 = Altura útil (m) AT1 = Área útil del tanque séptico (m2)

Altura de sedimentación

𝐻𝑠1 = 𝑉𝑠1

𝐴𝑇1=

20.4 𝑚3

16.5 𝑚2 (6)

𝐻𝑠1 = 1.2 𝑚

Donde Hs1 = Altura de sedimentación

Altura de almacenamiento y digestión de lodos

𝐻𝐿1 = 𝑉𝐿1

𝐴𝑇1=

12 𝑚3

16.5 𝑚2 (7)

𝐻𝐿1 = 0.7 𝑚

Donde HL1 = Altura de lodos (m)

Altura de almacenamiento de natas

𝐻𝑛1 = 𝑉𝑛1

𝐴𝑇1=

3.6 𝑚3

16.5 𝑚2 (8)

𝐻𝑛1 = 0.2 𝑚

69

Donde Hn1 = Altura de natas (m)

Por último, se calcula la concentración de DBO5 en efluente

𝑆𝑓1 = (1 − 𝑛 ) ∗ 𝑆01 = (1 − 0.35) ∗ 150𝑚𝑔

𝐿 (11)

𝑆𝑓1 = 97.5 𝑚𝑔

𝐿

Donde Sf1 = Concentración de DBO5 en el efluente del tanque séptico (mg/L) n = eficiencia de remoción de DBO5 del tanque séptico teórica. So1 = Concentración de DBO5 en el afluente del tanque séptico (mg/L)

La concentración de DBO5 en el afluente del tanque séptico (S01) fue tomada del proyecto titulado “Diseño de alcantarillado y tratamiento de aguas residuales en la Vereda Cañitas Corregimiento de Villapaz Municipio de Jamundí” la cual fue de 150 mg/L donde Villapaz es un corregimiento ubicado aproximadamente a 6 Km de Robles, se tomó esta concentración debido a que la concentración de DBO5 reportada en el proyecto propio de Robles y Chagres titulado “Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca)” fue de 42 mg/L para el muestreo realizado en la jornada de la mañana y 86.5 mg/L para el muestreo realizado en la jornada de la tarde, valores que según el proyecto, fueron asociados a fenómenos de dilución, por lo que se consideró que no eran representativas de la calidad del agua residual generada en el Corregimiento.

7.1.2.4.2 FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE (FAFA)

En la Tabla 8 se presentan los parámetros y criterios de diseño adoptados para la estimación del dimensionamiento y de las variables de diseño del FAFA.

70

Tabla 8. Parámetros adoptados para la estimación del dimensionamiento y variables de diseño del filtro anaerobio de flujo ascendente.


Población servida de diseño Hab P 250 Calculo tanque séptico

Dotación neta L/Hab d Dn 180 45

Coeficiente de retorno Adimensional C 0.8 45

Concentración de entrada DBO5 mg/L Sf1 97.5 Calculo tanque

séptico

Largo FAFA m LT2 2.8 En campo

Ancho FAFA m BT2 2.9 En campo

Altura FAFA m HT2 2.5 En campo

Área FAFA m2 AT2 8.1 En campo

Volumen FAFA m3 VT2 20.3 En campo

Carga orgánica volumétrica teórica Kg DBO / m3 d COV 0.25 46

Número de líneas de flujo Numero N2 1 En campo

Porcentaje vacíos lecho % Pv 95 Comercial


Comenzamos calculando la carga contaminante de entrada al filtro:

𝑊𝑓1 = 𝑆𝑓1 ∗ 𝑄 =97.5

106

𝑘𝑔

𝐿∗ 36000

𝐿

𝑑

𝑊𝑓1 = 3.5𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂

𝑑

Donde Wf1 = Carga contaminante DBO5 en el afluente del FAFA (Kg DBO5/d) 45 DE LA CRUZ, German. Op. cit., p. 54.

46 CHERNICHARO, Carlos. Op. cit., p. 78.

71

Seguido calculamos el volumen del lecho filtrante, utilizando la carga orgánica volumétrica:

𝑉𝑙𝑓 =𝑊𝑓1

𝑁2 ∗ 𝐶𝑂𝑉=

3.51𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂

𝑑

1 ∗ 0.25 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂𝑚3 𝑑

𝑉𝑙𝑓 = 14.0 𝑚3

Donde Vlf = Volumen del lecho filtrante (m3) N2 = Lineas de flujo So1 = Concentración de DBO5 en el afluente del tanque séptico (mg/L)

Se calcula el tiempo de retención hidráulico en el lecho filtrante donde según De la Cruz debe ser de 6 a 12 horas47:

𝑇𝑅𝐻𝑙𝑓 = 𝑃𝑣 ∗ 𝑉𝑙𝑓

𝑄1000

= 0.95 ∗ 14.0 𝑚3

360001000

𝑚3

𝑑

𝑇𝑅𝐻𝑙𝑓 = 0.4 𝑑 = 9.6 ℎ

Dónde: TRHlf = Tiempo de retención hidráulica en el lecho filtrante (d) Pv = porcentaje de espacios vacíos del lecho filtrante (%)

Se calcula la altura del lecho filtrante utilizando el área:

𝐻𝑙𝑓 = 𝑉𝑙𝑓

𝐴𝑇2=

14.0 𝑚3

8.1 𝑚2

𝐻𝑙𝑓 = 1.7 𝑚

Donde Hlf = Altura de lecho filtrante (m)

47 DE LA CRUZ, German. Op. cit., p. 58.

72

AT2 = Área útil FAFA (m2)

Por lo tanto el volumen útil es:

𝑉𝑢2 = 𝑉𝑇2 − (𝐵𝐿 ∗ 𝐴𝑇2) = 20.3 𝑚3 − (0.30 𝑚3 ∗ 8.1 𝑚2)

𝑉𝑢2 = 17.9 𝑚3

Vu2 = Volumen útil del FAFA (m3) VT2 = Volumen total FAFA (m3) AT2 = Área total FAFA (m3) BL = Altura borde libre (m) Se procede a calcular el tiempo de retención hidráulico en la totalidad del filtro el cual debe estar en un rango de 12 a 18 horas:

𝑇𝑅𝐻2 = 𝑉𝑢2

𝑄1000

= 17.9 𝑚3

360001000

𝑚3

𝑑

𝑇𝑅𝐻2 = 0.5 𝑑 = 12 ℎ

Donde TRH2 = Tiempo de retención hidráulico del FAFA (d)

Se procede a calcular el borde libre del filtro:

Por último se calcula la eficiencia de remoción del FAFA y la concentración de salida del efluente:

Eficiencia de remoción FAFA

𝑛2 = 100 ( 1 − (0.87 ∗ 𝑇𝑅𝐻2−0.50)) = 100 (1 − (0.87 ∗ 12 ℎ−0.50))

𝑛2 = 75 %

73

Donde n2 = eficiencia de remoción de DBO5 por parte del FAFA (%)

Concentración efluente de salida

𝑆𝑓2 = ( 1 − 𝑛2) ∗ 𝑆𝑓1 = (1 − 0.75) ∗ 97.5𝑚𝑔

𝐿

𝑆𝑓2 = 24.4𝑚𝑔

𝐿

Sf2 = Concentración de DBO5 en el efluente del FAFA (mg/L)

7.1.2.5 Vista en planta, dimensiones y variables de diseño PTAR comunitaria sector Chapinero, Chagres (Robles – Jamundí)

Una vez realizado todo el proceso tanto para el TS y el FAFA fue posible realizar un acercamiento a las dimensiones medidas en campo. Es así como la Tabla 9 presenta un resumen de los valores obtenidos.

74

Tabla 9. Dimensiones y variables de diseño de las unidades que conforman el sistema de tratamiento.

Unidad Parámetro Unidades Valor

Obtenido a partir del redimensionamiento

Cámara de inspección

Ancho m 0.7

Largo m 0.6

Profundidad m 0.5

Área m2 0.4

Volumen m3 0.2

Tanque séptico

Ancho m 2.9

Largo m 5.7

Profundidad m 2.5

Área total m2 16.5

Volumen total m3 41.3

Concentración DBO5 afluente mg/L 150

TRH d 1.0

Volumen sedimentación m3 20.4

Volumen de lodos m3 12

Volumen natas m3 3.6

Volumen borde libre m3 4.9

Volumen útil m3 36.0

Intervalo de extracción de lodos años 1.6

Eficiencia de remoción DBO5 % 35

Concentración DBO5 efluente mg/L 97.5

75

Tabla 9 (Continuación).

Filtro anaerobio de flujo

ascendente

Ancho m 2.9

Largo m 2.8

Profundidad m 2.5

Área m2 8.1

Volumen m3 20.3

Concentración DBO5 afluente mg/L 97.5

Carga orgánica volumétrica Kg/ m3 d 0.25

Porcentaje de vacíos lecho filtrante % 95

Carga contaminante DBO5 afluente Kg/d 3.5

Volumen lecho filtrante m3 14

Tiempo de retención hidráulica lecho filtrante d 0.4

Volumen útil m3 17.9

Tiempo de retención hidráulico FAFA d 0.5

Eficiencia de remoción DBO5 % 75

Concentración DBO5 efluente mg/L 24.4

Cámara de salida

Ancho m 2.9

Largo m 1.1

Profundidad m 2.5

Área m2 3.2

Volumen m3 8.0

Fuente: Elaboración Propia

A continuación en la Figura 22 se muestra los planos del sistema de tratamiento los cuales incluyen la vista en planta de la PTAR con sus respectivos cortes (Ver Anexo A).

76

Figura 22. Vista en planta PTAR Chagres sector Chapinero y corte.


77

7.1.3 Validación del caudal adoptado

Uno de los objetivos del proyecto “Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca) 2002” como su nombre lo indica, fue realizar la comprobación hidráulica de la red de alcantarillado existente en los corregimientos de Robles y Chagres, para así poder determinar la capacidad instalada e identificar los tramos que requerían algún tipo de intervención.

Los parámetros de diseño adoptados para realizar dicha comprobación hidráulica, fueron determinados llevando a cabo una jornada de aforo de aguas residuales durante 12 horas continuas. Como resultado de la jornada de aforos se pudo determinar la producción media de aguas residuales medida en L/s Ha, debido a que el cálculo de la producción de aguas residuales se llevó a cabo mediante el método de áreas tributarias por colector.

El coeficiente de producción media de aguas residuales para el corregimiento de Robles fue de 0.584 L/s Ha y para el corregimiento de Chagres fue de 0.144 L/s Ha48 respectivamente. El alcantarillado que recolecta y conduce las aguas residuales hacia la planta de tratamiento en estudio está ubicado en el corregimiento de Chagres, en ese entonces la red de alcantarillado iniciaba en la cámara número 68 y finalizaba en la cámara número 61 para posteriormente entregar las aguas residuales a la planta de tratamiento (Ver Figura 23 y ver Anexo B). En la Figura 24 (Ver Anexo C) se muestra la comprobación hidráulica de la red de alcantarillado que sirve la planta de tratamiento, dichos cálculos fueron realizados para la red de alcantarillado existente y para algunos tramos proyectados a futuro.


78

Figura 23. Plano alcantarillado que sirve planta de tratamiento en estudio – Corregimiento de Chagres.

Fuente: DE LA CRUZ, German. Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca). Cali: CVC, 2002. p. Anexos. [Consultado el 20 de agosto del 2019].

79

Figura 24. Comprobación hidráulica red de alcantarillado que recolecta y conduce el agua residual hacia la planta de tratamiento en estudio – Corregimiento de Chagres.

Fuente: DE LA CRUZ, German. Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca). Cali: CVC, 2002. p. Anexo No. 4. [Consultado el 20 de agosto del 2019].

80

Como se observa en la Figura 24, los cálculos hidráulicos fueron realizados para los colectores existentes y algunos proyectados por lo tanto para conocer precisamente la producción media de agua residual para esta zona servida por la PTAR, se debe eliminar los colectores proyectados propios que van desde la cámara número 59R hasta la cámara número 68. A continuación se muestra los cálculos para determinar la producción media de agua residual para el alcantarillado existente en la zona que sirve la PTAR:

AT1 59RPTAR = 3.85 Ha AT2 59R68 = 0.66 Ha

𝐴𝑇𝑆 = 𝐴𝑇159𝑅→𝑃𝑇𝐴𝑅 − 𝐴𝑇259𝑅→68 = 3.85 𝐻𝑎 − 0.66 𝐻𝑎 = 3.19 𝐻𝑎

Donde ATs = Área tributaria servida red alcantarillado existente (Ha) AT1 59RPTAR = Área tributaria 1 desde cámara 59R hasta la PTAR (Ha) AT2 59R68 = Área tributaria 2 desde cámara 59R hasta cámara 68 (Ha)

Una vez conocida el área tributaria servida de la red de alcantarillado existente, se procede a calcular el caudal promedio de aguas residuales utilizando el coeficiente de producción media de aguas residuales tal como se muestra a continuación:

CPARD = 0.144 L/s Ha

𝑄𝑚𝑒𝑑 𝐴𝑅𝐷 = 𝐴𝑇𝑠 ∗ 𝐶𝑃𝐴𝑅𝐷 = 3.191 𝐻𝑎 ∗ 0.144𝐿

𝑠 𝐻𝑎 = 0.4595

𝐿

𝑠

Donde ATs = Área tributaria servida red alcantarillado existente (Ha) CPARD = Coeficiente de producción media de agua residual (L/s Ha) Qmed ARD = caudal promedio de aguas residuales (L/s)

El caudal promedio de aguas residuales calculado mediante el método de áreas tributarias para el 2002 fue de 0.459 L/s y el caudal promedio de aguas residuales calculado realizando el rediseño del tanque séptico en el ítem 7.1.2.4.1 fue de 0.416 L/s, por lo tanto se valida el caudal de diseño de la planta de tratamiento calculado mediante el rediseño del tanque séptico y se concluye que dicho sistema fue diseñado para un caudal promedio de aguas residuales donde no se tomó en cuenta caudal máximo horario, caudal de infiltración, caudal de conexiones erradas, caudal institucional, comercial e industrial ni caudal de aguas pluviales, en cuanto a la capacidad hidráulica y caudal de diseño de la PTAR ver ítem 7.2.1 Aforo del caudal actual de operación de la planta de tratamiento de agua residual

81

7.1.4 Condiciones de operación y mantenimiento actual de la planta de tratamiento de agua residual sector Chapinero, Chagres (Robles – Jamundí)

La comunidad argumenta que una vez se finalizó la construcción de la PTAR en el año 2000, no fue posible entregarla a la administración electa en dicho periodo, siendo esta la entidad responsable de prestar adecuadamente los servicios públicos a sus habitantes o adjudicar dicha actividad de prestación a empresas públicas, privadas o mixtas mediante el mecanismo de licitación pública, velando así por la adecuada prestación.

Por lo anterior, ninguna entidad se ha hecho cargo de velar por el adecuado funcionamiento, operación y mantenimiento del sistema de tratamiento desde su puesta en marcha, según la comunidad el último mantenimiento fue realizada aproximadamente en el año 2014 por parte de la alcaldía, donde se contrató un camión vactor el cual realizó la remoción de lodos, natas y sobrenadantes del tanque séptico y el retro lavado con agua a presión del filtro anaerobio de flujo ascendente removiendo el lodo y material acumulado en el filtro, desde entonces no se ha realizado alguna otra actividad de mantenimiento hasta la fecha.

La falta de operación y mantenimiento influye negativamente en las eficiencias de remoción de contaminantes por parte del sistema, si no se realiza una adecuada remoción de lodos de acuerdo a lo establecido en los diseños, el volumen de lodos en el tanque séptico va a ser mucho mayor al diseñado, ocupando así los lodos parte del volumen necesario para la sedimentación lo cual va a disminuir el tiempo de retención hidráulico del agua residual doméstica en esta unidad disminuyendo la cantidad de sólidos sedimentados.

Así mismo al disminuir la capacidad de sedimentación del tanque séptico, el afluente del filtro anaerobio de flujo ascendente contendrá una alta concentración de sólidos, lo cual afectará la capacidad de oxidación de la materia orgánica por parte de los microorganismos anaerobios, presentándose así una colmatación del filtro en muy poco tiempo. Dichos aspectos se descritos anteriormente pudieron ser comprobados al retirar las escotillas de concreto de las unidades (ver Figura 19 y Figura 20), en la primera cámara del TS se observó la acumulación excesiva de lodos ocupando un gran volumen del TS. En época de invierno cuando se rebosa el agua por encima de las unidades, debido al taponamiento de las tuberías que permitan el pase entre sí, los habitantes deben destapar dichas tuberías de manera artesanal, utilizando una guadua de gran longitud debido a la falta de equipos y materiales especializados para llevar a cabo esta actividad.

