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DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA
LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA RURAL LUIS ANTONIO DUQUE PEÑA; EN LA VEREDA, GUABINAL PLAN, CORREGIMIENTO DE BARZALOSA, GIRARDOT,
CUNDINAMARCA
ÁNGELO GIUSEPPE MORENO YATE
JOHAN STEBAN HERNÁNDEZ MARÍN
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA - SECCIONAL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
INGENIERÍA CIVIL
GIRARDOT
2021
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DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA
LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA RURAL LUIS ANTONIO DUQUE PEÑA; EN LA VEREDA, GUABINAL PLAN, CORREGIMIENTO DE BARZALOSA, GIRARDOT,
CUNDINAMARCA
ÁNGELO GIUSEPPE MORENO YATE
JOHAN STEBAN HERNÁNDEZ MARÍN
Director.
OSCAR EFREN OSPINA ZUÑIGA
Proyecto de grado para optar por el título de ingeniero civil
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA - SECCIONAL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
INGENIERÍA CIVIL
GIRARDOT
2021
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Nota de Aceptación
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
4
Ciudad y Fecha (día, mes, año) (Fecha de entrega)
Dedicamos este trabajo a nuestras familias que han sido el
soporte durante tanto trabajo duro…
5
AGRADECIMIENTOS
Queremos agradecer a Dios en primer lugar, quien ha sido la fuerza sobrenatural que hemos tenido en este arduo camino, por dar la sabiduría necesaria para
culminar este proyecto y poder estar en esta instancia final. A nuestras madres, quienes han sido el motor para poder llegar a este punto de nuestras vidas; aquellos compañeros y amigos quienes han aportado un granito de arena en este proceso
de formación.
A nuestros tutores, quienes han sido parte y pieza fundamental en este recorrido académico, para ellos nuestros más sinceros agradecimientos especialmente, al
ingeniero Oscar Efrén Ospina, por su preocupación y supervisión durante el proceso de este proyecto, dado que, gracias a sus conocimientos transmitidos los se hizo posible este resultado satisfactorio. A nivel personal y académico, a la ingeniera
Jennifer, quien creyó siempre en nosotros; finalmente, a nosotros mismos, que con empeño y perseverancia logramos sacar este proyecto adelante.
A todos los docentes de la UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA SECCIONAL
ALTO MAGDALENA que nos compartieron sus conocimientos, dentro y fuera del aula de clase, haciendo posible nuestra formación profesional. A todos mil gracias.
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 17
1. OBJETIVOS ................................................................................................................ 19
1.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 19
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................. 19
2. JUSTIFICACIÓN......................................................................................................... 20
3. METODOLOGÍA ......................................................................................................... 21
4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ......................................................................... 22
5. MARCO REFERENCIAL ........................................................................................... 23
5.1 MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 23
5.1.1 Fuentes de Aguas Residuales. ................................................................. 23
5.1.2 Características del Agua Residual. .......................................................... 25
5.1.3 Agua Residual Domestica .......................................................................... 34
5.1.4 Tratamiento de las Aguas Residuales ..................................................... 39
5.2 MARCO GEOGRÁFICO .................................................................................... 45
5.3 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................... 46
5.4 MARCO LEGAL .................................................................................................. 49
5.4.1 Decreto 1594 de 1984 ................................................................................ 49
5.4.2 Ley 142 de 1994 .......................................................................................... 49
5.4.3 Ras 2000 título E ......................................................................................... 49
5.4.4 Resolución 0631 del 2015.......................................................................... 50
5.4.5 Resolución 0330 del 2017.......................................................................... 50
6. DISEÑO METODOLÓGICO ..................................................................................... 51
6.1 FASE 1 ................................................................................................................. 51
6.1.1 Estudios e indagación................................................................................. 51
7
6.1.1.1 Precipitación ............................................................................................. 51
6.1.1.2 Evaporación .............................................................................................. 53
6.2 FASE 2 ................................................................................................................. 54
6.2.1 Población Institucional ................................................................................ 55
6.2.2 Prueba De Permeabilidad Del Suelo Escuela Duque Peña ................. 55
6.2.3 Vida Útil del Sistema ................................................................................... 60
6.3 FASE 3 ................................................................................................................. 62
6.3.1 Cálculos Hidráulicos del Sistema de Tratamiento A.R.D...................... 63
6.4 FASE 4 ................................................................................................................. 67
6.4.1 Plano Arquitectonico ....................................................................................... 68
7. RESULTADOS............................................................................................................ 73
7.1 RESULTADOS DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD Y NIVEL FREÁTICO
73
7.2 RESULTADOS DE TRATAMIENTO PRELIMINAR TRAMPA DE GRASAS
76
7.3 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO PRIMARIO (TANQUE SÉPTICO). 80
7.4 RESULTADOS DE TRATAMIENTO SECUNDARIO (FAFA)...................... 87
7.5 RESULTADO DE TRATAMIENTO TERCIARIO (CAMPO DE
INFILTRACIÓN)............................................................................................................. 88
8. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 91
9. RECOMENDACIONES.............................................................................................. 92
10. ANEXOS ...................................................................................................................... 93
11. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 113
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LISTA DE TABLAS
Página
Tabla 1. Datos del Ensayo de Infiltración…………………………………………..66
Tabla 2. Total, de grifos de los A.S. conectadas a la trampa de grasas……….69
Tabla 3. Trampa de grasas………………………………………………………….72
Tabla 4. Contribución de Aguas Residuales por Persona……………………….73
Tabla 5. Tratamiento Primario……………………………………………………….78
Tabla 6. Tratamiento Secundario (FAFA)…………………………………………..80
Tabla 7. Tratamiento Terciario…………………………………………………...…..81
9
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 1. Sistema de Alcantarillado Separado……………………………………….21
Figura 2. Composición de Orina y Excremento Humano………………………...... .24
Figura 3. Composición Típica de A.R.D………………………………………………25
Figura 4. Composición Aproximada de un Agua Residual Basada en un Caudal de 400 L/c. d………………………………………………………………………………….26
Figura 5. Características de un Agua Residual Domestica Típica…………………27
Figura 6. Comparación de Agua Residual Cruda y un Efluente Secundario….....28
Figura 7. Cargas Promedio de las Aguas Residuales Domesticas en el Área Rural……………………………………………………………………………………... 29
Figura 8. Características de un Agua Gris……………….…………………………..30
Figura 9. Composición Típica de un Agua Residual Domestica no Tratada……..32
Figura 10. Patógenos que se encuentran con frecuencia en el agua residual
doméstica…………………………………………………………………………………34
Figura 11. Aplicaciones de las Operaciones Físicas Unitarias en el Tratamiento de las A.R.D………………………………………………………………………………….37
Figura 12. Aplicaciones de los procesos químicos unitarios del tratamiento de