82

Parte fundamental para garantizar un desempeño adecuado de la PTAR son las actividades de operación, mantenimiento y control, por lo tanto, para evaluar si en la planta se estaban realizando de manera adecuada y oportuna las actividades mínimas de operación, mantenimiento y control, se realizó una lista de verificación, la cual fue elaborada teniendo en cuenta actividades de mantenimiento para las unidades de tanque séptico y filtro anaerobio de flujo ascendente, recomendadas por normativas colombianas e internacionales como la resolución 0330 del 2017, RAS título E y la Asociación Brasilera de Normas Técnicas; en la Tabla 10 se presentan las recomendaciones de referencia y las observaciones realizadas.

Tabla 10. Lista de chequeo de actividades de operación, mantenimiento y control (OM&C) de las unidades de la PTAR.

Unidad Actividades mínimas de operación y mantenimiento Fuente

Observaciones asociadas a la

OM&C de la PTAR

Sistema de tratamiento

En el momento del arranque de una PTAR debe contarse con los manuales de operación y mantenimiento.

Resolución 0330 del

2017

No se cuenta con manuales de O&M para el tanque séptico ni para el filtro anaerobio (FAFA)

Tanque séptico

Los lodos y las espumas acumuladas deben ser removidos en intervalos equivalentes al periodo de limpieza del proyecto.

RAS título E (200)

No se realiza debido a que no existe una organización encargada de estas la operación y mantenimiento

Debe realizarse una remoción periódica de lodos por personal capacitado que disponga del equipo adecuado para garantizar que no haya contacto entre el lodo y las personas.


Antes de cualquier operación en el interior del tanque, la cubierta debe mantenerse abierta durante un tiempo suficiente (>15 min.) para la remoción de gases tóxicos o explosivos.


83




OM&C de la PTAR

Tanque séptico

Los lodos secos pueden disponerse en rellenos sanitarios o en campos agrícolas; cuando estos últimos no estén dedicados al cultivo de hortalizas, frutas o legumbres que se consumen crudas.

RAS título E (200)


En el caso de fosas sépticas para servicio comunidades aisladas, se deben tomar medidas para implementar lechos de secado, diseñadas de acuerdo a las normas técnicas específicas.

Asociación Brasilera de

Normas Técnicas

NBR7229


FAFA

Para limpieza del filtro se debe utilizar una bomba de refuerzo, introduciendo la manguera de succión a través del tubo guía.


Normas Técnicas

NBR13969


Si se encuentra que la operación anterior es insuficiente para la eliminación de lodos, se debe verter agua sobre la superficie del lecho filtrante drenándola nuevamente.


Normas Técnicas

NBR13969


84




OM&C de la PTAR

FAFA

El filtro no debe lavarse por completo ya que retrasa el inicio de la operación después de la limpieza.


Normas Técnicas

NBR13969


Para los filtros con tubos perforados en el fondo inclinado, el drenaje se efectuará colocando una manguera de succión en el pozo de succión en la caja de entrada.


Normas Técnicas

NBR13969


Si el sistema ya tiene un lecho de secado, la descarga resultante de la limpieza del filtro anaeróbico debe disponerse en él.


Normas Técnicas

NBR13969


Los lodos secos pueden disponerse en rellenos sanitarios o en campos agrícolas; cuando estos últimos no estén dedicados al cultivo de hortalizas, frutas o legumbres que se consumen crudas.


Normas Técnicas

NBR13969


85


Unidad Actividades mínimas de control Fuente


OM&C de la PTAR

PTAR

Como mecanismos de control se deben realizar monitoreos de la calidad del agua antes y después de las unidades unitarias que la conforman. Los parámetros seleccionados serán función del tipo de proceso, para plantas de tratamiento con un caudal de tratamiento menor a 100 L/s las frecuencias de dicho monitorea serán de carácter semestral o según sea dispuesto por la autoridad ambiental.

Resolución 0330 del 2017

No se realiza debido a que no

existe una organización encargada de

estas la operación y

mantenimiento


86

7.2 ETAPA 2: DETERMINACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LA REDUCCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA Y SÓLIDOS MEDIDOS COMO DQO, DBO5 Y SÓLIDOS SEDIMENTABLES

7.2.1 Aforo del caudal actual de operación de la planta de tratamiento de agua residual

Se realizó un aforo volumétrico de caudal en el sitio de vertimiento (efluente) de la planta de tratamiento de agua residual el día martes 17 de septiembre del 2019, esto con el fin de determinar el caudal actual de operación y compararlo con el caudal de diseño asumido en la etapa 1.

Este aforo se llevó a cabo en dos jornadas, la jornada de la mañana la cual fue desde las 8:00 horas hasta las 11:00 horas y la jornada de la tarde la cual fue desde las 13:00 horas hasta las 16:00 horas, se asumió que el caudal hallado en el efluente del sistema es igual en afluente del mismo, debido a que en el afluente no se encontró una estructura apta para la medición de dicho parámetro. A continuación en la Tabla 11 y en la Tabla 12 se muestran los resultados obtenidos del aforo de caudal.

Tabla 11. Aforo de caudal jornada mañana desde las 8:00 horas hasta las 11:00 horas.

Efluente PTAR 8:00 – 11:00

Hora Caudal (L/s)

Aforo 1 Aforo 2 Aforo 3 Caudal

promedio horario

8:00 0.251 0.244 0.239 0.245 9:00 0.192 0.185 0.185 0.187 10:00 0.145 0.145 0.143 0.144

11:00 0.059 0.059 0.064 0.061


87

Tabla 12. Aforo de caudal jornada tarde desde las 13:00 horas hasta las 16:00 horas.

Efluente PTAR 13:00 – 14:00

Hora Caudal (L/s)

Aforo 1 Aforo 2 Aforo 3 Caudal

promedio horario

13:00 0.202 0.199 0.167 0.189 14:00 0.136 0.155 0.143 0.145 15:00 0.019 0.019 0.019 0.019 16:00 0.018 0.019 0.018 0.018


Nota: Se realizaron 3 aforos por hora con el fin de determinar un caudal representativo y disminuir la variabilidad.

Con el fin de observar los datos en una manera más clara, se realizó el grafico caudal vs tiempo el cual se muestra a continuación en la Figura 25.

Figura 25. Hidrograma para el caudal de operación actual con respecto al tiempo.


0.245

0.187

0.144

0.061

0.189

0.143

0.019 0.018

0.4167

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

Cau

dal

me

did

o (

L/s)

Hora de muestreo (h)

Aforo de Caudal

Caudal de diseñoadoptado (etapa 1)

88

Como se observa en la Figura 25, el caudal de operación de la planta de tratamiento presenta una notoria variabilidad a lo largo del día, dicha variabilidad es usual en los hidrogramas realizados a sistemas de tratamiento de aguas residuales debido al tipo de actividades que se realizan usualmente en los hogares dependiendo de la hora del día, es decir en las mañanas se presenta un alto consumo de agua debido a que los habitantes se preparan para cumplir con sus actividades laborales y escolares, por lo tanto en el horario desde las 6:00 horas hasta las 9:00 horas se presenta un pico de caudal de agua residual, después de las 9:00 horas el caudal disminuye debido al cese de actividades en las viviendas que demanden un alto consumo, después de las 11:00 horas hasta la 13:00 horas se presenta un incremento de producción de agua residual debido a la demanda para actividades como cocción de alimentos, cepillarse, lavar los platos etc, a la 13:00 horas el caudal de ARD llega a su segundo pico y empieza su disminución. Esto significa que los horarios donde el sistema recibe mayores cargas contaminantes son a las 8:00 horas y a las 13:00 horas respectivamente.

Por su parte, el caudal aforado no supero en ningún horario el caudal de diseño asumido en la Etapa 1 (Ver Estimación de criterios de diseño de la PTAR ubicada en Chagres (Robles – Jamundí)) para la PTAR el cual es 0.4167 L/s, esto puede ser debido principalmente a dos razones, la primera razón es la reducción de las dotaciones netas per cápita para el corregimiento de Chagres, llevadas a cabo por la empresa prestadora del servicio de acueducto. Según el proyecto realizado por el ingeniero sanitario Fabio German de la Cruz titulado “Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca)” en el año 2002 dos años después de la construcción de la PTAR objeto de estudio, al realizar los aforos pertinentes para las aguas residuales de Robles y Chagres, las dotaciones netas por habitante alcanzaron valores del orden de 407 L/hab día, cifra demasiado elevada para el número de habitantes presentes en ese año y sus respectivas condiciones económicas, dichas dotaciones exageradas fueron asociadas a la carencia logística para la facturación por lectura de consumo por parte de la empresa prestadora del servicio de Acuasur, por lo tanto el cobro del servicio de acueducto se llevaba a cabo mediante una tarifa fija sin límite de consumo, la cual tenía un valor de 5000 COP/mes por suscriptor49, dicha situación propició el inadecuado uso del agua generando altos consumos y desperdicios.


89

Determinación población máxima a servir por la PTAR año 2002.

Según el PBOT de Jamundí del 2002, el corregimiento de Chagres en 1999 contaba con 632 habitantes de los cuales 285 eran hombres y 347 mujeres50 y una capacidad económica baja clasificando en un nivel de complejidad bajo para proyectos de acueducto y saneamiento básico. De acuerdo la resolución 1096 del 2000 por la cual se adoptó el reglamento técnico para el sector de agua potable y saneamiento básico, en el artículo 67 se definieron las dotaciones netas mínimas y máximas tal como se muestra a continuación en la Tabla 13.

Tabla 13. Dotaciones netas mínimas y máximas según la resolución 1096 del 2000.

Nivel de complejidad del

sistema Dotación neta

mínima (L/hab día) Dotación neta

máxima (L/hab día)

Bajo 100 150

Medio 120 175

Medio alto 130 -

Alto 150 -

Fuente: MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO. Resolución 1096 de noviembre del 2000 [En línea]. Bogotá: 2000. P. 106. [Consultado el 26 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/ResolucionesAgua/1096%20-%202000.pdf

Según lo dispuesto por la resolución 1096 del 2000, la dotación neta máxima para los habitantes del corregimiento de Chagres en el año 2002 al clasificar dentro de un nivel de complejidad bajo, debía ser de 150 L/ hab día, lo cual no se cumplió debido a los problemas mencionados anteriormente, por lo tanto para el desarrollo del proyecto Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca)” se tomó como dotación

50 ALCALDÍA DE JAMUNDÍ. PBOT municipio de Jamundí – 3.5 aspectos generales [En línea]. Jamundí: 2002. p. 400. [Consultado el 23 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://cdim.esap.edu.co/BancoConocimiento/J/jamundi_-_valle_del_cauca_-_pot_-_2002/jamundi_-_valle_del_cauca_-_pot_-_2002.asp

90

neta 180 L/hab día51 debido a los altos consumos mencionados anteriormente, la cual es cercana a un nivel de complejidad medio en ese entonces. Como se pudo observar en los cálculos realizados en la etapa 1, al considerar el volumen útil máximo del tanque séptico el cual es de 36 m3, un tiempo de retención hidráulico de 1 día, y un coeficiente de retorno de 0.8, se pudo determinar que para la dotación neta de 180 L/hab día el sistema fue diseñado para servir una población máxima de 250 habitantes.

Determinación población máxima a servir por la PTAR año 2019 utilizando dotación neta máxima según resolución 0330 del 2017.

En la actualidad, las dotaciones netas máximas están regidas por la resolución 0330 del 2017 en el artículo 43, donde se fija la dotación neta máxima de acuerdo a la altura sobre el nivel del mar de la población en la cual se va a desarrollar el proyecto, tal como se muestra a continuación en la Tabla 14.

Tabla 14. Dotaciones netas mínimas y máximas según la resolución 0330 del 2017.

Altura promedio sobre el nivel del mar zona

atendida Dotación neta

máxima (L/hab día)

> 2000 m.s.n.m 120

1000 – 2000 m.s.n.m 130

< 1000 m.s.n.m 140

Fuente: MINISTERIO DE VIVIENDA CIUDAD Y TERRITORIO. Resolución 0330 de junio del 2017 [En línea]. Bogotá: 2017. P. 106. [Consultado el 26 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/ResolucionesAgua/0330%20-%202017.pdf

En la actualidad, el corregimiento de Chagres posee una altura promedio de 1050 m.s.n.m, por lo tanto según la normativa las dotación neta máxima para los habitantes de este corregimiento deben ser de 130 L/ hab día. Dichas dotaciones máximas actuales son menores a las dispuestas para el año 2000, por lo tanto la


91

población máxima a servir por la PTAR será mayor en la actualidad tal como se muestra a continuación:

Volumen útil total tanque séptico (Vut): 36 m3 Tiempo de retención hidráulico TS (TRH1): 1 día Dotación neta máxima actual 2019 (Dna): 130 L/hab día Coeficiente de retorno (C): 0.8 Población máxima a servir 2019 (Pms): Incógnita a determinar

𝑃𝑚𝑠 = 𝑉𝑢𝑡 (𝐿)

𝑇𝑅𝐻1 (𝑑í𝑎) ∗ 𝐷𝑛𝑎 (𝐿

ℎ𝑎𝑏 𝑑í𝑎) ∗ 𝐶 (𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙)

𝑃𝑚𝑠 = 36000 𝐿

1 𝑑í𝑎 ∗ 130𝐿

ℎ𝑎𝑏 𝑑í𝑎∗ 0.8

= 347 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

La población máxima a servir puede ser mayor a medida que las dotaciones netas disminuyan ya que se trabajó con las dotaciones netas máximas y existe una probabilidad de que estas sean menores. Por lo tanto esto explica la razón por la cual el caudal de operación actual determinado en el aforo fue menor al caudal de diseño y se puede concluir que la población servida actual por el tratamiento de aguas residuales ha aumentado debido a la regulación de las dotaciones netas máximas.

Determinación población máxima a servir por la PTAR año 2019 utilizando dotación neta real suministrada por Acuasur.

A continuación en la Tabla 15 se muestra el cálculo de la población máxima a servir 2019 por la PTAR utilizando como base datos suministrados por la organización ACUASUR, la cual se encarga de prestar el servicio de acueducto para el corregimiento de Chagres entre otros.

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Tabla 15. Datos de consumo de agua potable del corregimiento de Chagres suministrados por ACUASUR para el mes de septiembre de 2019 (Fecha de aforo y caracterización).

Parámetro Unidades Valor

Número de Suscriptores residenciales Suscriptores 345

Consumo de agua registrado m3/mes 5170

Densidad habitacional Habitantes/suscriptor 4

Fuente: Elaboración propia. Realizada a partir de datos suministrados por ACUSUR.

Por lo tanto se procede a calcular las dotaciones netas reales para el mes de septiembre del 2019.

𝐷𝑛𝑟 = 𝐶𝑡 (

𝑚3

𝑚𝑒𝑠)

𝑆 (𝑆𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠) ∗ 𝐷ℎ (ℎ𝑎𝑏

𝑠𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟)

𝐷𝑛𝑟 = 5170

𝑚3

𝑚𝑒𝑠 ∗ 1000 𝐿

1 𝑚3 ∗ 1 𝑚𝑒𝑠30 𝑑

345 𝑠𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 ∗ 4 ℎ𝑎𝑏

𝑠𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟 = 125

𝐿

ℎ𝑎𝑏 𝑑

Donde Dnr = Dotación neta real para el corregimiento de Chagres septiembre 2019 (L/hab d) Ct = Consumo total de agua para el corregimiento de Chagres septiembre 2019 (m3/mes) S = Número de suscriptores para el corregimiento de Chagres septiembre 2019 (suscriptores) Dh = Densidad habitacional utilizada por Acuasur (hab/vivienda)

Una vez calculadas la dotación neta real para el corregimiento de Chagres para el mes de septiembre del 2019, se procede a calcular la población real servida actual por el sistema de tratamiento de aguas residuales objeto de estudio, para este cálculo de utilizaron los siguientes supuestos:

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Volumen útil total tanque séptico (Vut): 36 m3 Tiempo de retención hidráulico TS (TRH1): 1 día Dotación neta real actual Septiembre 2019 (Dnr): 111 L/hab día Coeficiente de retorno (C): 0.8 Población real máxima a servir septiembre 2019 (Pmsr): Incógnita a determinar

𝑃𝑚𝑠𝑟 = 𝑉𝑢𝑡 (𝐿)

𝑇𝑅𝐻1 (𝑑í𝑎) ∗ 𝐷𝑛𝑟 (𝐿


𝑃𝑚𝑠𝑟 = 36000 𝐿

1 𝑑í𝑎 ∗ 125𝐿



Esta estimación de la población máxima a servir septiembre 2019 se realizó bajo el supuesto que toda el agua residual generada en las viviendas llega a la PTAR y no existen pérdidas en el sistema de alcantarillado, así mismo se omiten caudales de infiltración, institucionales, industriales, comerciales y conexiones erradas.

Como se puede observar la población máxima a servir utilizando las dotaciones suministradas por ACUASUR es de 360 habitantes, esta población fue calculada bajo el supuesto de que el tiempo de retención hidráulico del tanque séptico es de 24 horas, pero la población máxima a servir fácilmente puede duplicarse debido a que las normas técnicas actuales han flexibilizado el tiempo de retención hidráulico hasta de 12 horas para el tanque séptico, un claro ejemplo de esta flexibilización es la resolución 0330 del 2017 la cual establece un TRH de¿e 12 a 14 horas para este tipo de unidades.

Determinación población actual servida por la PTAR año 2019 utilizando dotación neta real suministrada por Acuasur.

Finalmente se procede a calcular la población actual que se encuentra vertiendo (población actual vertida) a la PTAR, este cálculo se realizó utilizando el caudal máximo de aguas residuales hallado en el aforo el cual fue de 0.245 L/s (Ver Figura 25) y la dotación neta calculada utilizando los datos suministrados por Acuasur para el mes de septiembre de 2019, dicha dotación calculada fue de 125 L/hab d. Esta estimación de la población servida septiembre 2019 se realizó bajo el supuesto que toda el agua residual generada en las viviendas llega a la PTAR y no existen perdidas en el sistema de alcantarillado, así mismo se omiten caudales de infiltración, institucionales, industriales, comerciales y conexiones erradas.

94

Caudal máximo aforado (Qm): 0.245 L/s Dotación neta real actual 2019 (Dnr): 111 L/hab día Coeficiente de retorno (C): 0.8 Población servida septiembre 2019 (Ps): Incógnita a determinar

𝑃𝑠 = 𝑄𝑚 (

𝐿𝑠) ∗ 86400 (

𝑠𝑑

)

𝐷𝑛𝑟 (𝐿


𝑃𝑠 = 0.245

𝐿𝑠

∗ 86400 (𝑠𝑑

)

125 𝐿



Como se puede observar el caudal máximo hallado durante el aforo (0.245 L/s) corresponde al caudal generado por 212 habitantes del corregimiento de Chagres, donde no se superó la población máxima a servir para el 2019 (347 habitantes) calculada a partir de las dotaciones netas máximas establecidas por la resolución 0330 del 2017, por lo tanto el sistema no ha sobrepasado su capacidad hidráulica máxima y aún se encuentra en la capacidad de recibir y tratar el agua residual de 135 habitantes adicionales.

El alcantarillado que recolecta y transporta el agua residual hacia la PTAR objeto de estudio sirve a una cierta parte del corregimiento de Chagres mas no a la totalidad de la población ya que otra parte de la población del corregimiento es servido por otra red de alcantarillado que recolecta y transporta el agua residual hacia la PTAR ubicada en el corregimiento de Robles, por lo tanto La población servida por la PTAR objeto de estudio para septiembre 2019 (212 habitantes) calculada no pudo ser validada con datos propios de la organización Acuasur, esto debido a que la organización maneja el número de suscriptores total del Corregimiento de Chagres, mas no tiene esta información clasificada por sectores ni tampoco clasificada en función de las diferentes redes de alcantarillado.

La segunda razón para que no se alcanzará el caudal de diseño pudo estar asociada a que el aforo se realizó a mediados de septiembre del 2019, dicho mes se caracterizó por pertenecer a una temporada extensa de intenso verano donde se presentaron sequias y una drástica reducción en los caudales de las fuentes superficiales del municipio, por lo tanto las posibles medidas de racionamiento y uso racional del agua dictadas por los entes gubernamentales y aplicadas por las empresas prestadoras del servicio de acueducto, promovieron la reducción del

95

consumo de agua potable que proporcionalmente pudo conllevar a una reducción en el caudal de aguas residuales generadas.

Determinación periodo de diseño restante teniendo en cuenta el censo poblacional 2018 realizado por el DANE.

Según el censo poblacional realizado por el DANE en el 2018, el municipio de Jamundí obtuvo los siguientes datos poblacionales para la zona rural mostrados en la Tabla 16:

Tabla 16. Datos poblacionales de la zona rural del municipio de Jamundí según censo poblacional 2018.

Municipio Centro poblado y rural disperso

(Habitantes)

2018 2019

Jamundí 36262 36750

Fuente: Elaboración propia. Realizada a partir de datos suministrados por DANE.

Por lo tanto se procedió a calcular la tasa de crecimiento anual para la zona rural de Jamundí en el periodo 2018-2019, dicha tasa arrojó un valor de 1.51%. Finalmente se procedió a calcular el año en el cual se alcanzaría la población máxima a servir, partiendo desde el supuesto que el corregimiento de Chagres presento una tasa de crecimiento anual de 1.51% para todos los años, el cual tuvo que ser asumido debido a la falta de información censal propia del corregimiento de Chagres.

Tendiendo los siguientes datos:

Población servida septiembre 2019 (Ps) = 212 habitantes Población real máxima a servir septiembre 2019 (Pmsr) = 360 habitantes Tasa de crecimiento anual adoptada = 1.51 %

Se determinó que la población máxima a servir se alcanzará en el año 2054 con 358 habitantes, esto es debido al bajo crecimiento poblacional anual presentado para la zona rural de Jamundí; cabe anotar que esta estimación se realizó utilizando tasas de crecimiento las cuales no son propias del corregimiento de Chagres, por lo

96

tanto para efectos de desarrollo de proyectos se debe realizar trabajo de campo junto a la comunidad para determinar una tasa de crecimiento representativa del corregimiento de Chagres y la población actual que se encuentra conectada al servicio de alcantarillado el cual recolecta y transporta el ARD hacia la PTAR objeto de estudio .

7.2.2 Caracterización del afluente y efluente de la planta de tratamiento de agua residual

Se realizó una caracterización del afluente y efluente de la planta de tratamiento de agua residual del Corregimiento de Chagres sector Chapinero, esto con el fin de determinar las variables actuales de operación tales como: relación DBO5/DQO, relación SDT/ST, cargas contaminantes, cargas volumétricas entre otros, para así poder determinar si el desempeño actual del sistema era acorde con los lineamientos establecidos en la normatividad de vertimientos a fuentes de agua superficiales (Resolución 0631 de 2015).

Como se mencionó anteriormente, la planta de tratamiento objeto de estudio al terminar su proceso, vierte finalmente el agua residual tratada en la quebrada El Aguita, el cual es un nacimiento de agua con bajo caudal, por lo tanto la norma pertinente que rige dicho vertimiento y fue utilizada para determinar las eficiencias de remoción necesarias por el sistema fue la 0631 del 2015 para aguas residuales con una carga menor a 625 Kg/d, esto calculado a partir de un caudal pico de 0.245 L/s con una concentración de DBO5 afluente de 574 mg/L para la jornada de la mañana y una caudal pico de 0.189 L/s con una concentración de DBO afluente de 652 mg/L.

Es importante mencionar que a la fecha la comunidad no cuenta con registros de alguna caracterización realizada a este sistema de tratamiento por parte de alguna entidad pública o privada, así mismo las autoridades ambientales y sanitarias encargadas no cuentan con registros o reportes sobre el sistema de tratamiento y sus vertimientos, por lo tanto, esta caracterización representa un acercamiento a un primer reporte de las condiciones del sistema.

Como se mencionó anteriormente (ver Contexto actual y descripción de la PTAR y Condiciones de operación y mantenimiento actual de la planta de tratamiento de agua residual sector Chapinero, Chagres (Robles – Jamundí)) la planta de tratamiento se encuentra sin seguimiento, operación, control y mantenimiento desde el año 2014; al realizar la inspección visual de la planta se observó que las unidades estaban colmatadas de lodo, había presencia de sólidos de gran tamaño (Pañales, toallas higiénicas, telas, entre otros), y parte del lecho filtrante (Rosetas plásticas)

97

del FAFA se encontraba suspendido en la superficie del agua debido a la colmatación, dado esto se considera que todas estas condiciones influyen negativamente sobre la operación de las unidades disminuyendo su rendimiento, lo que conlleva a bajas eficiencias en el sistema de tratamiento.

Para la toma de muestras se realizó un muestreo compuesto de acuerdo con las indicaciones metodológicas del IDEAM; la composición se realizó cada hora teniendo en cuenta dos jornadas, la primera entre las 8:00 am y las 11:00 am y la segunda entre la 1:00 pm y las 4:00 pm. En la Tabla 17 se presentan los resultados obtenidos y su respectiva comparación con los valores establecidos en la resolución 0631 de 2015.

De manera general se puede observar que la mayoría de las variables caracterizadas no cumplen con los valores mínimos establecidos para su vertimiento en fuentes superficiales, lo cual muestra el bajo desempeño del sistema y la necesidad inmediata de una intervención sobre la planta de tratamiento, de tal manera que se garantice que el vertimiento no va a seguir afectando la calidad de la fuente receptora de la descarga de agua residual. Para complementar este análisis se realizará una discusión detallada de cada variable analizada.

98

Tabla 17. Caracterización del afluente y efluente de la planta de tratamiento de agua residual del corregimiento de Chagres – Jamundí.

Parámetro Unidades

Jornada mañana 8:00 h a 11:00 h

Jornada tarde 13:00 h a 16:00 h Eficiencias

de remoción jornada

mañana (%)

Eficiencias de

remoción jornada

tarde (%)

Valores máximos

permisibles Res 631 del

2015 Afluente Efluente Afluente Efluente

Temperatura promedio °C 22.4 23.6 21.6 22.7 - - -

pH Unidades de pH 7.446 7.365 7.286 7.350 - - 6.00 – 9.00

Conductividad µs/cm 983 795 457 782 - - -

Alcalinidad mg CaCO3 / L 350 450 150 400 Afectación

desempeño Afectación desempeño -

Solidos totales (ST) mg/L 1382 3732 1100 1595.5 Afectación desempeño

Afectación desempeño -

Solidos disueltos totales (SDT) mg/L 483 388 221 382 19.67% Afectación del sistema -

Solidos suspendidos totales (SST) mg/L 899 3344 879 1213 Afectación desempeño

Afectación desempeño 90.00

Solidos volátiles totales (SVT) mg/L 727.3 1383 726.1 636.4 -

Solidos sedimentables (SSED) mL/L 16 12 4.6 5.3 25.00% Afectación desempeño 5.00

Demanda química de oxigeno (DQO) mg/L 790 1350 840 1180 Afectación desempeño

Afectación desempeño 180

Demanda bioquímica de oxigeno (DBO) mg/L 574 646 652 644 Afectación desempeño 1.23% 90

Salinidad ‰ 0.5 0.4 0.2 0.4 - - - Convenciones: Rojo no cumple con el valor máximo permisible. Verde cumple con el valor máximo permisible Azul Valores máximos permisibles. Normatividad de referencia Resolución 0631 del 2015 Fuente: Elaboración Propia

99

Temperatura y pH.

Como se presentó en la Tabla 17, la temperatura promedio se mantuvo dentro de un rango entre 21 °C y 24°C para afluente y efluente en las dos jornadas de muestreo, lo cual es acorde con las condiciones ambientales de la zona, la cual se encuentra a una altitud de 1050 msnm y una temperatura promedio ambiente de 24 °C. Aunque se observó una diferencia de cerca de 1 °C entre el afluente y el efluente, se estima que esta puede estar asociada en primera medida a la liberación de energía en forma de calor, derivada de las reacciones bioquímicas de la transformación de la materia orgánica en los reactores, y por otra la acumulación de energía asociada a la radiación solar ya que las unidades están construidas en concreto, el cual es un material con una alta capacidad de absorber y retener el calor.

En cuento a la importancia de la temperatura, se tiene que es uno de los principales factores que influyen sobre la degradación de la materia orgánica, debido a que los microorganismos no son capaces de regular su temperatura interna por lo tanto la temperatura de estos es determinada por el ambiente exterior. Según Chernicharo: “la mayoría de reactores anaerobios han sido diseñados en el rango mesófilo el cual comprende una temperatura de operación entre 20 °C y 40 °C, presentado altas eficiencias de remoción”52, por lo tanto se puede concluir que la temperatura en el afluente a los reactores es la adecuada para el crecimiento de microorganismos anaerobios y que esta variable no representó un aspecto que pudiera limitar el funcionamiento de los reactores.

Los valores de pH obtenidos se encuentran en un intervalo cercano a la neutralidad, dichos valores varían entre 7.2 y 7.5 unidades, lo cual puede ser asociado a la elevada alcalinidad del afluente a la PTAR. El pH es otro factor que puede afectar la actividad y crecimiento microbiano limitando la degradación de la materia orgánica; de acuerdo con Chernicharo: “esta variable influye sobre la actividad enzimática de los microorganismos al cambiar su estructura proteica, por lo tanto el pH ideal para favorecer el crecimiento de los microorganismos productores de metano (microorganismos más sensibles a cambio de pH) se encuentra entre 6.6 y 7.4 unidades, pero usualmente la estabilidad del proceso se puede alcanzar en un rango entre 6.0 y 8.0 unidades” 53. Los cambios de pH en un sistema de tratamiento anaerobio se deben a la producción de ácidos orgánicos en la etapa de

52 CHERNICHARO, Carlos. Anaerobic reactors [En línea]. Londres: IWA publicaciones, 2007. p. 27. [Consultado el 9 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.iwapublishing.com/sites/default/files/ebooks/9781780402116.pdf

53 Ibíd. P. 30.

100

acidogenesis, dicha etapa ocurre previamente a la etapa de Metanogenesis; como se pudo observar entre el afluente y efluente no se observaron diferencias significativas que pudieran estar asociadas a la acumulación de ácidos orgánicos en el reactor; lo cual podría estar asociado a la alcalinidad disponible en el agua residual.

Alcalinidad.

Von Sperling define la alcalinidad como: “la capacidad del agua para neutralizar los ácidos. Los principales constituyentes de este parámetro son bicarbonatos (HCO3 -

), carbonatos (CO3 2- ) e hidróxidos (OH-)”54, de acuerdo con Metcalf & Eddy55 la alcalinidad puede ser clasificada como débil cuando presenta valores menores o igual a 50 mg CaCO3/L, media con valores de 100 CaCO3/L y fuerte con valores de 200 CaCO3/L; dados estos resultados el afluente de la planta de tratamiento contó con una alcalinidad que varió en un intervalo entre media (150 mg CaCO3/L en la jornada de la tarde) y fuerte (350 mg CaCO3/L en la Jornada de la mañana), mostrando su elevada capacidad para soportar la generación de ácidos en los procesos de degradación anaerabio.

De acuerdo con Chernicharo: “la etapa de acidogenesis de la digestión anaerobia se caracteriza por la transformación de ácidos grasos volátiles, alcoholes, ácidos lácticos e hidrogeno en ácidos volátiles tales como: acido butírico, acético y propionico, en este proceso se liberan grandes cantidades de hidrogeniones generando la disminución del pH”56, por lo tanto es necesario que el agua residual antes de ingresar a las unidades de tratamiento biológico anaerobio (tratamiento secundario) cuente con una elevada alcalinidad, evitando así la disminución del pH y condiciones adversas para el crecimiento microbiano y la degradación de la materia orgánica, específicamente los microorganismos productores de metano los cuales son más sensibles a la disminución del pH. Si el agua residual afluente de la PTAR no posee una elevada alcalinidad se debe agregar compuestos químicos como hidróxido de sodio (NaOH), bicarbonato de sodio (NaHCO3) entre otros.

En cuanto al efluente se observó un aumento de la alcalinidad obteniendo valores de 400 mg CaCO3/L y 450 mg CaCO3/L para la jornada de la mañana y tarde 54 VON SPERLING, Marcos. Principios de tratamiento biológico de aguas residuales. San Juan de Pasto: Universidad de Nariño, 2012. p. 34.

55 METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales: tratamiento, vertido y reutilización. 3 ed. Madrid: McGraw-Hill, 2003. p 125.


101

respectivamente; este aumento pudo estar asociado a la producción de CO2 en la etapa de acidogénesis el cual se disuelve en el agua y se convierte en bicarbonatos, por lo cual se determina que el sistema le agrega alcalinidad en forma de bicarbonatos (HCO3 -) al agua residual.