A.R.D………………………………………………………………………………………38
Figura 13. Aplicaciones de los procesos bilógicos unitarios del tratamiento de A.R.D………………………………………………………………………………………40
Figura 14. Ventajas y Desventajas del Proceso Anaerobio…………………………41
Figura 15. Ventajas y Desventajas del Proceso Aerobio……………………………41
Figura 16. Mapa geográfico del municipio de Girardot, Cundinamarca……………42
Figura 17. Tabla Climática / Datos Históricos……………………………………………44
Figura 18. Valores Totales Mensuales de Precipitación.……………………………49
10
Figura 19. Valores Totales Mensuales de evaporación……………………………...50
Figura 20. Mapa hídrico de la zona que comprende la vereda Guabinal Plan…….51
Figura 21. Esquema de Tren de Tratamiento…………………………………………61
Figura 22. Plano Arquitectónico………………………………………………………..66
Figura 23. Trampa de Grasas - Corte Perfil – Escala 1:1……………………………………67
Figura 24. Trampa de Grasas - Corte Planta – Escala 1:1………………………………….67
Figura 25. Tanque Séptico Y FAFA - Corte Perfil – Escala 1:1…………………….68
Figura 26. Tanque Séptico Y FAFA - Corte en Planta – Escala 1:1……………….69
Figura 27. Pozo de Infiltración………………………………………………………….70
Figura 28. Tasas de Aplicación de Aguas Residuales para Sistemas de Infiltración ……………………………………………………………………………………………..72
Figura 28. Tasas de Aplicación de Aguas Residuales para Sistemas de
Infiltración…………………………………………………………………………………72
Figura 29. Tiempo de Retención………………………………………………………75
Figura 30. Tiempos de Retención………………………………………………………81
Figura 31. Valores de Tasa de Acumulación de Lodos Digeridos………………….82
Figura 32. Profundidad útil………………………………………………………………83
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LISTA DE IMÁGENES
Imagen 1. Excavación con medidas de 30 centímetros de largo por 30 centímetros de ancho, con 1 metro de profundidad…………………………………………………54
Imagen 2. Excavación saturada con agua…………………………………………….55
Imagen 3. Excavación prueba 1………………………………………………………..56
Imagen 4. Excavación prueba 2..……………………………………………………...57
Imagen 5. Excavación prueba 3……………………………………………………….58
Imagen 6. Profundidad de la Excavación……………………………………………...68
Imagen 7. Escorrentía proveniente del pozo séptico colmatado……………………93
Imagen 8. Escorrentía proveniente del pozo séptico colmatado……………………93
Imagen 9. Grifería escolar baños niños, niñas y comedor………………………….94
Imagen 10. Grifería escolar baños niños, niñas y comedor…………………………94
Imagen 11. Patio escolar y escenario deportivo contiguos al pozo séptico
existente…………………………………………………………………………………..95
Imagen 12. Patio escolar y escenario deportivo contiguos al pozo séptico
existente…………………………………………………………………………………..96
Imagen 13. Patio escolar y escenario deportivo contiguos al pozo séptico
existente…………………………………………………………………………………..96
Imagen 14. Box Culvert aledaño a la Institución Educativa, ubicado sobre la vía
Girardot – Tocaima………………………………………………………………………97
Imagen 15. Vía Girardot – Tocaima…………………………………………………...98
Imagen 16. Cocina y comedor estudiantil…………………………………………….99
Imagen 17. Comedor estudiantil……………………………………………………..100
Imagen 18. Zona donde se plantea la ubicación del Sistema, punto estratégico que
cumple con las normas para poder ejecutar el diseño……………………………..101
12
Imagen 19. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….102
Imagen 20. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….103
Imagen 21. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….104
Imagen 22. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….105
Imagen 23. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….106
Imagen 24. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….107
Imagen 25. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….108
Imagen 26. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….109
Imagen 27. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….110
Imagen 28. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D…………………………………………………………………………………….111
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LISTA DE ANEXOS
Página
Anexo A. Archivo Fotográfico………………………………………………….........92
Anexo B. Cartilla – Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de
A.R.D. ………………………………………………………………………………….100
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GLOSARIO
Aerobio: Proceso que necesita del oxígeno para desarrollarse. (RAE, 2021)
Aguas residuales: Son cualquier tipo de agua cuya calidad está afectada negativamente por la influencia antropogénica. Se trata de agua que no tiene
valor inmediato para el fin para el que se utilizó ni para el propósito para el que se produjo debido a su calidad, cantidad o al momento en que se dispone de ella. (iagua.es, 2021)
Aguas servidas: Son las aguas residuales domésticas y que son el resultado de
las actividades cotidianas de las personas. Esta agua contiene cantidad de agentes contaminantes y gérmenes lo que obliga a evacuarlas de forma segura,
tanto para las personas, como para el medio ambiente. (portal.esval.cl, 2021)
Anaerobio: Proceso que se desarrolla en ausencia de oxígeno libre. (RAE, 2021)
Bacteria: Las bacterias son microorganismos procariotas que presentan un tamaño de unos pocos micrómetros (por lo general entre 0,5 y 5 μm de longitud)
y diversas formas, incluyendo esferas (cocos), barras (bacilos), filamentos curvados (vibrios) y helicoidales (espirilos y espiroquetas). (Google.com, 2021)
Efluente: Término empleado para nombrar a las aguas servidas con desechos sólidos, líquidos o gaseosos que son emitidos por viviendas y/o industrias,
generalmente a los cursos de agua; o que se incorporan a estas por el escurrimiento de terrenos causado por las lluvias. (fluencecorp.com, 2021)
Fosa séptica: Una fosa séptica es un artilugio para el tratamiento primario de las
aguas residuales domésticas. En ella se realiza la separación y transformación físico-química de la materia orgánica contenida en esas aguas. (Google.com, 2021)
Infiltración: Se denomina así al proceso de entrada de agua en el suelo y es de
vital importancia durante la aplicación del riego. Se llama infiltrabilidad a la velocidad o tasa de infiltración y normalmente se mide en mm/hora.
(Google.com, 2021)
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Polución: Contaminación del medio ambiente, en especial del aire o del agua,
producida por los residuos procedentes de la actividad humana o de procesos industriales o biológicos. (Google.com, 2021)
Patógeno: Se denomina patógeno a todo agente biológico externo que se aloja
en un ente biológico determinado, dañando de alguna manera su anatomía, a partir de enfermedades o daños visibles o no. A este ente biológico que aloja a un agente patógeno se lo denomina huésped, hospedador o también
hospedante, en cuanto es quien recibe al ente patógeno y lo alberga en su cuerpo. (immunology.org, 2021)
Protozoo: Grupo de animales eucariotas formados por una sola célula, o por una
colonia de células iguales entre sí, sin diferenciación de tejidos y que vive en medios acuosos o en líquidos internos de organismos superiores. (Google.com,
2021)
Saneamiento básico: El saneamiento ambiental básico o sanidad ambiental es el conjunto de acciones, técnicas y socioeconómicas de salud pública que tienen por objetivo alcanzar niveles crecientes de salubridad ambiental. Comprende el
manejo sanitario del agua potable, las aguas residuales y los vertidos, los residuos sólidos, los residuos orgánicos tales como las excretas y residuos
alimenticios, las emisiones a la atmósfera y el comportamiento higiénico que reduce los riesgos para la salud y previene la contaminación. (Salud, 2021)
Sanitario: De la sanidad o relacionado con este conjunto de servicios. (RAE, 2021)
Virus: es un agente infeccioso microscópico a celular que solo puede replicarse
dentro de las células de otros organismos. Los virus están constituidos por genes que contienen ácidos nucleicos que forman moléculas largas de ADN o ARN,
rodeadas de proteínas. Al infectar una célula, estos genes "obligan" a la célula anfitriona a sintetizar los ácidos nucleicos y proteínas del virus para poder llegar a formar nuevos virus. (inecol.mx, 2021)
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RESUMEN
El alcantarillado es un servicio que no es prestado en todas las zonas del país, como ocurre en sectores rurales de Girardot, conduciendo a la comunidad hacia el deterioro ambiental de su entorno afectando negativamente la calidad de vida de la
población. El presente trabajo plantea una solución mediante el diseño hidráulico de un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas, para ser dispuestas por
infiltración, sin afectaciones sociales ni ambientales, para ser aplicado en la Institución Educativa Rural Luis Antonio Duque Peña, ubicada en la vereda Guabinal Plan, corregimiento de Barzalosa, Girardot; para beneficiar a 71 estudiantes
menores de 12 años, 3 docentes y 4 funcionarios que laboran allí.
El proyecto cumple con los requerimientos técnicos establecidos en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, mediante el diseño de
tratamiento primario por tanque séptico, secundario por filtro anaeróbico de flujo ascendente y, terciario por infiltración; todo esto, con el fin, de evitar la disposición final de las aguas residuales sin tratamiento a cuerpos de agua, como actualmente
está ocurriendo. De esta manera se contribuye con la mitigación del impacto ambiental negativo actual, que pone en riesgo la salud pública de la población
residente en dicho sector. La operación y mantenimiento del sistema de tratamiento propuesto es sencillo, sin requerimiento de equipos y ni personal especializado, ayudado con la sostenibilidad de la institución.
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INTRODUCCIÓN
Actualmente, los malos manejos de las aguas residuales vienen causando diversas problemáticas ambientales y sociales que afectan a la población en general, ya que
la contaminación de las afluentes es una situación de alto impacto de carácter generalizado.
Para mitigar este tipo de realidades, es muy importante el buen manejo del agua
usada diariamente para el beneficio de la población en general, a través, de la creación de sistemas de reducción del impacto que ayuden a aminorar la huella que
genera el verter aguas residuales domésticas sin su respectivo tratamiento y, en espacios no adecuados o aptos para estas disposiciones.
Por lo tanto, se convierte en una necesidad la preservación del medioambiente en
condiciones aceptables e impolutas, por esto, se vuelve muy importante la promoción e incentivación de la generación de métodos que ayuden a eliminar
bacterias y microorganismos productores de enfermedades patógenas, al igual que los virus que se encuentran fácilmente en las aguas residuales.
En Colombia, algunas zonas del país aún no cuentan sistemas de alcantarillado o
plan de saneamiento básico, por ende, implementan estrategias como pozos sépticos para poder garantizar un manejo adecuado de sus aguas residuales, lo que
motiva el diseño de sistemas más eficientes y capaces de remover agentes contaminantes de acuerdo a los parámetros establecidos por el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - RAS 2017
(Minvivienda, 2017).
Para empezar, el planteamiento procuró la realización de la caracterización de la
estructura escolar, realizando el respectivo levantamiento arquitectónico y ubicando las fuentes o artefactos sanitarios existentes, con el objetivo de, determinar sus condiciones y características técnicas; después de esto, se estableció la
localización en sitio del sistema usado por la escuela para el tratamiento de sus aguas residuales, acción efectuada mediante el uso de un pozo séptico, que
actualmente se encuentra saturado, así que, se vuelve necesario suspender la descarga de las aguas residuales hacia dicha estructura, por lo cual, se está generando escorrentía superficial presente en el área deportiva, en consecuencia ,
se hace inevitable reemplazarla por una técnica más eficiente.
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Se plantea el diseño hidráulico de un sistema de tratamiento de agua residual
prismático anaeróbico, funcional a través del flujo de gravedad, facilitando la remoción de demanda biológica de oxigeno (DBO) y, sólidos suspendidos totales
(SST) presentes en las aguas residuales domesticas en la Institución Educativa Rural Luis Antonio Duque Peña ubicada en la vereda Guabinal Plan, área rural del municipio de Girardot, Cundinamarca. La sustentabilidad ambiental, se vuelve de
suma importancia para el bienestar de la comunidad, utilizar estrategias de conservación del medioambiente, la biodiversidad y, la salud, así como, la
mitigación de daños causados debido al mal manejo de las aguas residuales domésticas, por medio del tratamiento previo, antes de su disposición final.
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1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar el estudio y diseño hidráulico del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales, para la Institución Educativa Rural Luis Antonio Duque Peña; ubicada
en la vereda Guabinal Plan, Corregimiento de Barzalosa en el Municipio de Girardot, Cundinamarca.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar y determinar el estado de las condiciones actuales de manejo y disposición final de aguas residuales en la Institución Educativa Rural Luis
Antonio Duque Peña.
Realizar las pruebas de campo necesarias para implantar el sistema de tratamiento de aguas residuales propuesto: permeabilidad del suelo,
caracterización de Aguas Residuales Domésticas (A.R.D.), censos.
Diseñar hidráulicamente el sistema de tratamiento de Aguas Residuales
Domésticas (A.R.D.)
Realizar un manual de mantenimiento del sistema de tratamiento de (A.R.D.).
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2. JUSTIFICACIÓN
Mediante el sistema de tratamiento de aguas residuales para la Institución Educativa
Rural Luis Antonio Duque Peña, se busca darle correcto manejo y disposición final a sus desechos hídricos, logrando así, la disminución de las cargas contaminantes y patologías ambientales presentes en esta, tales como, por ejemplo, la deficiencia
de oxígeno disuelto, la demanda biológica de oxígeno (DBO), presencia de coliformes totales y fecales, manifestación de nutrientes como el nitrógeno (N) y el
fosforo (P) y sólidos suspendidos totales. Esto, tendría un impacto positivo en la comunidad escolar, llevando al ahorro de agua potable y posible reciclaje del agua tratada hacia el sistema hidráulico ya sea, para sistemas de riego en jardines y
zonas verdes, lavado de patios, calles, lavado de coches, eliminación de polvo, entre otros.
Implementar este esquema de tratamiento, mitigará el impacto ambiental negativo
actual, mediante, la reducción del nivel de contaminación por aguas residuales domésticas (A.R.D.) en el plantel educativo, disminuirá la pérdida del agua potable en labores como riego y lavado en general, reducirá la vulnerabilidad a
enfermedades transmitidas por causa de las A.R.D., mejorando así, la calidad de vida de los maestros, alumnos y trabajadores, contribuyendo con el fortalecimiento
del desarrollo integral de la comunidad estudiantil.