Según Von Sperling57 la presencia de bicarbonatos (HCO3 -), carbonatos (CO3 2- ) e hidróxidos (OH-) es función del pH tal como se muestra a continuación:

pH > 9.4 presencia de hidroxilos (OH- ) pH entre 8.3 y 9.4 carbonatos (CO3 2- ) y bicarbonatos (HCO3 -) pH entre 4.4 y 8.3 únicamente bicarbonatos (HCO3 -)

Por lo tanto, la alcalinidad en el agua residual de acuerdo al pH se debe únicamente a la presencia de bicarbonatos (HCO3 -) y como se puede apreciar el sistema de tratamiento agrega alcalinidad al agua lo cual puede ser asociado a la reacción del CO2 proveniente de la digestión anaerobia con el agua para así formar bicarbonatos (HCO3 -).

Vale la pena tener en cuenta, que aunque en términos de temperatura, pH y alcalinidad; la calidad del afluente y efluente fueron acordes con lo esperado para procesos anaerobios, dadas las condiciones de operación actuales, es posible que los procesos biológicos no se estén desarrollando de manera adecuada y como consecuencia un proceso de degradación anaerobia incompleto, reflejándose en un efluente de baja calidad y un pobre desempeño del sistema de tratamiento en términos de variables asociadas a la degradación de la materia orgánica como la DBO5 y DQO.

Conductividad y salinidad.

De acuerdo con Von Sperling: “la conductividad se define como la capacidad del agua para permitir el flujo de corriente eléctrica; altas conductividades son asociadas a la presencia de sales disueltas las cuales tienden a disociarse en iones positivos y negativos, algunos iones que pueden aumentar la conductividad son: HCO3-, Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, Na+ y K+”58. Las aguas con una alta concentración de sales pueden ser perjudiciales si se usan para el riego de cultivos, ya que

57 VON SPERLING, Marcos. Op. cit., p. 33.

58 Ibíd. P. 34.

102

aumentaran la concentración de sales en dicha matriz, impidiendo así la asimilación de nutrientes por parte de las plantas y la actividad microbiana del suelo.

Según Ortiz: “en los sistemas biológicos la conductividad y la salinidad son importantes porque pueden afectar la presión osmótica del medio en el cual interactúan los microorganismos, haciendo que las bacterias tiendan a igualar las concentraciones entre el interior celular y el medio, expulsando el agua del interior de la célula hacia el medio exterior, lo que genera deshidratación de las bacterias y por tanto su muerte, lo que conlleva a la disminución del desempeño del reactor”59.

De acuerdo con un estudio realizados por Ortiz60, en los reactores anaerobios, el incremento en la conductividad puede reducir la actividad metanogénica de los microorganismos, debido a la acumulación de iones (principalmente de sodio). En este estudio se evaluó la influencia de la conductividad para un intervalo entre 3050 µS/cm y 7320 µS/cm y se encontró que la actividad metanogénica fue directamente proporcional a la conductividad para valores comprendidos en un intervalo entre 3050 µS/cm y 5170 µS/cm, una vez la conductividad alcanzó un valor de 7320 µS/cm se presentó una disminución de la actividad metanogénica; estos resultados en contraste con la conductividad medida tanto en el afluente al sistema de tratamiento como en el efluente, muestran que en términos de calidad, esta variable tampoco representó un factor que pudiera limitar los procesos biológicos.

Solidos: Sólidos Totales (ST), sólidos volátiles totales (SVT) y fijos totales (SFT).

De acuerdo con Von Sperling61, los sólidos en general son un indicador de la contaminación del agua debido a su capacidad de desarrollar depósitos de lodos en el fondo de los cuerpos de agua, incrementando así la demanda bioquímica de oxigeno hasta tal punto de crear condiciones anaerobias en este, también son conocidos por no permitir el paso de la radiación solar en los cuerpos de agua, lo cual no permite llevar a cabo procesos fotosintéticos por parte del fitoplancton; es

59 ORTIZ ORDA, Verónica. Puesta a punto de una metodología para la determinación de la actividad metanogénica específica (AME) de un fango anaerobio mediante el sistema Oxitop. Influencia de las principales variables experimentales. [En línea]. Trabajo de grado master en ingeniería hidráulica y medio ambiente. Valencia. Universidad politécnica de Valencia, 2011. 112 p. [Consultado el 4 de diciembre del 2019]. Disponible en: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/15711/MEMORIA.pdf?sequence=1

60 Ibíd. P. 34.

61 VON SPERLING, Marcos. Op. cit., p. 35.

103

por esto que los sólidos (principalmente en suspensión) son uno de los principales objetivos a eliminar por parte de los sistemas de tratamientos de agua residual.

Los sólidos totales son el conjunto de todas las formas de sólidos, de manera general se pueden dividir en dos tipos, volátiles y fijos, los sólidos volátiles representan la fracción orgánica presente en el agua residual, mientras que los sólidos fijos representan la fracción inorgánica, por lo tanto, al determinar la cantidad de sólidos volátiles totales en el agua es posible realizar una aproximación a la cantidad de materia orgánica biodegradable; por otro lado, Metcalf & Eddy62 definen el agua residual en función de la concentración de sólidos totales como débil cuando presenta valores ≤ 350 mg/L, media entre 350 y 720 mg/L y fuertes con valores alrededor de 1200 mg/L.

Otra interpretación importante es que la relación Sólidos volátiles totales/Sólidos totales (SVT/ST) indica la cantidad de material orgánico susceptible a degradación por parte de los microorganismos y la relación Sólidos suspendidos totales/Sólidos totales (SST/ST) indica que fracción de los sólidos totales se encuentra suspendida en el agua (como parte del material particulado). En la Tabla 18 se presentan la relación SVT/ST y la relación SST/ST.

Tabla 18. Relación SVT/ST y SST/ST.

Parámetro Unidades Jornada mañana 8:00 h a

11:00 h Jornada tarde 13:00 h a

16:00 h

Afluente Efluente Afluente Efluente

Sólidos totales (ST) mg/L 1382 3732 1100 1595.5

Sólidos suspendidos totales (SST) mg/L 899 3344 879 1213

Sólidos volátiles totales (SVT) mg/L 727.3 1383 726.1 636.4

SVT/ST Adimensional 0.5 0.4 0.7 0.4

SST/ST Adimensional 0.6 0.9 0.8 0.8


62METCALF & EDDY. Op. cit., p. 125.

104

Los resultados presentados en la Tabla 18 muestran que en la jornada de la mañana y la tarde el afluente presentó una elevada carga de sólidos ya que los sólidos totales se encuentran en un rango entre 1100 mg/L y 1382 mg/L, de los cuales la mayoría son sólidos suspendidos; los cuales representaron el 65% frente a un 35% de sólidos disueltos totales, aspectos que no son favorables para los sistemas biológicos puesto que si no se desarrollan de manera adecuada los procesos de hidrólisis es posible que contribuyan a la colmatación de los reactores.

En cuanto al material orgánico, se encontró que el 53% de los sólidos totales (ST) estaba asociado a materia orgánica la cual es utilizada por los microorganismos para su crecimiento indicando una degradabilidad de moderada a alta ya que la relación SVT/ST se encuentra por cercana al 50% (acorde a su vez con la relación DBO5/DQO que fue superior al 50%).

En la jornada de la mañana se observó para el afluente, que la concentración de sólidos totales que llegaban a la planta de tratamiento era alta con una concentración de 1382 mg/L, donde el 53% de estos estuvieron asociados a sólidos volátiles (orgánicos) los cuales arrojaron una concentración de 727 mg/L y el 47% sólidos fijos (inorgánicos) arrojando una concentración de 655 mg/L.

En un sistema de tratamiento operado bajo condiciones estables se espera que una vez el agua residual sea sometida a los procesos de transformación de los contaminantes (sedimentación y degradación biológica anaerobia), presente una reducción de su contenido de acuerdo al porcentaje de remoción de cada unidad, lo cual no sucedió en el caso del efluente del sistema.

Para la jornada de la mañana se presentaron las condiciones más críticas ya que se observó un incremento de aproximadamente 2.7 veces para los sólidos totales (3732 mg/L en el efluente), de 1.9 veces para los sólidos volátiles (1383 mg/L) y de 3.6 veces para los sólidos fijos (2349 mg/L) y de 3.72 veces para los sólidos suspendidos, lo cual de acuerdo con el estado de colmatación observado en los reactores pudo estar asociado a una pérdida de lodo como resultado de las velocidades de arrastre de los reactores y a la baja frecuencia de mantenimiento de las unidades, lo que se reflejó en el inadecuado funcionamiento de las mismas y en el no cumplimiento de los requerimientos de calidad del efluente, puesto que el valor máximo permitido para efectos de vertimientos sobre fuentes superficiales de agua es de 90 mg/L para los sólidos suspendidos totales (Resolución 0631 de 2015).

En términos generales el análisis de la concentración de sólidos mostró que es necesario incorporar a corto plazo actividades de operación y mantenimiento de las unidades puesto que la pérdida continua de biomasa microbiana y lodo de las

105

unidades de tratamiento pueden estar generando afectaciones sobre el cuerpo receptor para este caso el nacimiento El Aguita, dado que los sólidos suspendidos tienden a sedimentarse en el fondo de la fuente superficial formando depósitos de lodos los cuales presentan una alta demanda de oxígeno para su degradación, más aun teniendo en cuenta las características hidráulicas de la fuente receptora donde se observó un caudal muy bajo en temporadas de verano.

Solidos sedimentables (SSED).

Los sólidos sedimentables se definen como la cantidad de material de una muestra que se sedimenta en cierta unidad de tiempo (generalmente 1 hora), estos sólidos están cercanamente relacionados con los sólidos suspendidos ya que son una fracción pertenecientes a los sólidos suspendidos, por lo tanto se puede deducir que los sólidos sedimentables son una aproximación a la concentración de los sólidos suspendidos.

Los sólidos sedimentables en el afluente variaron entre 5.3 y 16 mL/L, los cuales son valores típicos de un agua residual doméstica donde Metcalf & Eddy63 reportan valores de 5 mL/L para composición débil, 10 mL/L para composición media y 20 mL/L para composición alta. Para el caso del efluente los valores obtenidos superaron los valores máximos permisibles por la Resolución de vertimientos 0631 de 2015 la cual establece un valor máximo de 5 mL/L; este comportamiento fue acorde con lo observado para los sólidos suspendidos totales y ratifica la necesidad de implementar las medidas de operación, seguimiento y control de la planta de tratamiento.

Demanda Química de oxigeno (DQO) y demanda bioquímica de oxigeno (DBO5).

La DBO y la DQO se conocen como medidas indirectas para determinar la cantidad de materia orgánica presente en la masa de agua, e indican la cantidad de oxigeno necesaria para llevar a cabo la degradación química (DQO) y biológica (DBO) de la materia orgánica. Según Metcalf & Eddy64 la DQO típica de un agua residual bruta se encuentra en un rango de 250 mg/L a 1000 mg/L, mientras que la DBO en un

63 METCALF & EDDY. Op. cit., p. 125.

64 METCALF & EDDY. Op. cit., p. 125.

106

rango de 110 mg/L a 250 mg/L. A continuación en la Tabla 19 se presentan los valores de DQO, DBO y la relación DBO/ DQO obtenidos.

Tabla 19. Relación DBO/DQO.

Parámetro Unidades Jornada mañana 8:00 h a

11:00 h Jornada tarde 13:00 h a

16:00 h

Afluente Efluente Afluente Efluente

DQO mg/L 790 1350 840 1180

DBO mg/L 574 646 652 644

DBO/DQO Adimensional 0.7 0.5 0.8 0.5


En la jornada de la mañana la concentración de materia orgánica fue elevada con relación a la jornada de la tarde; no obstante, en los dos casos los valores de DQO y DBO5 se enmarcaron en un rango de composición de media a alta teniendo en cuenta los valores de referencia citados anteriormente.

En términos de biodegradabilidad, la relación DBO5/DQO mostró que el afluente presentó una elevada biodegradabilidad (DBO5/DQO de 0.73 a 0.78), lo que indicó que más del 73% de los compuestos presentes en el agua residual son susceptibles de ser degradados a través de microorganismos, aspecto que resulta positivo para los sistemas biológicos, y que nuevamente muestran que el agua residual en estudio es susceptible de ser tratada biológicamente y que no se cuenta con evidencia de que puedan presentar limitaciones que puedan afectar el desempeño de los procesos.

Desempeño de las unidades de tratamiento existentes

Dentro de los aspectos operacionales que deben considerarse para establecer recomendaciones para el mejoramiento del funcionamiento de las unidades que conforman un sistema de tratamiento, se encuentra la carga orgánica con la cual es operada cada unidad.

107

Dado que las condiciones físicas y de acceso a las unidades no permitieron determinar las cargas de entrada y salida de cada unidad, se realizó un acercamiento teórico a estas condiciones, con el fin de brindar una guía básica sobre las posibles condiciones operacionales actuales y brindar recomendaciones al respecto; no obstante, es importante considerar que las condiciones que se reportan en este ítem del documento deben ser tomadas como una referencia general.

Para efectuar este acercamiento, se realizó una revisión de literatura sobre las eficiencias teóricas que podrán ser alcanzadas en cada unidad bajo condiciones estables de operación; en la Tabla 20 se presentan las eficiencias teóricas para las unidades de tanque séptico (TS) individual y la combinación de Tanque séptico + Filtro Anaerobio (TS + FA).

Tabla 20. Eficiencias de remoción teóricas para tanque séptico (TS) y TS + Filtro anaerobio (FA).

Eficiencias de remoción DBO (%) DQO (%) SS (%) Amoniaco

(%) N total (%) P total (%)

TS 30-35 25-35 55-65 <30 <30 <35

TS + FA 80-85 70-80 80-90 <45 <60 <35

Fuente: VON SPERLING, Marcos. Principios de tratamiento biológico de aguas residuales [En línea]. San Juan de Pasto: Universidad de Nariño, 2012. p. 34.

Como se analizó previamente (ver Tabla 17), el muestreo realizado mostró que el sistema de tratamiento objeto de estudio no alcanzó las eficiencias globales esperadas para este tipo de unidades (TS+FA), por el contrario se presenta una afectación del desempeño del sistema debido a su colmatación lo que se reflejó en el incremento de la carga orgánica y de sólidos en la matriz de agua.

En cuanto a la resolución 0631 del 2015 la cual establece los parámetros y valores máximos permisibles para llevar a cabo el vertimiento de agua residual domestica sobre un cuerpo de agua, se puede concluir que de los cinco parámetros establecidos por la norma los cuales son: pH, sólidos suspendidos, sólidos sedimentables, DQO y DBO solo se cumplieron dos en las jornadas de muestreo los cuales fueron pH con valores de 7.365 unidades de pH para la jornada de la mañana y 7.350 unidades de pH para la jornada de la tarde y sólidos sedimentables únicamente en la jornada de la tarde con un valor de 5.3 mL/L; para los parámetros

108

restantes (Solidos suspendidos, DQO y DBO) la calidad del vertimiento y sus concentraciones se encuentran muy lejos de cumplir lo reglamentado por la norma, por lo tanto se deben tomar acciones de mejora para así poder cumplir en un futuro lo establecido en la norma y evitar las afectaciones ambientales sobre el cuerpo de agua receptor.

No obstante, es importante que se tenga presente que estos valores corresponden a un muestreo específico, y aunque las observaciones realizadas al sistema de tratamiento durante el periodo de desarrollo de este proyecto de grado (entre junio de 2019 y diciembre de 2019), muestran las falencias actuales en la operación, mantenimiento y control de la planta, es necesario que las mediciones sean complementadas con muestreos más seguidos y en diferentes condiciones climáticas, para efectivamente emitir un criterio definitivo.

Estimación de la carga orgánica volumétrica aplicada filtro anaerobio de flujo ascendente.

Para la estimación de la carga orgánica volumétrica aplicada al filtro anaerobio de flujo ascendente se utilizaron las eficiencias teóricas reportadas en la Tabla 21, las cuales fueron seleccionadas teniendo en cuenta los valores típicos reportados para este tipo de unidades, acorde con lo presentado en la Tabla 20.

Tabla 21. Eficiencias teóricas adoptadas para la comprobación de la carga orgánica volumétrica aplicada al FAFA.

Eficiencias de remoción DBO (%) DQO (%) SS (%)

TS 35 30 65

TS + FA 85 80 90


Para esta estimación se consideró que el FAFA recibe el efluente del tanque séptico, por lo tanto, era necesario estimar una reducción de carga asociado a este.

Una vez adoptadas las eficiencias de remoción para el tanque séptico se realizaron los cálculos para estimar la carga orgánica volumétrica afluente al FAFA utilizando los siguientes datos:

109

Estimación de cargas Jornada de la mañana

Caudal pico (Q1) = 0.245 L/s = 21.2 m3/d (Medido) Concentración DBO5 afluente PTAR (LDBOi) = 574 mg/L = 0.6 Kg/m3 (Medido) Concentración DQO afluente PTAR (LDQOi) = 790 mg/L = 0.8 Kg/m3 (Medido) Volumen útil FAFA (VUFAFA) = 17.9 m3 (Medido)

Primero se procedió a calcular la concentración de DBO y DQO en el efluente del tanque séptico, asumiendo que el tanque séptico remueve el 35% de la DBO y 30% de la DQO:

𝐿𝑓 = 𝐿𝑖 ∗ (1 −𝑛𝑇𝑆

100)

Donde Lf (mg/L) = Concentración efluente tanque séptico DBO o DQO nTS (%) = eficiencia de remoción DBO o DQO

𝐿𝐷𝐵𝑂𝑓 = 574𝑚𝑔

𝐿∗ (1 − 0.35) = 373.1

𝑚𝑔

𝐿= 0.4

𝐾𝑔

𝑚3

𝐿𝐷𝑄𝑂𝑓 = 790𝑚𝑔

𝐿∗ (1 − 0.30) = 553

𝑚𝑔

𝐿= 0.5

𝐾𝑔

𝑚3

Luego se procedió a calcular la carga volumétrica para la jornada de la mañana utilizando el caudal pico y la concentración de DBO y DQO del efluente de tanque séptico:

𝐶𝑂𝑉 = 𝑄1 (

𝑚3

𝑑) ∗ [𝐿𝐷𝑄𝑂𝑓 𝑜 𝐿𝐷𝐵𝑂𝑓] (

𝑘𝑔𝑚3)

𝑉𝑈𝐹𝐴𝐹𝐴 (𝑚3)

Donde COV (kg/m3 d) = Carga orgánica volumétrica aplicada al FAFA Q1 (m3/d) = Caudal pico jornada LDBO5 (kg/m3) = Concentración DBO5 efluente tanque séptico LDQO (kg/m3) = Concentración DQO efluente tanque séptico VUFAFA (m3) = Volumen útil FAFA

110

𝐶𝑂𝑉𝐷𝐵𝑂5 = 21.2 (

𝑚3

𝑑) ∗ 0.4 (

𝐾𝑔𝑚3)

17.9 (𝑚3)= 0.5

𝐾𝑔

𝑚3 𝑑

𝐶𝑂𝑉𝐷𝑄𝑂 = 21.2 (

𝑚3

𝑑) ∗ 0.5 (

𝐾𝑔𝑚3)

17.9 (𝑚3)= 0.6

𝐾𝑔

𝑚3 𝑑

Estimación de cargas Jornada de la tarde

Caudal pico (Q2) = 0.189 L/s = 16.3 m3/d Concentración DBO5 afluente PTAR (LDBOi) = 652 mg/L = 0.6 Kg/m3

Concentración DQO afluente PTAR (LDQOi) = 840 mg/L = 0.8 Kg/m3 Volumen útil FAFA (VUFAFA) = 17.9 m3

𝐿𝐷𝐵𝑂𝑓 = 652𝑚𝑔

𝐿∗ (1 − 0.35) = 3423.8

𝑚𝑔

𝐿= 0.4

𝐾𝑔

𝑚3

𝐿𝐷𝑄𝑂𝑓 = 840𝑚𝑔

𝐿∗ (1 − 0.30) = 588

𝑚𝑔

𝐿= 0.6

𝐾𝑔

𝑚3

𝐶𝑂𝑉𝐷𝐵𝑂5 = 16.3 (

𝑚3

𝑑) ∗ 0.4 (

𝐾𝑔𝑚3)

17.9 (𝑚3)= 0.4

𝐾𝑔

𝑚3 𝑑

𝐶𝑂𝑉𝐷𝑄𝑂 = 16.3 (

𝑚3

𝑑) ∗ 0.6 (

𝐾𝑔𝑚3)

17.9 (𝑚3)= 0.5

𝐾𝑔

𝑚3 𝑑

Estos cálculos mostraron que el filtro es operado con valores de carga orgánica volumétrica de DBO5 que pueden estar variando alrededor de 0.4 kg/m3.d para la jornada de la mañana y de 0.6 kg/m3.d para la jornada de la tarde. Teniendo en cuenta que Chernicharo indica que “los filtros anaerobios de flujo ascendente son capaces de producir un efluente de buena calidad con cargas orgánicas volumétricas entre 0.15 a 0.50 KgDBO/m3d”65 y Romero recomienda la operación


111

con “cargas orgánicas volumétricas entre 1 y 6 Kg DQO/ m3 d”66, se puede estimar que bajo las condiciones de calidad del agua residual afluente, el sistema actualmente podría no estar siendo sometido a sobrecargas orgánicas y las afectaciones del desempeño estarían asociadas principalmente a una inadecuada operación y falta de mantenimiento y control.

Tomando en cuenta las eficiencias adoptadas en la Tabla 21 para el sistema TS + FAFA, a continuación en la Tabla 22 se presentan las concentraciones teóricas para los parámetros DBO5, DQO y SST y lo que se esperaría en términos de calidad si el sistema estuviera siendo operado adecuadamente.

Tabla 22. Valores de DBO5, DQO y SST teóricos.

Parámetro Unidades Eficiencia teóricas

adoptada TS+FAFA

Jornada mañana 8:00 h a 11:00 h

Jornada tarde 13:00 h a 16:00 h

Afluente - Valor medido

Efluente teórico

Efluente real – Valor

medido

Afluente – Valor medido

Efluente teórico

Efluente real – Valor

medido

DQO mg/L 80% 790 158 1350 840 168 1180

DBO5 mg/L 85% 574 86.1 646 652 97.8 644

SST mg/L 90% 899 89.9 3344 879 87.9 1213


Los valores obtenidos como proyección del efluente, ratifican que es necesario incorporar medidas de operación, mantenimiento y control, de tal manera que se pueda hacer un uso eficiente de las unidades de tratamiento existentes.

66 ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales: Teoría y principios de diseño. 3 ed. Colombia: Escuela colombiana de ingeniería. 2004, 1248 p. ISBN: 958-8060-13-3

112

7.3 ETAPA 3: PROPUESTA DE ESTRATEGIAS PARA MEJORAR EL DESEMPEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DEL CORREGIMIENTO DE CHAGRES – JAMUNDÍ (VALLE DEL CAUCA)

Con base en el análisis realizado en las etapas previas, los lineamientos generales establecidos en el Reglamento Técnico de agua Potable y saneamiento básico (Resolución 0330 de 2017 y Manuales de buenas prácticas de Ingeniería), el Plan de Saneamiento y Manejo de Vertimientos para Colombia, el Decreto Único Sectorial 1076 de 2015 y literatura técnica se presentan las siguientes propuestas de mejora para el sistema de tratamiento de agua residual ubicado en el Corregimiento de Chagres – sector Chapinero, las cuales incluyen:

Recomendaciones de operación y mantenimiento Recomendaciones sobre unidades o procesos a incorporar o modificaciones en las estructuras Recomendaciones de capacitación y manejo de personal.

7.3.1 Recomendaciones de operación y mantenimiento

En la Tabla 23 se presentan una serie de recomendaciones tanto para las unidades de proceso como para la infraestructura.

Por otro lado, el Artículo 6 de seguimiento y control de la Resolución 1433 de 2004, “establece que el seguimiento y control a la ejecución del PSMV debe realizarse semestralmente por parte de la autoridad ambiental competente en cuanto al avance físico de las actividades e inversiones programadas, y anualmente con respecto a la meta individual de reducción de carga contaminante establecida, para lo cual la persona prestadora del servicio público de alcantarillado y de sus actividades complementarias, entregará los informes correspondientes”; por lo tanto es necesario que independientemente de la frecuencia de operación, mantenimiento y control de las unidades, se incorpore la elaboración de los informes de seguimiento para que se pueda cumplir con este requisito.

Aunque uno de los objetivos del sistema de tratamiento de agua residual es la protección de la fuente receptora, los programas de monitoreo de las corrientes, tramos o cuerpos de agua receptores, con respecto a los cuales se haya establecido el PSMV, los realizará la autoridad ambiental competente, en función de los usos esperados, los objetivos y las metas de calidad del recurso, y de la meta de reducción individual establecida, con base en el comportamiento de al menos los siguientes parámetros: DBO5, DQO, SST, Coliformes Fecales, Oxígeno Disuelto y pH.

113

Tabla 23. Lista de chequeo de actividades de operación, mantenimiento y control (OM&C) de las unidades de la PTAR.

Proceso Actividades de operación, mantenimiento y control recomendadas Frecuencia o tiempo Fuente

Zonas verdes.

Limpieza de zonas verdes

Debido a que la PTAR se encuentra rodeada de cultivos y zonas verdes, se propone realizar una limpieza de estas por medio de herramientas como machetes, palas, azadón, guadaña etc, con el fin de mantener las zonas aledañas limpias y así prevenir la presencia de serpientes u otros animales que puedan causar afectaciones al proceso o al personal de operación. La frecuencia se puede adaptar dependiendo del crecimiento de las plantas.

2 veces/mes

Recomendaciones basadas en

las observaciones

de campo

Cámara de inspección.

Inspección y remoción de lodo y arenas

Debido a que gran cantidad de sólidos de gran tamaño, arenas y lodos quedan atrapados en la cámara de inspección, se debe inspeccionar dicha estructura con el fin de garantizar su correcto funcionamiento y remover dichos sólidos con la ayuda de palas, para así disminuir riesgo de obstrucción en las tuberías. Dichos sólidos deben ser transportados al lecho de secado, una vez secos se deben presentar al sistema de recolección de residuos sólidos municipales. El detalle de esta actividad se puede consultar más adelante en el ítem denominado instructivo PTAR-01.

3 veces/seman

a o de acuerdo al criterio del operador


las observaciones

de campo

Tanque séptico.

Ventilación de tanque séptico y

filtro anaerobio

Antes de cualquier operación en el interior del tanque y filtro anaerobio, las escotillas de acceso deben mantenerse abierta durante un tiempo suficiente para la remoción de gases tóxicos o explosivos. El detalle de esta actividad se puede consultar más adelante en el ítem denominado instructivo PTAR-02.

15 minutos

Manual de Buenas

Prácticas de Ingeniería –

RAS - Título E (2000)

Extracción de natas,

espumas y grasas

Se deben extraer los sólidos flotantes tales como ramas, palos, telas, grasas, aceites, natas, espumas y material flotante de manera manual con el uso de herramientas tales como palas y redes, una vez extraídos dichos sólidos, se deben transportar a un lecho de secado, una vez secos se deben presentar al sistema de recolección de residuos sólidos municipales. El detalle de esta actividad se puede consultar más adelante en el ítem denominado instructivo PTAR-02.

1 vez/semana


las observaciones

de campo

114


Proceso Actividades de operación, mantenimiento y control recomendadas Frecuencia o tiempo Fuente

Tanque séptico.

Extracción de lodos

mediante camión cisterna

Se debe realizar la extracción de lodos acumulados en el tanque séptico con el fin de garantizar el correcto funcionamiento, dicha extracción debe realizarse periódicamente, para llevar a cabo dicho proceso se debe contar con la disponibilidad de un camión tipo cisterna (Vactor), el cual certifique la adecuada disposición de lodos de acuerdo a la normativa colombiana vigente. Se debe dejar el 10% de lodos a modo de inoculo. El detalle de esta actividad se puede consultar más adelante en el ítem denominado instructivo PTAR-03.

Cada 1.1 años

Calculado teniendo en

cuenta Romero (2001)

Filtro anaerobio de flujo ascendente.

Extracción de biopeliculas mediante camión cisterna

Se debe realizar la extracción de la biopeliculas formada por el crecimiento de los microorganismos la cual puede ocasionar obstrucción en el filtro, dicho procedimiento se debe llevar a cabo al mismo tiempo que se realiza el mantenimiento al tanque séptico por parte del camión cisterna. Se debe lavar el lecho filtrante mediante la inyección de agua a presión a la vez que es extraída por una manguera de succión ubicada en el fondo del tanque, dicho proceso es conocido como retro lavado. No se debe lavar todo el medio filtrante ya que se debe dejar una pequeña porción de biopeliculas a modo de inoculo. El detalle de esta actividad se puede consultar más adelante en el ítem denominado instructivo PTAR-04.

Cada 1.1 años


Normas Técnicas

NBR13969

Monitoreo de la planta de tratamiento.

Monitoreo y control planta de tratamiento

Se deben realizar monitoreos de la calidad del agua antes y después de las unidades unitarias que conforman el sistema. Como para este caso no es posible debido a la forma de construcción de las unidades (enterradas) se propone realizar el monitoreo en el afluente de la PTAR (cámara de inspección) y efluente PTAR (tubería de vertimiento quebrada El Agüita), dicho monitoreo consiste en la toma de muestras donde se determine como mínimo las siguientes variables: temperatura, pH, conductividad, alcalinidad, sólidos totales, sólidos disueltos totales, sólidos volátiles, sólidos sedimentables, demanda química de oxigeno (DQO), demanda bioquímica de oxigeno (DBO) y salinidad. La toma de muestras y el análisis de estas debe ser llevado a cabo por un laboratorio acreditado por el IDEAM.

Cada 6 meses

Resolución 0330 del

2017


115

Calculo de frecuencia de extracción de lodos tanque séptico.

En la Tabla 24 se muestran los parámetros adoptados para el cálculo de la frecuencia de limpieza para el tanque séptico:

Tabla 24. Parámetros adoptados para la estimación del de la frecuencia de limpieza para el tanque séptico.


Volumen de almacenamiento de lodos m3 VL 12 Calculo tANQUE

SEPTICO

Aporte de lodos per cápita L/hab año Lf 30 67

Población servida caudal de diseño (0.4167 L/s) hab P 347

Calculo Aforo del caudal actual de operación de la

planta de tratamiento de agua residual


A continuación se procede a calcular la frecuencia de limpieza para el tanque séptico:

𝑇𝑙 =𝑉𝑙

𝐿𝑓 ∗ 𝑃=

12 𝑚3

347 ℎ𝑎𝑏 ∗ (30𝐿

ℎ𝑎𝑏 𝑎ñ𝑜∗ 1000

𝑚3

𝐿 )= 1.1 𝑎ñ𝑜𝑠

Por lo tanto se debe llevar a cabo el desenlode de, tanque séptico cada 1.15 años.

A continuación, se presentan una serie de instructivos que pueden ser útiles para el mantenimiento y control de la planta de tratamiento. Estos instructivos fueron basados teniendo en cuenta el esquema de instructivo realizado por la Universidad tecnológica de Pereira para el mantenimiento de su PTAR, estos instructivos son acorde con las recomendaciones de los Manuales de Buenas Prácticas de Ingeniería del RAS.


116

Instructivo PTAR-01.

Objetivo.

Establecer las acciones para llevar a cabo el mantenimiento y limpieza de la cámara de inspección de la planta de tratamiento de aguas residuales corregimiento Chagres – sector Chapinero.

Alcance.

Aplica para la caja de inspección inicial de la planta de tratamiento de aguas residuales corregimiento de Chagres – sector Chapinero.

Responsable: Operador de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Materiales requeridos: Gafas antiempañantes, tapabocas industrial, traje de fontanero, guantes industriales, pala, balde de 10 L, caneca plástica de 25 galones.

Descripción de la operación.

Retirar tapa de concreto de la cámara de inspección. Retirar los sólidos acumulados en la cámara mediante el uso de una pala, dichos sólidos pueden comprender: arenas, lodos, residuos sólidos ordinarios, ramas, palos etc. Depositar sólidos en un balde de 10 L y anotar volumen de residuos sólidos en bitácora de mantenimiento. Depositar los desechos en una caneca plástica perforada en el fondo para que escurran para así reducir su humedad. Colocar tapa de la cámara de inspección nuevamente en su lugar. Presentar residuos al camión recolector de estos en los días y horarios establecidos por el prestador de servicio.


Objetivo.

Establecer las acciones para llevar a cabo la remoción de natas, espumas, grasas y sólidos flotantes del tanque séptico de la planta de tratamiento de aguas residuales corregimiento Chagres – sector Chapinero.

117

Alcance.