Se busca generar una alternativa al problema de saneamiento básico que presenta dicha comunidad y sus alrededores, por medio de, la implementación de un sistema hidráulico de tratamiento de aguas residuales, que permita reemplazar el pozo
séptico existente, el cual, tras sus largos años de vida útil, actualmente se encuentra colmatado, además, este sistema es de carácter primario, por sí solo, no cumple
con la normativa vigente para tratamiento de A.R.D., y menos, un sistema completo con tratamiento preliminar, primario, secundario y terciario. La comunidad que conforma la institución se verá beneficiada con la realización de este proyecto al
mitigar la propagación de escorrentías superficiales de agua residual, la cual, está afectando el escenario deportivo de la institución y por ende, de la población
estudiantil en general.
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3. METODOLOGÍA
El presente proyecto investigativo, es de carácter cuantitativo con metodología descriptiva, comprende cálculos, diseños, guía de mantenimiento y operación del
sistema de tratamiento de agua residuales, teniendo en cuenta, el caudal de las A.R.D. en condición permanente o temporal; según lo establece la normativa vigente Ras-17, ubicando todos los puntos de descarga existentes que contribuyan
directamente al sistema, para así poder darle la disposición final mediante el tratamiento terciario del campo de infiltración (pozo de infiltración).
El sistema de tratamiento a proyectar se realizará mediante su estudio hidráulico de factibilidad, que comprende la metodología del tratamiento adecuado para aguas residuales domésticas, su funcionalidad la comprende, tratamiento preliminar en el
cual se separan grasas, aceites y sobrenadantes, en el tratamiento primario por medio de sistemas anaerobios se realiza el proceso de decantación de sólidos,
tratamiento secundario se materializara por medio de filtros anaerobio biológicos para la remoción de materia orgánica y micro-organismos, el tratamiento terciario para la mejora del agua en proceso. En este último caso se analizarán las opciones
de infiltración en suelo que se mencionó anteriormente como pozo de infiltración o mediante humedales artificiales, dependiendo del estado en que se encuentra el
agua residual, y la disponibilidad del terreno y sus características de permeabilidad, entre otras.
La infiltración se proyectará como primera opción de tratamiento para la disposición
final del efluente del proceso; esto, si las condiciones del terreno lo permiten. También, se contemplará la opción de vertido en la fuente más cercana
denominada, Quebrada innominada tributaria a la Quebrada la Sangradera. Lo anterior, garantizará el saneamiento básico eficiente para la institución educativa, cumpliendo con los objetivos propuestos en la investigación.
De acuerdo a los estudios y cálculos realizados en los tratamientos de campo de infiltración tales como pozo de infiltración, zanjas y humedales se llega a la
conclusión de que en la tasa de percolación nos arroja que el drenaje del terreno es de buena permeabilidad gracias a las características del material que compone este suelo, tales como arenas limpias mezclas limpias de arenas y gravas.
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4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
La Institución Educativa Rural Luis Antonio Duque Peña y en general el sector de la
vereda Guabinal Plan, carece de un sistema de alcantarillado, por lo que, se vuelve necesario diseñar una estrategia de manejo y disposición final apropiada para las aguas residuales.
La institución en estudio posee un sistema de tratamiento de aguas residuales (A.R.D.), compuesto por un pozo séptico con infiltración en el subsuelo; presenta
deterioro y colapso parcial afectando su capacidad de almacenamiento, deficiente proceso de separación y transformación físico-química de la materia orgánica contenida en las aguas, situación que ha causado un impacto ambiental negativo
con consecuentes problemas de salud para los miembros de la escuela y los habitantes del sector, provocando deterioro medioambiental del entorno educativo,
además de, malos olores y escorrentía de agua contaminada sobre la superficie escolar.
¿CÓMO CONTRIBUIR CON EL BUEN MANEJO DE LAS AGUAS RESIDUALES
DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA RURAL LUIS ANTONIO DUQUE PEÑA, LA CUAL, CUENTA CON DEFICIENCIAS DE SANEAMIENTO BÁSICO?
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5. MARCO REFERENCIAL
5.1 MARCO TEÓRICO
En la actualidad, se convirtió en una necesidad tratar las aguas contaminadas desechadas por el uso diario en el consumo humano, esto debido a dos factores, prevenir la contaminación de afluentes y ríos, a los que regularmente se les cargan
todas estas descargas de desechos líquidos, contaminados mayormente, por metales pesados como por ejemplo, el Cadmio (Cd), el Sodio (Na) y el Arsénico
(As) así como material biológico y desechos sólidos que acrecientan el problema; o también, para ser reciclada para un nuevo uso. El consumismo y la actividad diaria dependen principalmente del uso y consumo del agua (H2O), lo que evidentemente
genera un consumo excesivo y por ende, desperdicio. Esto ha conducido a la sociedad a buscar maneras para mitigar el impacto negativo que generan los
vertimientos de aguas y efluentes contaminados.
5.1.1 Fuentes de Aguas Residuales.
El ser humano debido a, sus labores realizadas día a día es un productor constante
de desechos, desperdicios que al no realizársele un debido manejo pueden llegar a causar un impacto ambiental negativo para el medioambiente y el entorno en
general. Todas las aguas utilizadas en tareas diarias en hogares e industrias, entre otras, son evacuadas o desechadas en muchas ocasiones sin ningún tipo de proceso o tratamiento, a estas, se le suman las aguas lluvias, que traen consigo
contaminantes de tejados y cunetas, por consiguiente, debe procurarse encontrar la mejor solución ante esta problemática.
Las aguas residuales son las aguas usadas y los sólidos que por uno u otro medio se introducen en las cloacas siendo transportados mediante el sistema de alcantarillado. Según Castañeda Villanueva (2014), citando a Kadlecy Knight
(1996):
Se denominan aguas servidas a aquéllas que resultan
del uso doméstico o industrial, otras denominaciones son: aguas residuales, aguas negras o aguas cloacales, en general por haber sido utilizadas en procesos de
transformación y/o limpieza, estas aguas constituyen un residuo, algo que no sir ve para el usuario directo, en
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muchas ocasiones están formadas por todas aquellas
aguas que son conducidas por el alcantarillado e incluyen, a veces las aguas de lluvia y las infiltraciones
del terreno, estas aguas residuales presentan composiciones muy variadas y son generadas principalmente por las descargas de usos municipales,
industriales, comerciales, de servicios, agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y
en general, de cualquier otro uso, así como la mezcla de ellas. (Castañeda Villanueva, 2014)
Distintos autores plantean que el agua de uso y consumo doméstico no debería
superar los 200 metros cúbicos, disponiendo entre un 60% 0 70% para uso en la ducha, lavandería, cocina y aseo, restando un promedio de 30% o 40% para
conducción sanitaria de excrementos y orina. Algunas ciudades del mudo, avanzadas en temas de saneamiento básico, recolectan sus aguas residuales domésticas y aguas lluvia que acarrea toda la carga poluidora de techos, calles y
otras superficies, en sistemas de alcantarillado separados de las A.R.D., para depositar en las PTAR estas aguas peligrosas y las aguas lluvias de forma
inmediata en la afluente más próxima.