Aplica para el tanque séptico de la planta de tratamiento de aguas residuales corregimiento de Chagres – sector Chapinero.

Responsable: Operador de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Materiales requeridos: Gafas antiempañantes, tapabocas industrial, traje de fontanero, guantes industriales, nasa malla, balde de 10 L, caneca plástica de 25 galones.


Retirar tapa de concreto del tanque séptico. Antes de iniciar cualquier tipo de procedimiento, dejar destapados los accesos al tanque séptico durante 15 minutos con el fin de promover la ventilación de estos. Retirar los sólidos, natas, espumas y grasas acumulados en la superficie del agua mediante el uso de una malla nasa. Depositar sólidos en un balde de 10 L y anotar volumen de residuos sólidos en bitácora de mantenimiento. Depositar los desechos en una caneca plástica perforada en el fondo para que escurran para así reducir su humedad. Colocar tapas de accesos al tanque séptico nuevamente en su lugar. Presentar residuos al camión recolector de estos en los días y horarios establecidos por el prestador de servicio. Repetir procedimiento para el filtro anaerobio de flujo ascendente.

Precauciones: No ingresar al tanque séptico con antorchas o fósforos o cualquier tipo de material inflamable.


Objetivo: Establecer las acciones para llevar a cabo la remoción de lodos acumulados en el tanque séptico de la planta de tratamiento de aguas residuales corregimiento Chagres – sector Chapinero.

Alcance: Aplica para el tanque séptico de la planta de tratamiento de aguas residuales corregimiento de Chagres – sector Chapinero.

118

Responsable: Operador de la planta de tratamiento de aguas residuales y operadores de empresa contractada para la prestación del servicio de limpieza y mantenimiento de tanques sépticos.

Materiales requeridos: Gafas antiempañantes, tapabocas industrial, traje de fontanero, guantes industriales, vara de 3.5 metros de longitud, toallas o telas blancas y camión cisterna.


Retirar tapa de concreto del tanque séptico. Antes de iniciar cualquier tipo de procedimiento, dejar destapados los accesos al tanque séptico durante 15 minutos con el fin de promover la ventilación de estos. Retirar los sólidos, natas, espumas y grasas acumulados en la superficie del agua mediante el uso de una malla nasa. Depositar sólidos en un balde de 10 L y anotar volumen de residuos sólidos en bitácora de mantenimiento. Depositar los desechos en una caneca plástica perforada en el fondo para que escurran para así reducir su humedad. Presentar residuos al camión recolector de estos en los días y horarios establecidos por el prestador de servicio. Enrollar toallas o telas blancas alrededor de la vara hasta cubrir 1.0 m de longitud. Introducir vara con un movimiento giratorio hasta tocar el fondo del tanque séptico. Retirar vara y medir la longitud de la mancha definida oscura la cual indica la profundidad de lodos. anotar profundidad de lodos en bitácora de mantenimiento. Introducir manguera de succión del camión cisterna en el tanque séptico y succionar los lodos. Dejar 10% de lodos a modo de inoculo. Colocar tapas de accesos al tanque séptico nuevamente en su lugar.

Precauciones: No ingresar al tanque séptico con antorchas o fósforos o cualquier tipo de material inflamable.


Objetivo: Establecer las acciones para llevar a cabo la remoción de la biopelicula del filtro anaerobio de flujo ascendente de la planta de tratamiento de aguas residuales corregimiento Chagres – sector Chapinero.

Alcance: Aplica para el filtro anaerobio de flujo ascendente de la planta de tratamiento de aguas residuales corregimiento de Chagres – sector Chapinero.

119

Responsable: Operador de la planta de tratamiento de aguas residuales y operadores de empresa contractada para la prestación del servicio de limpieza y mantenimiento de tanques sépticos.

Materiales requeridos.

Gafas antiempañantes, tapabocas industrial, traje de fontanero, guantes industriales y camión cisterna.


Retirar tapas de concreto del filtro anaerobio. Antes de iniciar cualquier tipo de procedimiento, dejar destapados los accesos al tanque séptico durante 15 minutos con el fin de promover la ventilación de estos. Retirar los sólidos, natas, espumas y grasas acumulados en la superficie del agua mediante el uso de una malla nasa. Depositar sólidos en un balde de 10 L y anotar volumen de residuos sólidos en bitácora de mantenimiento. Depositar los desechos en una caneca plástica perforada en el fondo para que escurran para así reducir su humedad. Presentar residuos al camión recolector de estos en los días y horarios establecidos por el prestador de servicio. Introducir manguera de succión del camión cisterna hasta el fondo del filtro. Lavar el medio filtrante inyectando agua a presión por encima la parte superior a la vez que es succionado el lodo biológico por la manguera de succión. Dejar 10% de lodo biológico a modo de inoculo. Colocar tapas de accesos al filtro nuevamente en su lugar.

Precauciones: No ingresar al filtro anaerobio con antorchas o fósforos o cualquier tipo de material inflamable.

7.3.2 Recomendaciones sobre procesos, unidades, estructuras y herramientas

A continuación, se describen las herramientas, procesos, unidades y estructuras a incorporar para el mejoramiento del funcionamiento de la planta de tratamiento:

120

Procesos.

Identificación de población actual servida por el sistema de alcantarillado y PTAR del corregimiento de Chagres – sector Chapinero.

Se recomienda identificar la población actual servida por el sistema de tratamiento objeto de estudio y la red de alcantarillado que conduce a este, mediante trabajo de campo, debido a que al consultar en la secretaria de infraestructura y vivienda del municipio de Jamundí, se argumentó que no se tiene conocimiento de dicha población, esto con el fin de estimar los caudales actuales de generación de agua residual, realizar diseños de unidades de tratamiento las cuales incluyan poblaciones proyectadas y realizar la proyección de cargas contaminantes a corto plazo (contado desde la presentación del PSMV hasta el 2do año), mediano plazo (contado desde el 2do hasta el 5to año) y largo plazo (contado desde el 5to hasta el 10mo año) de los parámetros establecidos por la autoridad ambiental tal como lo establece la resolución 1433 de diciembre del 2004 la cual reglamenta el procedimiento necesario para la solicitud del plan de saneamiento y manejo de vertimiento (PSMV).

Programas de monitoreo y control del sistema de tratamiento.

Se recomienda llevar a cabo la caracterización operativa del sistema de tratamiento de aguas residuales mediante la toma y análisis de muestras para el afluente y efluente del sistema, y de ser posible para los efluentes de las diferentes unidades.

De acuerdo con la guía para el monitoreo de vertimientos, aguas superficiales y subterráneas del IDEAM, es recomendable realizar muestreos de tipo compuesto que permitan conocer las características y fluctuaciones del cuerpo de agua durante un tiempo determinado, por ejemplo 24 horas, tomando muestras puntuales cada una, dos, cuatro o seis horas. La frecuencia de dicha caracterización debe ser de carácter semestral debido al bajo caudal de aguas residuales que recibe la planta. La toma y el análisis de dichas muestras debe llevarse a cabo mediante la contratación de un laboratorio acreditado por el IDEAM y se recomienda analizar como variables respuesta las siguientes: pH, DBO5, DQO, sólidos sedimentables, sólidos suspendidos totales, sólidos totales, sólidos fijos totales, sólidos volátiles totales, grasas y aceites y alcalinidad, las cuales a su vez deben ser complementadas con las solicitadas por la Resolución 0631 de 2015 de acuerdo a la carga de DBO5 del agua residual generada por la comunidad.

121

Gestión de residuos sólidos para el corregimiento de Chagres.

Se recomienda establecer y/o fortalecer el sistema de recolección de residuos sólidos para el corregimiento de Chagres donde se definan aspectos como: tipo y sitios de presentación, frecuencias y horarios de recolección, tasas y forma de cobro del servicio entre otros, esto con el fin de evitar la disposición de residuos sólidos en las cajas de inspección domiciliarias, buzones en vía pública y en la planta de tratamiento de agua residual, ya que al momento de hacer la inspección de la planta se observaron residuos sólidos en las unidades de tratamiento los cuales comprendían juguetes, envolturas de diferentes productos, pañales, toallas higiénicas, diferentes tipos de vestimenta, entre otros.

Por otra parte, es de vital importancia contar con un sistema de recolección de residuos en la planta de tratamiento con el fin de garantizar que los residuos que se generen en la misma, sean gestionados adecuadamente y no acumulados en la planta.

Análisis estructural.

Se recomienda realizar un análisis estructural a la PTAR por un experto, esto con el fin de asegurar que los diferentes componentes que conforman la estructura se encuentran en una condición adecuada para seguir llevando a cabo los procesos de tratamiento.

Por otra parte, si es identificada alguna falencia estructural se deben llevar a cabo medidas correctivas que permitan superar los inconvenientes,

Unidades y estructuras.

Aunque la planta cuenta con una infraestructura construida, las inspecciones realizadas mostraron que se podría garantizar un mejor desempeño y versatilidad en la operación, si se considera la incorporación de otras unidades y estructuras; por lo tanto, a continuación se presenta el predimensionamiento de algunas unidades y estructuras recomendadas. Dado que no se cuenta con un estudio demográfico de la zona y el caudal de diseño hallado en la etapa 1 (Ver tANQUE SEPTICO) es muy bajo (0.41L/s para una población actual equivalente de 326 habitantes), se adoptó 0.05 m3/s como valor mínimo para garantizar un dimensionamiento acorde a un proceso de construcción.

122

Canal de cribado.

Esta estructura es generalmente la encargada de transportar el agua residual para realizar los procesos de cribado (separación de solidos de gran tamaño), dicha estructura debe ser diseñada de tal manera que se favorezcan ciertas características hidráulicas como la velocidad para así disminuir las pérdidas de carga.

Tabla 25. Parámetros de adoptados para el diseño del canal de cribado.


Caudal de diseño m3/s Qd 0.05 Asumido

Velocidad de flujo m/s Vf 0.6 68

Rugosidad concreto simple Adimensional N 0.015 68

Solera del canal m b 0.5 Asumido


Se procede a calcular el área mojada y el tirante hidráulico mediante la siguiente relación:

𝐴𝑚 =𝑄𝑑

𝑉𝑓 =

0.05𝑚3

𝑠

0.6𝑚𝑠

= 0.083 𝑚2

Donde Am = Área mojada (m2) Qd = caudal de diseño (m3/s) Vf = Velocidad de flujo (m/s)

68 SEPULVEDA MANCIPE, Belquis Briceida y SIERRA MESA, Javier Alexander. Guía y herramienta computacional para el diseño hidráulico de un sistema detratamiento preliminar (cribado y desarenador) de aguas residuales [En línea]. Trabajo de especialización en recursos hidráulicos y medio ambiente. Bogotá. Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2017. 41 p. Disponible en: https://repositorio.escuelaing.edu.co/bitstream/001/564/3/Sierra%20Mesa%2C%20Javier%20Alexander%20-%202017.pdf

123

𝑦 =𝐴𝑚

𝑏 =

0.083 𝑚2

0.5 𝑚= 0.167 𝑚

Donde Am = Área mojada (m2) y = tirante hidráulico (m) b = Solera del canal (m)

Por último se procede a calcular la pendiente del caudal mediante la fórmula de manning para canales abiertos:

𝑠 = (𝑛 ∗ 𝑄𝑑

𝐴𝑚 (𝑅23)

)

2

= (0.015 ∗ 0.05

𝑚3

𝑠

0.083 𝑚2 ∗ (0.1 𝑚)23

)

2

∗ 100% = 0.174 %

Donde Am = Área mojada (m2) n = rugosidad concreto simple Qd = caudal de diseño (m3/s) R = Radio hidráulico (m) S = pendiente del canal (%)

Se deja un borde libre de 0.30 m, por lo tanto la altura total del canal es 0.467 m

Rejillas.

Esta estructura es la encargada de remover los sólidos de gran tamaño tales como (baldes, piedras, animales ahogados, zapatos) ya que dichos solidos pueden deteriorar las unidades próximas. Existen dos tipos de rejillas, manuales y mecanizadas, las manuales se utilizan generalmente en sistemas de complejidad baja.

124

Tabla 26. Parámetros de adoptados para el diseño de rejillas de cribado.


Separación entre rejillas m S 0.04 69

Ancho canal de entrada m b 0.5 Calculo canal de cribado

Alto canal de entrada m H 0.467 Calculo canal de cribado

Tirante hidráulico m b 0.167 Calculo canal de cribado

Velocidad aproximación rejillas m/s Vf 0.6 Calculo canal de

cribado Angulo de inclinación rejillas ° θ 45 69

Espesor barras de acero m D 0.01 69

Factor de forma Adimensional β 1.79 69


Primero se procede a calcular la longitud de las rejillas:

𝐿𝑟 =𝐻

𝑆𝑒𝑛 𝜃 =

0.467 𝑚

𝑆𝑒𝑛 (45°)= 0.70 𝑚

Donde Lr = Longitud de las rejas (m) H = Altura total del canal (m) Θ = Angulo de las rejillas con respecto a la horizontal (°)

Se procede a calcular el número de espacios y el número de barras:

𝑁𝑒 =𝑏 − 𝑆

𝑆 + 𝐷 =

0.5 𝑚 − 0.04 𝑚

0.04 𝑚 + 0.01 𝑚= 9.2 ≈ 10 espacios

69 SEPULVEDA MANCIPE, Belquis Briceida y SIERRA MESA, Javier Alexander. Guía y herramienta computacional para el diseño hidráulico de un sistema detratamiento preliminar (cribado y desarenador) de aguas residuales [En línea]. Trabajo de especialización en recursos hidráulicos y medio ambiente. Bogotá. Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2017. 41 p. Disponible en: https://repositorio.escuelaing.edu.co/bitstream/001/564/3/Sierra%20Mesa%2C%20Javier%20Alexander%20-%202017.pdf

125

Donde Ne = Numero de espacios (adimensional) b = ancho del canal (m) S = Espacio entre barras (m) D = espesor de barras (m)

Nb = Ne − 1 = 10 − 1 = 9 barras

Donde Nb = Numero de barras (adimensional) Ne = Numero de espacios (adimensional)

Finalmente se procede a calcular la velocidad a través de las rejas y las pérdidas al pasar sobre estas.

hv =v2

2g=

(0.6 m/s)2

2 ∗ 9.81 m/𝑠2= 0.0183 m

Donde hv = Energía de velocidad de aproximación (m) v = velocidad de aproximación (m/s) g = gravedad (m/s2)

K = β (D

S)

43

sen(θ)hv = 1.79 ∗ (0.01 𝑚

0.04 𝑚)

43

∗ sen(45°) ∗ 0.0183 m = 0.0037 m

Donde K = perdidas de carga en la barra (m) β = Factor de forma de las barras (m) D = espesor de barras (m) S = separación entre barras (m) hv = Energía de velocidad de aproximación (m) Θ = Angulo de las rejillas con respecto a la horizontal (°)

Vb =𝑄𝑑

𝐴𝑚 − 𝐴𝑏=

0.05 𝑚3/𝑠

0.083 m2 − 0.02 𝑚2= 0.80 m/s

Donde Vb = Velocidad entre barras (m/s)

126

Am = Área mojada del canal (m2) Ab = Área mojada de las barras (m2)

Desarenador.

Esta estructura es la encargada de retirar las arenas (solidos fijos) mediante la acción de la gravedad ya que utiliza el peso de las partículas para sedimentarlas.

Tabla 27. Parámetros adoptados para el cálculo de la velocidad de sedimentación.


Diámetro partícula m Φp 0.0003 70

Gravedad especifica partícula Adimensional GEp 2.65 71

Temperatura del agua °C Ta 20 Asumido

Viscosidad cinemática agua m2/s γa 1.01E-06 Asumido

Gravedad especifica agua Adimensional GEa 1 Asumido

Gravedad m/s2 g 9.81 Asumido

Esfericidad de las partículas % E 85 71


Primero se procede a calcular velocidad de sedimentación para una partícula con diámetro de 0.0003 m mediante el teorema de Allen y Reinolds:

Vs = 0.22 ∗ ((GEp − GEa) ∗ g)23 ∗ (

Φp

γa13

) = 0.0421 m/s

Donde Vs = Velocidad de sedimentación (m/s) GEp = Gravedad especifica de la partícula (Adimensional)

70 COLOMBIA. Ministerio de vivienda ciudad y territorio. Resolución 0330 de junio del 2017 [En línea]. Bogotá: 2017. P. 106. [Consultado el 26 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/ResolucionesAgua/0330%20-%202017.pdf

71 QUINTE CASTAÑEDA, Manuel. El desarenador [Diapositivas]. Huancayo, Perú. 2011. 63 diapositivas. Disponible en: https://es.slideshare.net/carolrolo/diseo-y-calculo-de-un-desarenador

127

GEa = Gravedad especifica del agua (Adimensional) g = gravedad (m/s2) Φp = Diámetro de la partícula (m) γa = viscosidad cinemática del agua (m2/s)

Re =E ∗ Vs ∗ Φp

γa=

0.85 ∗ 0.0421𝑚𝑠 ∗ 0.0003 𝑚

1.01𝐸 − 06 𝑚2/𝑠= 10.61

Tabla 28. Parámetros adoptados para el dimensionamiento del desarenador.


Caudal de diseño m3/s Qd 0.05 Asumido

Velocidad horizontal m/s Vh 0.30 72

Relación largo:ancho Adimensional L:Bs 8:1 Calculado

Relación ancho: profundidad Adimensional Bs:hs 2:1 73

Pendiente desarenador % Sd 2 73


Se procede a calcular las dimensiones del desarenador:

Am =𝑄𝑑

Vh=

0.05 𝑚3

𝑠0.30 𝑚/𝑠

= 0.17 𝑚2

Donde Am = Área mojada del desarenador (m2) Qd = Caudal de diseño (m3/s) Vh = Velocidad horizontal (m/s)

72 COLOMBIA. Ministerio de vivienda ciudad y territorio. Resolución 0330 de junio del 2017, Op. cit., p. 117.

73 COLOMBIA. Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible. Manual de buenas prácticas de ingeniería RAS título E 2000. [En línea]. Bogotá, 2000. p. 1-150. [Consultado el 8 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ViceministerioAgua/010710_ras_titulo_e_.pdf

128

Hd = √(𝐴𝑚

2) = √(

0.17 𝑚2

2) = 0.29 𝑚

Donde Hd = altura mojada desarenador (m) Am = Área mojada del desarenador (m2)

Bd = Hd ∗ 2 = 0.29 𝑚 ∗ 2 = 0.58 𝑚

Donde Bd = ancho mojado desarenador (m) Hd = altura mojada desarenador (m)

Ld = Bd ∗ 8 = 0.58 𝑚 ∗ 8 = 4.64 𝑚

Donde Ld = largo mojado desarenador (m) Bd = ancho mojado desarenador (m) Se procede a calcular los tiempos de retención hidráulicos horizontales y de sedimentación donde el TRH > TS.

TRH =Ld

𝑉ℎ=

4.64 𝑚

0.3𝑚𝑠

= 15.47 𝑠

Donde TRH = tiempo de retención horizontal (s) Ld = largo mojado desarenador (m) Vh = velocidad horizontal (m/s)

TS =𝐻𝑑

𝑉𝑠=

0.29 𝑚

0.0421𝑚𝑠

= 6.88 𝑠

Donde TS = tiempo de sedimentación (s) Hd = altura mojada desarenador (m) Vs = velocidad de sedimentación (m/s)

129

Se calcula la carga de desbordamiento para comprobar que las dimensiones son correctas, donde el RAS recomienda un valor de 1600 m/d:

Cd =𝑄𝑑

𝐵𝑑 ∗ 𝐿𝑑=

0.05𝑚3

𝑠 ∗ 86400𝑠𝑑

0.58 𝑚 ∗ 4.64 𝑚 = 1620 𝑚/𝑑

Tabla 29. Parámetros adoptados para el dimensionamiento del almacenamiento de arenas.


Tasa de acumulación de arena

m3 arena / m3

ARD Ta 0.00003 74

Frecuencia de limpieza d F 1.5 Asumido


Se procede a calcular el volumen necesario para la acumulación de arenas cada 1.5 días.

Va = Qd ∗ Ta ∗ F = 0.05𝑚3

𝑠∗ 86400

𝑠

𝑑∗ 0.00003

𝑚3𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

𝑚3 𝐴𝑅𝐷∗ 1.5 𝑑 = 0.13 𝑚3

Donde Va = Volumen de arenas (m3) Qd = Caudal de diseño (m3/s) Ta = Tasa de acumulación de arenas (m3 arena/m3 ARD) F = Frecuencia de limpiezas (días)

74 SEPULVEDA MANCIPE, Belquis Briceida y SIERRA MESA, Javier Alexander. Guía y herramienta computacional para el diseño hidráulico de un sistema detratamiento preliminar (cribado y desarenador) de aguas residuales, Op. cit., p. 25.

130

Tabla 30. Parámetros adoptados para el dimensionamiento de transición entre canal de entrada y desarenador.


Solera canal de cribado m bc 0.5 Calculo canal de cribado

Solera desarenador m Bd 0.58 Calculo canal de desarenado

Angulo de transición ° ω 12.5° 75


Lt =

𝐵𝑑 − 𝑏𝑐2

𝑡𝑔 (𝜔)=

0.58𝑚 − 0.5𝑚2

𝑡𝑔 (12.5°) = 0.17 𝑚

Donde Lt = longitud de transición (m) Bd = solera desarenador (m) bd = solera canal de cribado (m) ω = angulo de transición (°)

Contenedor de residuos sólidos con drenaje.

Se recomienda la adaptación de un contenedor de residuos sólidos donde se puedan disponer los residuos provenientes de las unidades de cribado, dicho contenedor debe ser perforado en el fondo con el fin de garantizar el escurrimiento de los residuos para así disminuir su humedad, dicho contenedor debe estar ubicado sobre una bandeja la cual recolecte el agua proveniente del escurrimiento de los residuos, una vez los residuos sean recolectados por el servicio de recolección, el agua acumulada puede ser vertida nuevamente a la PTAR, dichos contenedores deben estar cubiertos del sol y el agua lluvia.

Se recomienda que el volumen del contenedor sea planteado de acuerdo a las medidas de campo de volúmenes de residuos extraídos en la planta de tratamiento.

75 ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD. Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores, Op. cit., p. 16.

131

Canal perimetral de aguas pluviales.

Se propone la construcción de un canal perimetral de aguas pluviales en concreto el cual evite el ingreso de aguas lluvias proveniente de las laderas y zonas aledañas al sistema de tratamiento ya que gran parte de la escorrentía pluvial fluye por la carretera hacia la planta, arrastrando grava y arcilla propia del terreno la cual ingresa a las unidades a través de la cámara de inspección inicial generando así la obstrucción de la tubería de salida lo cual a su vez genera represamiento y desbordamiento por encima de las unidades.

Por otra parte se recomienda, canalizar la carretera de acceso al sistema de tratamiento mediante la construcción de cunetas en concreto para así evitar que el agua lluvia tenga como destino final es sistema de tratamiento.

Sustitución de tapas de acceso a las unidades.

Se recomienda la sustitución de las tapas actuales de acceso a las unidades las cuales están construidas en concreto por tapas de otro material más fácil de maniobrar como puede ser la madera plástica, ya que el levantar las tapas de concreto resulta muy dispendioso por su elevado peso y la base de estas (bordillos de 10 cm) se encuentran en mal estado permitiendo el ingreso de aguas pluviales.

Codos de ventilación.

Las unidades que promueven los procesos anaerobios deben tener una adecuada ventilación debido a la generación de gases inflamables y explosivos tales como el gas metano (CH4). Las unidades existentes no presentan codos de ventilación por lo tanto se recomienda la perforación de las unidades mediante taladro percutor y la instalación de codos sanitarios de 2 pulgadas en cada unidad. Dichos codos de ventilación pueden ser conectados a tuberías de 2 pulgadas las cuales pueden enterrarse en el suelo, con el fin de utilizar el terreno natural como un biofiltro de gases.

Sustitución dispositivos de ingreso y salida de las unidades.

Se debe sustituir los dispositivos de ingreso y salida de las unidades deterioradas (codos y tees), ya que la comunidad argumenta que algunos de estos dispositivos fueron destruidos cuando presentaron obstrucciones.

132

Minimizar turbulencia y caídas en línea hidráulica.

Se identificó una caída hidráulica en la cámara final la cual recibe el agua residual proveniente del filtro anaerobio; el agua llega por medio de una tubería de 6” y cae libremente una determinada altura hasta llegar al fondo de la cámara. Por lo tanto, se recomiendo extender dicha tubería hasta el fondo de la cámara y por medio de un codo descargar el agua suavemente, esto con el fin de eliminar la caída libre de agua la cual propicia la generación de malos olores.

Herramientas

A continuación en la Tabla 31 se presenta un listado de herramientas básicas las cuales son de vital importancia a la hora de llevar a cabo la operación y el mantenimiento de una planta de tratamiento de aguas residuales.

Tabla 31. Herramientas necesarias para llevar a cabo la operación y mantenimiento de una planta de tratamiento de agua residual.

Unidad/ Infraestructura Finalidad

Guadaña Realizar mantenimiento de las zonas verdes aledañas a la planta de tratamiento

Carretilla

Trasladar arenas, lodos, natas, espumas y residuos provenientes de las unidades de tratamiento

Machete Realizar mantenimiento de las zonas verdes aledañas a la planta de tratamiento

Baldes

Aforar la cantidad arenas, lodos, natas, espumas y residuos generadas en las unidades de tratamiento

Canecas plásticas Almacenar las arenas, lodos, natas, espumas y residuos generados en las unidades de tratamiento, las bolsas deben ser suministradas periódicamente.

Bolsas plásticas

133


Azadón Realizar mantenimiento de las zonas verdes aledañas a la planta de tratamiento

Picas Realizar mantenimiento de las zonas verdes aledañas a la planta de tratamiento

Palas Realizar la extracción de las arenas y lodos principalmente de la cámara de inspección.

Malla nasa Realizar la extracción de natas, espumas y sobrenadantes de las unidades.

Lija

Realizar la restauración de accesorios metálicos tales como escotillas de acceso, rejas, rejillas etc.

Pintura anticorrosiva


Pintura epóxica


Probeta 1 L Realizar aforo de caudal mediante el método volumétrico.

Cronometro Realizar aforo de caudal mediante el método volumétrico.

Guantes industriales

Elementos de protección personal, asegurar la protección del trabajador contra diferentes factores de riesgo.

Tapabocas industrial Gafas de

protección antiempañantes

Traje de fontanería Botas de seguridad


134

7.3.3 Recomendaciones de capacitación y manejo de personal

Es vital que la planta de tratamiento de agua residual cuente con un operador encargado de ejecutar las acciones de operación, mantenimiento y control mencionados anteriormente (Ver Recomendaciones de operación y mantenimiento). Según el manual de buenas prácticas de ingeniería RAS título E 2000, el personal recomendado para el manejo de la PTAR depende del nivel de complejidad en el cual esta se encuentra tal como se muestra a continuación en la Tabla 32:

Tabla 32. Personal recomendado para el manejo de plantas de agua residual según el nivel de complejidad.

Niveles Ingeniero Técnico especialista Celador

Bajo x

Medio x

Medio alto x

Alto x

Fuente: COLOMBIA. Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible. Manual de buenas prácticas de ingeniería RAS título E 2000. [En línea]. Bogotá. 2000. p. 1-150. [Consultado el 8 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ViceministerioAgua/010710_ras_titulo_e_.pdf

Como se puede observar según las recomendaciones del RAS título E, el encargado de la PTAR objeto de estudio puede ser un celador; a modo de recomendación se propone que el operador de la planta de tratamiento sea una persona que pertenezca a la comunidad del corregimiento de Chagres con el fin de generar una fuente de empleo, dicha persona encargada debe ser capacitada en cuanto a las acciones de operación y mantenimiento establecidas anteriormente, y se debe buscar su profesionalización a corto plazo mediante la capacitación en programas tales como el Curso De Operación y Mantenimiento de Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas ofrecido por ACODAL o similares. El empleador de dicho operario debe proporcionar los elementos de protección personal necesarios (EPP) y debe capacitarlo en cuanto a la temática relacionada con seguridad y salud en el trabajo.

135

Finalmente, dicho operario puede prestar sus servicios de operación y mantenimiento a poblaciones cercanas las cuales también posean sistemas de tratamiento de agua residual con la configuración tanque séptico y filtro anaerobio de flujo ascendente (TS + FAFA).

7.3.4 Recomendaciones acerca de que actor debe manejar y administrar la PTAR

Es claro que el ente encargado de velar por la prestación eficiente de los servicios públicos (alcantarillado y tratamiento ARD) es el municipio, pero la comunidad también debe apropiarse de los programas y proyectos de saneamiento rurales para que estos tengan éxito, por lo tanto se recomienda que de manera articulada la secretaria de vivienda de Jamundí (dependencia de la alcaldía encargada del saneamiento rural) en conjunto con la comunidad del corregimiento de Chagres sean quienes manejen y administren la PTAR objeto de estudio.

Para este fin, se recomienda aprovechar la experticia e institucionalidad de la organización ACUASUR, la cual es la organización comunitaria más adecuada para llevar a cabo la administración y manejo de la PTAR de manera idónea, esto implica que en el momento en el cual la organización ACUASUR se haga cargo de los sistemas de tratamiento de agua residual domestica (alcantarillado y PTAR) se debe establecer una tarifa de cobro por la prestación de estos servicios hacia los usuarios, dicho cobro debe ser socializado con la comunidad antes de hacerse efectivo y debe estar de acuerdo a la normativa aplicable vigente.

Entes gubernamentales y académicos entre los más reconocidos CVC y la Universidad del Valle y la Universidad Autónoma de Occidente pueden participar mediante la prestación de asesoría técnica sobre los procesos llevados a cabo en la PTAR, creación de manual de operación, mantenimiento y control de la planta adecuación y optimización de las unidades existentes y acompañamiento en las actividades de control y seguimiento de este sistema en términos de calidad del agua tratada y vertimiento al cuerpo hídrico receptor.

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8. CONCLUSIONES

De manera general el estudio mostró que el sistema de tratamiento de aguas residuales del Corregimiento de Chagres no cuenta con planes de operación, mantenimiento, seguimiento y control los cuales garanticen el adecuado funcionamiento de la planta y el cumplimiento de los valores límites establecidos en la resolución 0631 del 2015 para efectos de vertimientos sobre cuerpos de agua superficial.

El levantamiento de la información sobre el sistema de tratamiento mostró que es necesario fortalecer los procesos de archivo y disponibilidad de información relacionada con los proyectos de agua y saneamiento del corregimiento de Chagres – sector Chapinero, ya que los criterios de diseño propios de la planta de tratamiento de agua residual del corregimiento no pudieron ser determinados, debido a la ausencia de información técnica, hojas de diseño y memorias de cálculo en las entidades municipales y regionales (CVC, secretaría de infraestructura y secretaria de medio ambiente y minas) y en la comunidad, lo que conllevó a que los criterios de diseño y operación fueran estimados a partir de un contraste con la literatura técnica y de observaciones y mediciones en campo.

La estimación de los criterios de diseño y operación de las unidades mostraron que para las condiciones de caudal actuales, las unidades se encuentran correctamente dimensionadas, ya que para el Tanque séptico se estimó un caudal máximo de 0.4167 L/s con un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 1 día, un volumen útil de 36 m3, un volumen de almacenamiento de lodos máximo de 12 m3 y un periodo de limpieza de 1.6 años, siendo el caudal actual de 0.245 L/s (Estimado en aforo), el cual es menor al caudal máximo estimado. Las cuales es acorde con este tipo de unidades y para el Filtro Anaerobio de flujo ascendente se estimó un caudal máximo de 0.4167 L/s, altura del lecho filtrante de 1.765 m, con un tiempo de retención hidráulico en el lecho filtrante de 8.9 horas y una carga orgánica volumétrica para DBO comprendida entre el rango 0.25 kg/m3d y 0.50 kg/m3d, siendo el caudal actual de 0.245 L/s (Estimado en aforo) y las cargas orgánicas volumétricas actuales para DBO de 0.50 kg/m3d para la jornada de la mañana y 0.44 kg/m3d para la jornada de la tarde.

El levantamiento de información realizado en campo, las observaciones realizadas y el acercamiento con la comunidad, evidenciaron que actualmente la planta de tratamiento no cuenta con una institución que esté realizando de manera permanente la operación, mantenimiento y control; debido a lo anterior, no existen planes de operación, mantenimiento y control, siendo la aplicación de estos vitales para el correcto funcionamiento del sistema de tratamiento; lo que sugiere que es

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necesario que haya una apropiación social e institucional para garantizar el desempeño adecuado de la planta de tratamiento y la protección de la fuente receptora del vertimiento.