En ciudades que poseen un sistema de alcantarillado combinado se acostumbra a captar el caudal del tiempo
seco mediante un alcantarillado interceptor y conducirlo a la planta de tratamiento. No obstante, durante los
aguaceros el caudal en exceso de la capacidad de la planta y dela alcantarillado interceptor se desvía directamente al curso natural de agua. En este caso se
pueden presentar riesgos serios de polución y de violación de las normas de descarga, los cuales solo se
pueden evitar reemplazando el sistema de alcantarillado combinado por uno separado. (Ver figura 1) (Rojas, 1999, págs. 17,18)
Para obtener de forma clara y precisa, los distintos y determinados componentes físicos y químicos del agua residual, debe realizarse previamente, un análisis de
agua residual para poder hacer una caracterización general de la muestra; este estudio previo, nos indicará los parámetros de importancia especificando aspectos peligrosos como virus patógenos, solidos suspendidos totales (SST), bacterias,
nivel de poluición entre otros.
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Figura 1. Sistema de Alcantarillado Separado.
5.1.2 Características del Agua Residual.
La identificación de las características de las A.R.D. suele ser de naturaleza diversa, dependiendo de su objetivo específico; para asegurar la representatividad de la
muestra y un análisis de laboratorio conforme a las normativas estándar de una caracterización de A.R.D.; se debe contar, con un programa de muestreo apropiado que asegure precisión y exactitud en los resultados. La composición de las aguas
efluentes “se analiza con diversas mediciones físicas, químicas y biológicas. Las mediciones más comunes incluyen la determinación del contenido en sólidos, la
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (teoria y
principio de diseño). Bogota, colombia: Escuela colombiana de ingenieria. Recuperado el 2020.
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demanda bioquímica de oxígeno (DBO), la demanda química de oxígeno (DQO),
los FENOLES y el pH”. (Rojas, 1999)
5.1.2.1 Contenido Sólido.
Aquellos elementos disueltos y en suspensión en el agua pueden ser considerados como residuos sólidos, considerados depositables y otros no depositables; esto, de acuerdo al número de miligramos de sólidos desechados a partir de 1 litro de agua
efluente durante una hora. Pueden separarse taxonómicamente los residuos sólidos en dos grandes grupos, los volátiles (productos orgánicos) y los fijos (materia
inorgánica o mineral.); con los análisis DBO y DQO es posible medir la concentración de materia orgánica en el agua.
5.1.2.2 Demanda Química de Oxígeno (DQO).
La demanda de oxígeno necesaria para descomponer los compuestos orgánicos por medio de Cr2rO7 a través de una solución ácida transformándolos en CO2 y
agua, se denomina, demanda química de oxigeno (DQO). Corroborar la carga orgánica de aguas efluentes requiere la utilización de la DQO con el fin, de identificar el estado de los desechos no biodegradables y que contienen compuestos
inhibidores de la actividad microbiana. “El valor de la DQO es siempre superior al de la DBO porque muchas sustancias orgánicas pueden oxidarse químicamente,
pero no biológicamente”. (Yate, 2006)
5.1.2.3 Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO).
Los microorganismos emplean una cantidad de oxígeno disuelto para descomponer
desechos orgánicos de las aguas efluentes a una temperatura de 20 °C, a esta demanda se le conoce como demanda bioquímica de oxígeno DBO. “La DBO suele
emplearse para comprobar la carga orgánica de las aguas efluentes municipales e industriales biodegradables, sin tratar y tratadas”. (Yate, 2006)
Fenoles: El fenol (hidroxibenceno o bencenol) posee una gran cantidad de
sustancias derivadas de su uso, a las que ese les denomina como fenoles. “Los derivados fenólicos más importantes desde el punto de vista del control
analítico de las aguas son: Fenol; 2-Monoclorofenol; 4-Monoclorofenol; 2, 4, 6-Triclorofenol; Tretraclorofenoles; Pentaclorofenoles”. (Yate, 2006)
El autor también propone que:
Puesto que existe una gran variedad de compuestos fenólicos, sus efectos en organismos vivos varían según
la especie. De forma genérica, los fenoles son substancias muy tóxicas (HR=3) en estado puro. Por lo general, el fenol se utiliza como producto intermedio en
27
diversos procesos de producción, siendo producido y
consumido por la propia industria. (Yate, 2006)
5.1.2.4 Potencial de Hidrógeno (pH).
Waterboards (2021), plantea que, el pH es una medida indicativa de la acidez o la alcalinidad presente en el agua; puede definirse como la concentración de iones de hidrógeno en el líquido. Además, aseguran, que la escala del pH es logarítmica con
valores de 0 a 14. “Un incremento de una unidad en la escala logarítmica, equivale a una disminución diez veces mayor en la concentración de iones de hidrógeno.
Con una disminución del pH, el agua se hace más ácida y con un aumento de pH el agua se hace más básica”. (waterboards.ca.gov, 2021)
Las aguas residuales poseen características individuales debido a la concentración
de los desechos que varían en unos u otros sectores, las muestras deben evaluarse de forma individualizada, los análisis de laboratorio son una importante referencia
para el estudio y tratamiento de las A.R.D.
En la práctica, como se muestra a continuación, se exigen caracterizaciones típicas de aguas residuales, importantes como referencia de los parámetros de importancia
para análisis posteriores. Las A.R.D., arrastran en su flujo, excrementos humanos y orina, y por ello contribuyen principalmente, con materia orgánica (DBO), solidos
suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales.
A continuación, se muestran unas tablas e imágenes que contienen el resume de los valores promedio de los componentes de polución permitiendo visualizar sus
características de origen y aporte al caudal. Realizar una caracterización mediante muestreos y análisis de laboratorio, permitirá establecer el origen, toxicidad y niveles
de contaminación producidos por la carga orgánica presente.
28
Figura 2. Composición de Orina y Excremento Humano.
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (teoria y
principio de diseño). Bogota, colombia: Escuela colombiana de ingenieria. Recuperado el 2020.
29
Figura 3. Composición Típica de A.R.D.
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (teoria y principio de diseño). Bogota, colombia: Escuela colombiana de ingenieria.
Recuperado el 2020. (pág. 21).
30
Figura 4. Composición Aproximada de un Agua Residual Basada en un Caudal
de 400 L/c. d.
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (teoria y principio de diseño). Bogota, colombia: Escuela colombiana de ingenieria.
Recuperado el 2020. (pág. 21).
31
Figura 5. Características de un Agua Residual Domestica Típica.
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (teoria y principio de diseño). Bogota, colombia: Escuela colombiana de ingenieria.
Recuperado el 2020. (pág. 21).
32
Figura 6. Comparación de Agua Residual Cruda y un Efluente Secundario.
La suma y densidad de las aguas residuales varían sus cargas y contribucion
percapita dependiendo el pais y la zona. La siguiente tabla muetsra la carga promedio por persona de A.R.D. para comunidades pequeñas o areas ruraales.
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (teoria y principio de diseño). Bogota, colombia: Escuela colombiana de ingenieria.
Recuperado el 2020. (pág. 22).
33
Figura 7. Cargas Promedio de las Aguas Residuales Domesticas en el Área
Rural.
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (teoria y principio de diseño). Bogota, colombia: Escuela colombiana de ingenieria.
Recuperado el 2020. (pág. 23)
34
Figura 8. Características de un Agua Gris.
5.1.3 Agua Residual Domestica
Son las aguas originadas en las viviendas o instalaciones comerciales privadas y/o públicas. “Están compuestas por aguas fecales y aguas de lavado y limpieza. Los principales contaminantes que contienen son gérmenes patógenos, materia
orgánica, sólidos, detergentes, nitrógeno y fósforo, además de otros en menor proporción”. (dspace.espol.edu.ec, 2020)
Las aguas residuales (o servidas) pueden provenir de actividades industriales o agrícolas, instituciones, locales comerciales y del uso doméstico. Algunos
autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas residuales en el sentido que las primeras sólo
provienen del uso doméstico y las segundas corresponden a la mezcla de aguas domésticas e industriales. (dspace.espol.edu.ec, 2020)
5.1.3.1 Composición del Agua Residual Doméstica
Las A.R.D. debido a su composición conducen a la cuantificación de los elementos
físicos, químicos y biológicos presentes en ellas. El agua de suministro arrastra consigo, materia orgánica e inorgánica, además, de los residuos domésticos y
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (teoria y principio de diseño). Bogota, colombia: Escuela colombiana de
ingenieria. Recuperado el 2020. (pág. 23)
35
sanitarios como eses, orina, jabón, suciedad, residuos de alimentos, residuos
inorgánicos de los ablandadores de agua, entre otras sustancias; algunos de estos materiales de desecho quedan en suspensión, mientras que otros se disuelven o
resultan tan finamente divididos que se vuelven de naturaleza coloidal.
5.1.3.2 Componentes Físicos y Químicos.
En las A.R.D. la concentración de los contaminantes físicos y químicos es variable
y depende específicamente de las circunstancias propias. Además, la concentración de cada componente individual varía con la hora del día, el día de la semana y el
mes del año; estas variaciones resultan del ciclo normal de las actividades humanas a lo largo de un día determinado, de las diferencias del uso del agua entre los días laborables y los fines de semana, y las fluctuaciones con la estación del año.
5.1.3.3 Parámetros Físicos de la Calidad del Agua
Indicadores Contaminantes de Agua Residual: DBO: demanda biológica de oxigeno DQO: demanda química de oxigeno SST: solidos suspendidos
totales N: nitrógeno (producidos por agroquímicos) P: (producidos por agroquímicos) CT: coliformes totales CF: coliformes fecales.
36
Figura 9. Composición Típica de un Agua Residual Domestica No Tratada.
5.1.3.4 Componentes Biológicos.
El agua es un elemento muy importante para el desarrollo de las actividades diarias y el consumo humano, su alteración química o biológica podría causar afectaciones
negativas para la salud pública, de ahí, la necesidad de conocer y analizar sus componentes, fuente y naturaleza de microrganismos que puedan estar presentes
en ellas. “Muchas de las sustancias residuales presentes en los vertidos domésticos son orgánicas, y sirven de alimento a la flora saprofita que vive de la materia orgánica muerta. Como resultado el agua residual doméstica es inestable,
biodegradable y putrescible”. (Rojas, 1999)
De entre los microorganismos presentes en el agua
residual doméstica, las bacterias, protozoos y virus son los que deben preocupar principalmente. Las bacterias juegan un papel fundamental en la descomposición y
Fuente: CORBITT, Roberto A. Manual de referencia de la ingeniería
ambiental, McGraw/Interamericana, S.A.U, 2003. p. 6.18
37
estabilización de la materia orgánica, tanto en la
naturaleza como en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. Además, entre los organismos
patógenos que se encuentran en el agua residual doméstica, las bacterias son los más numerosos (en aguas residuales domesticas frescas pueden
encontrarse aproximadamente 105 bacterias por mililitro) y las responsables de enfermedades del tracto
gastrointestinal, como las fiebres tifoideas y paratifoideas, disentería, diarreas y cólera. Los seres humanos excretan estos organismos patógenos, por
infección o por ser portadores. (Rojas, 1999)
Con el fin de detectar un vertido de origen fecal con presencia de agentes
patógenos, labor que resulta ciertamente difícil y lenta, se emplea el empleo del análisis de agua residual para identificar el número de bacterias coliformes presentes en la muestra.
La Figura 10, contiene ejemplos de algunas bacterias, protozoos, virus y helmintos, patógenos más habituales. Los protozoos, que se alimentan de las bacterias, son
esenciales para el correcto funcionamiento de los tratamientos biológicos y en la purificación de cursos de agua, puesto que mantienen de forma natural un balance entre los diferentes grupos de microorganismos.
38
Figura 10. Patógenos que se Encuentran con Frecuencia en el Agua Residual
Doméstica.
39
5.1.4 Tratamiento de las Aguas Residuales
Por causa de la contaminación que afecta gravemente a la flora, fauna y recursos
hídricos y naturales en general las sociedades e han visto llevadas a la creación de estrategias y sistemas de mitigación de la huella dejada por la industrialización y la
explotación ambiental; para el caso de las aguas, se vienen diseñando distintas estrategias durante la historia humana para manejar de una forma u otra las líquidos de abastecimiento y los desechos producidos por el uso y consumo del preciado
mineral, esto, con el fin de proteger la salud y el bienestar general de dichas sociedades. La construcción de sistemas de tratamiento de aguas residuales
permite mitigar los riesgos para la salud producidos por los posibles agentes patógenos que se puedan encontrar en las fuentes hídricas, al igual, que favorece las posibilidades de reducir el impacto ambiental.
Cada sistema está diseñado para y según unas condiciones específicas que varían
de acuerdo a la geografía, condición económica y social, criterios para descargas de efluentes, y motivaciones ecológicas, por lo que, no todas las pantas y esquemas
cumplen las mismas funciones. “El objetivo principal del tratamiento de A.R.D. comprende las siguientes acciones a realizar: Remoción de DBO; Remoción SS; Remoción de patógenos; Remoción de nitrógeno y fósforo; Remoción de sustancias
orgánicas refractarias como los detergentes, fenoles y pesticidas, Remoción de trazas de metales pesados, Remoción de sustancias inorgánicas disueltas”.
(ideam.gov.co, 2020)
Los métodos utilizados para el tratamiento de aguas residuales pueden ser, procesos químicos, procesos biológicos y operaciones físicas; estos, suelen ser clasificados como operaciones físicas unitarias, procesos químicos unitarios y
procesos biológicos unitarios. Según IDEAM, (2020):
Las operaciones físicas unitarias son aquellas en las cuales predominan las acciones de fuerzas físicas;
Fuente: CORBITT, Roberto A. Manual de referencia de la ingeniería ambiental,
McGraw-Hill/Interamericana, S.A.U, 2003. p. 6.7-6.8.