La caracterización del agua residual (afluente) permitió establecer que la calidad del agua residual que llega al sistema de tratamiento es adecuada para llevar a cabo procesos biológicos anaerobios, ya que al analizar los parámetros pH, alcalinidad, solidos volátiles, salinidad, DQO y DBO se pudo determinar que se encuentran dentro de los rangos recomendados para el desarrollo de este tipo de procesos.

En términos del desempeño del sistema, el muestreo compuesto realizado, mostró que actualmente no se está llevando a cabo la reducción de DQO, DBO5 y SST, ya que con respecto al afluente de la planta, se observó el aumento de estos contaminantes en el efluente, por lo cual no se alcanzan los requerimientos establecidos en la resolución 0631 de 2015 y que muestran la urgencia de incorporar medidas para el mejoramiento del desempeño del sistema.

El estudio realizado mostró que actualmente el sistema de tratamiento cuenta con la capacidad hidráulica y de carga orgánica para recibir el agua residual que se está generando actualmente en el corregimiento, evidenciado en el seguimiento de caudales y análisis de la caracterización del agua residual (Ver Aforo del caudal actual de operación de la planta de tratamiento de agua residual y Caracterización del afluente y efluente de la planta de tratamiento de agua residual); sin embargo, su desempeño actual no es el adecuado para cumplir con los requerimientos de vertimientos, establecidos en la Resolución 0631 de 2015. De acuerdo con las observaciones realizadas durante la etapa de seguimiento de la operación, mantenimiento y control del sistema de tratamiento, este desempeño puede estar relacionado con deficiencias durante la operación, mantenimiento y control del sistema.

Una vez se regulen las actividades de operación, mantenimiento y control del sistema de tratamiento, se debe realizar un nuevo diagnóstico del desempeño del sistema, de tal manera que se pueda descartar o confirmar que el bajo desempeño actual está asociado a aspectos operacionales y comparar las eficiencias reales con las eficiencias teóricas planteadas en este proyecto. Este nuevo diagnóstico permitirá establecer medidas de mejoramiento u optimización del sistema.

Las observaciones de campo y las mediciones realizadas mostraron que las principales recomendaciones y acciones a incorporar para mejorar el desempeño del sistema de tratamiento, deben estar orientadas a la operación, mantenimiento y control de la planta, para lo cual se requiere la adjudicación de dicho sistema a una

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entidad capaz de llevar a cabo dichas actividades y la asignación de un operario permanente con experticia en la operación de PTAR’s.

Es necesario incorporar nuevas estructuras hidráulicas y civiles con el fin de evitar la afectación del proceso de tratamiento del agua residual, dichas estructuras comprenden principalmente: canal de cribado, cribado, desarenador, canal perimetral de aguas pluviales y una estructura de separación de aguas residuales y aguas pluviales.

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BIBLIOGRAFÍA

ALCALDÍA DE JAMUNDÍ. PBOT municipio de Jamundí – 3.5 aspectos generales. Jamundí: 2002. 400 p.

ALIANZA POR EL AGUA Y CENTRO DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS POR EL AGUA (CENTA). Manual de depuración de aguas residuales urbanas [En línea]. 261 p. [Consultado el 10 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://alianzaporelagua.org/documentos/MONOGRAFICO3.pdf

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA Y SANEAMIENTO. Informe sobre agua residual en España [En línea]. 2017. 22 p. [Consultado el 3 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.asoaeas.com/sites/default/files/Documentos/Informe%20sobre%20aguas%20residuales%20AEAS.pdf

BANCO DE DESARROLLO DE AMERICA LATINA. El futuro de los servicios de agua y saneamiento en Latinoamérica [En línea]. 2015. 39 p. Recuperado de: http://mail.sunass.gob.pe/doc/ODS/ods_futuro_sas_al.pdf

BRASIL. ASOCIASIÓN BRASILERA DE NORMAS TECNICAS. NBR 13969 Tanques sépticos: unidades de eliminación complementarias y eliminación final de efluentes líquidos: diseño, construcción y operación. [En línea]. Rio de Janeiro: 1997. 60 p. [Consultado el 09 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: https://www.academia.edu/4313638/NBR_13969_1

BRASIL. ASOCIASIÓN BRASILERA DE NORMAS TECNICAS. NBR 7229 Proyecto construcción y operación de sistemas de tanques sépticos. [En línea]. Rio de Janeiro: 1993. 15 p. [Consultado el 09 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://acquasana.com.br/legislacao/nbr_7229.pdf

BANCO MUNDIAL. Biofiltro una opción sostenible para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas localidades [En línea]. El salvador: 2010. 30 p. [Consultado el 4 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://documentos.bancomundial.org/curated/es/943351468247792589/Biofiltro-una-opcion-sostenible-para-el-tratamiento-de-aguas-residuales-en-pequenas-localidades



140

CAMACOL. Estudio de oferta de vivienda en Cali, Candelaria, Jamundí, Palmira y Yumbo 2016. [En línea]. Cali: 2016. 75 p. [Consultado el 12 de febrero del 2020]. Disponible en internet en: http://camacolvalle.org.co/wp-content/uploads/2018/02/3.-Estudio-de-Oferta-de-vivienda-nueva-en-Cali-y-%C3%81rea-2016-PARTE2.pdf

COLOMBIA. COMISIÓN DE REGULACIÓN DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO. 20 años, Regulación de los servicios públicos domiciliarios de acueducto, alcantarillado y aseo en Colombia [En línea]. Bogot. 2014. 87 p. Disponible en internet en: http://www.cra.gov.co/documents/revistacra20aos.pdf

COLOMBIA. DANE. Resultados Censo Nacional de población y vivienda 2018. [En línea]. Bogotá: 2019. 33 p. [Consultado el 12 de febrero del 2020]. Disponible en internet en: https://www.dane.gov.co/files/censo2018/informacion-tecnica/presentaciones-territorio/190711-CNPV-presentacion-valle.pdf

COLOMBIA. Departamento Nacional de Planeación, Ministerio de Desarrollo Económico y Superintendencia de Servicios Públicos. Análisis del sector de agua potable y saneamiento en Colombia. [Consultado el 16 de febrero del 2020]. Bogotá: 1997. 270 p. Disponible en internet en: https://www.paho.org/col/index.php?option=com_docman&view=download&category_slug=documentos-nacionales&alias=1392-analisis-sectorial-de-agua-y-saneamiento-en-colombia&Itemid=688

COLOMBIA. Departamento Nacional de Planeación. Ficha de caracterización municipio de Jamundí. 3 p. [Consultado el 12 de febrero del 2020]. Bogotá. 2014. Disponible en internet en: https://www.funcionpublica.gov.co/eva/admon/files/empresas/ZW1wcmVzYV83Ng==/archivos/1450106202_c8a84c5718fc4441b299765a1ee997c5.pdf

COLOMBIA. Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible. Manual de buenas prácticas de ingeniería RAS título E 2000. [En línea]. Bogotá: 2000. 150 p. [Consultado el 8 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ViceministerioAgua/010710_ras_titulo_e_.pdf

141

COLOMBIA. Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible. Manual de buenas prácticas de ingeniería RAS título J 2010. [En línea]. Bogotá, 2010. 284 p. [Consultado el 8 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ViceministerioAgua/010710_ras_titulo_e_.pdf

COLOMBIA. Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible. Resolución 0631 de marzo 17 del 2015. Por la cual se establecen los parámetros y valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones [En línea]. Diario oficial. Bogotá, 2015. No 49486. 73 p. [Consultado el 8 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://corpouraba.gov.co/wp-content/uploads/Resoluci%C3%B3n-0631_2015.pdf

COLOMBIA. Ministerio de desarrollo económico. Resolución 1096 de noviembre del 2000 [En línea]. Bogotá: 2000. 106 p. [Consultado el 26 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/ResolucionesAgua/1096%20-%202000.pdf

COLOMBIA. Ministerio de vivienda ciudad y territorio. Resolución 0330 de junio del 2017 [En línea]. Bogotá: 2017. 106 p. [Consultado el 26 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: http://www.minvivienda.gov.co/ResolucionesAgua/0330%20-%202017.pdf

COLOMBIA. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS. Estudio sectorial de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado 2014. – 2017 [En línea]. Bogotá: 2018. 87 p. Recuperado de: https://www.superservicios.gov.co/sites/default/archivos/Publicaciones/Publicaciones/2019/Ene/informe_sectorial-cuatrienio_2014-2017_.pdf

COLOMBIA. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚBLICOS DOMICILIARIOS. Estudio sectorial de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado 2016 [En línea]. Bogotá: 2017. 64 p. Disponible en internet en: https://www.superservicios.gov.co/sites/default/archivos/SSPD%20Publicaciones/Publicaciones/2018/Oct/estudio_sectorial-compilado-26-12-2017-vbibiana.pdf

142

COMISIÓN EUROPEA. Informe de la comisión al parlamento europeo, al consejo, al comité económico y social europeo y al comité de las regiones [En línea]. 9 ed. Bruselas: 2017. 20 p. [Consultado el 3 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/ES/TXT/PDF/?uri=CELEX:52017DC0749&from=EN

DE LA CRUZ, German. Evaluación, diagnóstico y rediseño de la red de alcantarillado existente y diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales en los corregimientos de Robles y Chagres, municipio de Jamundí (Valle del cauca). Cali: CVC, 2002. 200 p. [Consultado el 20 de agosto del 2019].

DE LEMOS CHERNICHARO, Carlos. Anaerobic reactors. New Delhi: IWA publishing, 2007. 188 p. [Consultado el 20 de agosto del 2019]. Disponible en internet en: https://www.iwapublishing.com/sites/default/files/ebooks/9781780402116.pdf

MARA, Duncan. Low-cost urban sanitation. England: Wiley, 1996. 223 p.

MARTÍNEZ RODRIGUEZ, Camilo Néstor y NIÑO RODRÍGUEZ, Darío Elkin. Estudio de las aguas grises domesticas en tres niveles socioeconómicos de la ciudad de Bogotá [En línea].Trabajo de grado. Bogotá. Pontificia universidad Javeriana. Facultad de ingeniería, 2013. 177 p. [Consultado el 9 de abril del 2019]. Disponible en internet en: file:///C:/Users/user/Downloads/NinoRodriguezElkinDario2013%20(1).pdf

METCALF & EDDY. Ingeniería de aguas residuales: tratamiento, vertido y reutilización. 3 ed. Madrid: McGraw-Hill, 1995. 505 p.

NOYOLA, Adalberto; MORGAN SAGASTUME, Manuel Juan y GUERECA, Patricia Leonor. Selección de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales municipales. Guía de apoyo para ciudades pequeñas y medianas. México DF: Instituto de ingeniería, Universidad nacional autónoma de México, 2013. 127 p.

NOYOLA, Adalberto. Tendencia en el tratamiento de agua residual doméstica en Latinoamérica [En línea]. México. 2003. 9 p. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://docplayer.es/13903640-Tendencias-en-el-tratamiento-de-aguas-residuales-domesticas-en-latinoamerica-noyola-a.html

143

ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD y UNICEF. La meta de los ODM relativa al agua potable y saneamiento: El reto del decenio para zonas urbanas y rurales [En línea]. Ginebra: 2007. 48 p. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://www.who.int/water_sanitation_health/monitoring/mdg_es.pdf?ua=1

ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD Y UNICEF. Progreso sobre el agua potable y saneamiento [En línea]. Ginebra. 2012. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en: https://www.who.int/water_sanitation_health/monitoring/jmp2012/fast_facts/es/

ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD. Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores [En línea]. Lima: 2005. 34 p. [Consultado el 12 de abril del 2109]. Disponible en internet en: http://www.bvsde.ops-oms.org/tecapro/documentos/agua/158esp-diseno-desare.pdf

ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD. Guía para el diseño de tanques sépticos, tanques imhoff y lagunas de estabilización. [En línea]. Lima: 2005. 40 p. [Consultado el 09 de septiembre del 2019]. Disponible en internet en: https://sswm.info/sites/default/files/reference_attachments/OPS%202005.%20Gu%C3%ADa%20para%20el%20dise%C3%B1o%20de%20tanques%20s%C3%A9pticos.pdf

ORTIZ ORDA, Verónica. Puesta a punto de una metodología para la determinación de la actividad metanogénica específica (AME) de un fango anaerobio mediante el sistema Oxitop. Influencia de las principales variables experimentales. [En línea]. Trabajo de grado master en ingeniería hidráulica y medio ambiente. Valencia. Universidad politécnica de Valencia, 2011. 112 p. [Consultado el 4 de diciembre del 2019]. Disponible en: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/15711/MEMORIA.pdf?sequence=1

PROGRAMA DE LAS NACIONES UNIDAS PARA EL DESARROLLO. Objetivos de desarrollo sostenible [En línea]. París. [Consultado el 2 de abril del 2019). Disponible en internet en: https://www.undp.org/content/undp/es/home/sustainable-development-goals.html

QUINTE CASTAÑEDA, Manuel. El desarenador [Diapositivas]. Huancayo, Perú. 2011. 63 diapositivas. Disponible en: https://es.slideshare.net/carolrolo/diseo-y-calculo-de-un-desarenador

144

RAMALHO, Sette Rubens. Tratamiento de aguas residuales [En línea]. Quebec: Reverte, 1990. 705 p. [Consultado el 10 de abril del 2019]. Disponible en internet en: https://es.slideshare.net/IngAmbientalMX/tratamiento-de-aguas-residuales-rs-ramalho

ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales: Teoría y principios de diseño. 3 ed. Colombia: Escuela colombiana de ingeniería. 2004, 1248 p. ISBN: 958-8060-13-3

SEPULVEDA MANCIPE, Belquis Briceida y SIERRA MESA, Javier Alexander. Guía y herramienta computacional para el diseño hidráulico de un sistema detratamiento preliminar (cribado y desarenador) de aguas residuales [En línea]. Trabajo de especialización en recursos hidráulicos y medio ambiente. Bogotá. Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2017. 41 p. Disponible en: https://repositorio.escuelaing.edu.co/bitstream/001/564/3/Sierra%20Mesa%2C%20Javier%20Alexander%20-%202017.pdf

SUAREZ MARMOLEJO, Claudia Lorena. Tratamiento de aguas residuales municipales en el Valle del cauca [En línea]. Trabajo de grado para optar al título de magister en ingeniería. Santiago de Cali. Universidad del Valle. Facultad de ingeniería. Escuela de ingeniería de recursos naturales y del medio ambiente, 2011. 122 p. [Consultado el 5 de abril del 2019]. Disponible en internet en: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/10174/1/7720-0445526.pdf

UNESCO. Aguas residuales el recurso desaprovechado. [En línea]. Paris: 2017, 184 p. [Consultado el 1 de abril de 2019]. Disponible en internet en: https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000247647/PDF/247647spa.pdf.multi

VON SPERLING, Marcos. Principios de tratamiento biológico de aguas residuales. San Juan de Pasto: Universidad de Nariño, 2012. 496 p. ISBN: 978-958-8609-72-0.

VON SPERLING, Marcos. Wastewater charactheristics, treatment and disposal [En línea]. Londres: IWA publicaciones, 2007. 292 p. [Consultado el 9 de abril del 2019]. Recuperado de: https://www.iwapublishing.com/sites/default/files/ebooks/9781780402086.pdf

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ANEXOS

Anexo A. Planoplanta de tratamiento corregimiento de Chagres.

Se anexa el plano diseñado por el autor para la planta de tratamiento objeto de estudio de acuerdo a las dimensiones medidas en campo, dicho plano se titula: Vista en planta PTAR Corregimiento de Chagres y el tipo de archivo es DWG.

Anexo B . Plano alcantarillado del corregimiento de Chagres y Robles.

Se anexa el plano del alcantarillado del corregimiento de Chagres y Robles el cual fue suministrado por la dirección técnica de la CVC, dicho plano se titula: TOP-GRAL y el tipo de archivo es DWG.

Anexo C. Hoja de calculo alcantarillado corregimiento de Chagres y Robles.

Se anexa la memoria de cálculo del alcantarillado del corregimiento de Chagres y Robles el cual fue suministrado por la dirección técnica de la CVC, dicho memoria de cálculo se titula: Cuadro cálculos Chagres y el tipo de archivo es Excel 2003.

Anexo D. Video de visita de campo de la PTAR corregimiento de Chagres.

Se anexa el video de la visita de campo hecha a la PTAR del corregimiento de Chagres el día 25/07/2019, dicho video se titula: visita de campo PTAR.

Anexo E. Video de visita de campo punto de vertimiento.

Se anexa el video de la visita de campo hecho al punto de vertimiento de la PTAR del corregimiento de Chagres el día 25/07/2019, dicho video se titula: visita de campo PTAR.

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