40
haciendo parte de ella el desbaste, mezclado,
floculación, sedimentación, flotación, transferencia de gases y filtración. Los procesos químicos unitarios son
aquellos en donde la eliminación o conversión de los contaminantes se consigue con la adición de productos químicos, o gracias al desarrollo de ciertas reacciones
químicas. Fenómenos como la precipitación, adsorción y la desinfección son ejemplos de los procesos de
aplicación más común en el tratamiento de las AR. Los procesos biológicos unitarios son aquellos en donde la eliminación de los contaminantes se lleva a cabo gracias
a la actividad biológica. Su principal aplicación es la eliminación de las sustancias orgánicas biodegradables
presentes en el AR, en forma tanto coloidal como en disolución. (ideam.gov.co, 2020)
A continuación, se muestran las figuras que contienen los procesos químicos y
biológicos más utilizados al igual que las operaciones físicas más comunes en el
campo del tratamiento de aguas residuales:
41
Figura 11. Aplicaciones de las Operaciones Físicas Unitarias en el Tratamiento
de las A.R.D.
Fuente: ideam.gov.co. (16 de 01 de 2020). ideam.gov.co. Obtenido de
ideam.gov.co: http://documentacion.ideam.gov.co/
42
Figura 12. Aplicaciones de los Procesos Químicos Unitarios del Tratamiento de
A.R.D.
Fuente: ideam.gov.co. (16 de 01 de 2020). ideam.gov.co. Obtenido de
ideam.gov.co: http://documentacion.ideam.gov.co/
43
Figura 13. Aplicaciones de los procesos bilógicos unitarios del tratamiento de
A.R.D.
Fuente: ideam.gov.co. (16 de 01 de 2020). ideam.gov.co.
Obtenido de ideam.gov.co:
http://documentacion.ideam.gov.co/
44
Figura 14. Ventajas y Desventajas del Proceso Anaerobio.
Figura 15. Ventajas y Desventajas del Proceso Aerobio.
Fuente: ideam.gov.co. (16 de 01 de 2020). ideam.gov.co. Obtenido de ideam.gov.co: http://documentacion.ideam.gov.co/
Fuente: ideam.gov.co. (16 de 01 de 2020). ideam.gov.co. Obtenido de
ideam.gov.co: http://documentacion.ideam.gov.co/
45
5.2 MARCO GEOGRÁFICO
Girardot (ver, figura 16) es un municipio perteneciente al departamento de Cundinamarca, ubicado a 134 kilómetros al suroeste de Bogotá; hace parte de la
provincia del Alto Magdalena, limitando al norte con los municipios de Nariño y Tocaima, al sur con el municipio de Flandes y el río Magdalena, al oeste con el municipio de Nariño, el río Magdalena y el municipio de Coello y al este con el
municipio de Ricaurte y el río Bogotá. Posee una población de 120.000 habitantes distribuidos en una extensión de 130 km2, se encuentra a 275 m. sobre el nivel del
mar; está dividido en 5 comunas con 143 barrios y 13 veredas, entre ellas se encuentra la vereda Guabinal Plan, en dónde se encuentra ubicada la Institución Educativa Luis Antonio Duque Peña.
Figura 16. Mapa geográfico del municipio de Girardot, Cundinamarca.
Fuente:
https://www.google.com/search?q=girardot&rlz=1C1CHBD_esCO923CO924&oq=girr&aqs=chrome.2.69i57j46i10j0i10j0i10i433j0i10l3.3606j0j4&sourceid=chrom
e&ie=UTF-8#
46
Figura 17. Tabla Climática / Datos Históricos
Fuente: es.climate-data.org. (10 de febrero de 2021). es.climate-data.org. Obtenido de es.climate-data.org: https://es.climate-data.org/america-del/
Hay una diferencia de 149 mm de precipitación entre los meses más secos y los
más húmedos. La variación en las temperaturas durante todo el año es 1.4 °C.
5.3 MARCO CONCEPTUAL
Respecto del diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas, es posible hallar distintos trabajos de fuentes nacionales e internacionales, que
muestran el advenimiento del diseño e implementación de métodos de mejoramiento del manejo de aguas en zonas rurales y urbanas. Vale la pena,
examinar los fundamentos teóricos que dieron forma a la implementación de este tipo de sistemas, en diversos lugares del mundo, con el fin de, establecer los elementos clave en estos desarrollos.
En México se han desarrollado investigaciones como la realizada por Martínez (2011), plantean, “el objetivo de investigar el estado actual del tratamiento de las aguas residuales municipales en las comunidades rurales Mexicanas, así como
discutir cuáles son las barreras y retos que se deben superar, para incrementar la cobertura de plantas de tratamiento” (Martínez, 2011). Esto, debido a, que
recientemente según los autores, “se han hecho esfuerzos, por incrementar la cobertura de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales en México; sin
47
embargo, estos esfuerzos se han enfocado principalmente en las comunidades
urbanas”. En Colombia la situación no difiere mucho, los sectores campesinos, indígenas y rurales, sufren la falta de sistemas de agua potable y de tratamiento de
desechos, de ahí la importancia de desarrollar trabajos como este, en los que se busca brindar algún tipo de solución a esta problemática.
En Ecuador, en la provincia de Milagro, se realizó un proyecto denominado, Propuesta de Diseño de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Domesticas a Escala Piloto en la Universidad Estatal de Milagro (UNEMI), cuyo propósito fundamental es:
Proponer un diseño de una planta de tratamiento de
aguas residuales domésticas a escala piloto, con el fin de mejorar los vertidos hacia un cuerpo hídrico (…). Para
esto, se requirió, fundamentar teóricamente aspectos relacionados con plantas de tratamiento de aguas residuales dentro y fuera del país; analizar las
tecnologías existentes para el tratamiento de aguas residuales y verificar la más factible para su
implementación en el medio; realizar los planos constructivos, listado de materiales y presupuesto a requerir para la implementación de la planta de
tratamiento de aguas residuales a escala piloto. (Torres Cobo, 2020).
Lo anterior, permite ver la importancia que tiene en la investigación, el identificar
fundamentos locales y externos para la consolidación conceptual del diseño de este tipo de sistemas. Para dar proceso a las aguas residuales, “se tomaron en cuenta fundamentaciones teóricas, aplicadas en el país y también fuera del territorio
nacional, esto nos ayudó a conocer las diferentes tecnologías que se aplican al tratamiento de aguas residuales domésticas, para emplear la más factible según el
medio” (Torres Cobo, 2020); esta fue una de las conclusiones que derivaron de dicha investigación y que reafirma lo planteado anteriormente.
En la Universidad Nacional del Altiplano – Puno, se construyó la propuesta académica llamada, Evaluación y Propuesta Técnica de una Planta de Tratamiento
de Aguas Residuales en Massiapo del Distrito de Alto Inambari – Sandia, con el fin de:
Realizar la evaluación de la laguna de estabilización y
plantear una propuesta técnica de una planta de tratamiento de aguas residuales, con la finalidad de reducir la contaminación causada por efecto de las
descargas de aguas residuales en el distrito de Alto Inambar. (Lorenzo, 2013).
A diferencia del trabajo mencionado anteriormente, este proyecto requirió:
48
Realizar la evaluación del funcionamiento de la laguna
de estabilización de aguas residuales, y determinar los parámetros físicos, químicos y bacteriológicos, tales
como temperatura, potencial de hidrogeno, oxígeno disuelto, demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos
sedimentables y suspendidos, nitritos y nitratos. Y Plantear una propuesta técnica de una planta de
tratamiento de aguas residuales con filtración biológica, así contribuir con el saneamiento y disminuir la incidencia de enfermedades gastrointestinales en los
habitantes de la localidad. (Lorenzo, 2013)
A nivel nacional se hallan un gran número de trabajos que facilitan una forma de desarrollar estrategias similares aunque con objetivos distintos en diversas formas,
por ejemplo, la Propuesta Técnica para el Diseño de un Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales para el Municipio de Restrepo, Meta, cuyo objetivo comprende el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR), “capaz de
minimizar el nivel de contaminación presente en el vertimiento de las aguas residuales de Restrepo sector de la margen izquierda del río Upin hacia los cuerpos
hídricos que circulan por el mismo”. (Burgos García, 2015)
Para conseguir su cometido, Burgos García (2015), propuso: primero, determinar la población que va a ser beneficiada; segundo, calcular consumos netos y caudales máximos y mínimos; y tercero, presentar una alternativa del diseño de una planta
de tratamiento con sus respectivos cálculos. Finalmente concluyeron que:
La alternativa de diseño que se presenta para controlar la contaminación de las aguas servidas sobre el rio Upin,
demuestra un nivel de confianza mayor, partiendo que removerá un gran porcentaje de carga contaminante, su
diseño estará acorde al medio ambiente porque verterá al rio Upin las aguas tratadas de tal manera que no contaminara ningún tipo de recursos hídricos. (Burgos
García, 2015)
En el ámbito local, se encuentra el diseño propuesto por Charry (2019), denominado, Diseño y Montaje A Escala de una Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales Domesticas (PTAR), Como Modelo Funcional para el Desarrollo de Prácticas en el Laboratorio de Calidad de Aguas, del Programa de Ingeniería Civil de la Universidad Piloto de Colombia – SAM. Sus objetivos proponen:
Identificar los fundamentos teóricos, técnicos y legales
para el diseño de las PTAR domésticas. Investigar acerca de materiales que se puedan ser útiles de
acuerdo a sus características para el diseño del modelo funcional a escala PTAR domésticas. Realizar un
49
estudio inicial acerca de la calidad del agua a tratar antes
de usar la PTAR para así conocer el estado del agua y que componentes químicos como pH y turbiedad posee
en el momento. Elaborar el diseño, montaje y construcción para el modelo funcional a escala PTAR domésticas. Desarrollar un ensayo en el modelo
funcional a escala PTAR domésticas, para analizar los resultados físico-químicos que se obtengan en el agua
que sea tratada. Elaborar una guía de laboratorio indicando el marco teórico, objetivos y el procedimiento para el uso adecuado y obtención de datos en el modelo
funcional a escala PTAR domésticas. (Charry López, 2019)
5.4 MARCO LEGAL
5.4.1 Decreto 1594 de 1984
Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 9 de 1979, así como el Capítulo II del Título VI -Parte III- Libro II y el Título III de la Parte III -Libro I- del
Decreto - Ley 2811 de 1974 en cuanto a usos del agua y residuos líquidos. (Agricultura, 1984)
5.4.2 Ley 142 de 1994
Por la cual se establece el régimen de los servicios públicos domiciliarios y se dictan otras disposiciones.
Esta Ley se aplica a los servicios públicos
domiciliarios de acueducto, alcantarillado, aseo, energía eléctrica, distribución de gas combustible, telefonía [fija]
pública básica conmutada y la telefonía local móvil en el sector rural*; a las actividades que realicen las personas prestadoras de servicios públicos de que trata el
artículo 15 de la presente Ley, y a las actividades complementarias definidas en el Capítulo II del presente
título y a los otros servicios previstos en normas especiales de esta Ley. (República, 1994)
5.4.3 Ras 2000 título E
Su propósito es fijar los criterios básicos y requisitos mínimos que deben reunir los
diferentes procesos involucrados en la conceptualización, el diseño, la construcción,
50
la supervisión técnica, la puesta en marcha, la operación y el mantenimiento de los
sistemas de tratamiento de aguas residuales que se desarrollen en la República de Colombia, con el fin de garantizar su seguridad, durabilidad, funcionalidad, calidad,
eficiencia, sostenibilidad y redundancia dentro de un nivel de complejidad determinado. (Económico, 2000)
5.4.4 Resolución 0631 del 2015
Por la cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles
en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones. (Sostenible, 2015)
5.4.5 Resolución 0330 del 2017
La Resolución 0330 de 2017 expedida por el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio “Por la cual se adopta el Reglamento Técnico para el Sector de Agua Potable y
Saneamiento Básico – RAS y se derogan las resoluciones 1096 de 2000, 0424 de 2001, 0668 de
2003, 1459 de 2005, 1447 de 2005 y 2320 de 2009”.
La Resolución reglamenta los requisitos técnicos que se deben cumplir en las etapas de diseño
construcción, puesta en marcha, operación, mantenimiento y rehabilitación de la infraestructura
relacionada con los servicios públicos de acueducto, alcantarillado y aseo.
La Resolución aplica a los prestadores de los
servicios públicos de acueducto, alcantarillado y aseo, a las entidades formuladoras de proyectos de inversión en
el sector, a los entes de vigilancia y control, a las entidades territoriales y las demás con funciones en el sector de agua potable y saneamiento básico, en el
marco de la Ley 142 de 1994. Así como a los diseñadores, constructores, interventores, operadores,
entidades o personas contratantes que elaboren o adelanten diseños, ejecución de obras, operen y mantengan obras, instalaciones o sistemas propios del
sector de agua y saneamiento básico. (Ministeio de Vivienda, 2017)
51
6. DISEÑO METODOLÓGICO
6.1 FASE 1
Para obtener información precisa y detallada de las condiciones físicas, climáticas, ambientales y pluviales de la región, deben formularse los estudios mínimos y necesarios para proceder con el diseño de un sistema de tratamiento de aguas
residuales para la Institución Educativa Rural Luis Antonio Duque Peña, en la vereda, Guabinal Plan, corregimiento de Barzalosa, Girardot, Cundinamarca.
6.1.1 Estudios e indagación
6.1.1.1 Precipitación
Estudios Mínimos para el Diseño del Sistema de Tratamiento de A.R.D.; Tomado
de la base de datos del SICLICA – Sistema de Información Climatológica e Hidrológica, se observan los valores totales mensuales y los valores totales
mensuales, máxima 24h de precipitación, Corporación Autónoma y Regional (CAR).
52
Figura 18. Valores Totales Mensuales de Precipitación.
ESTACIÓN : 2120181 POZO AZUL
Latitud 0419 N Departamento CUNDINAMARCA Corriente R. BOGOTÁ Categoría PG
Longitud 7449 W Municipio GIRARDOT Cuenca R. BOGOTÁ Fecha Instalación
Elevación 450 m.s.n.m Oficina Provincial 3 ALTO MAGDALENA Fecha Suspensión
AÑO ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE
1989 1,5 78,8 76,8 36,6 9,2 106,9 139,7 9 30,1
1990 11,8 90,5 108,6 189,5 72,4 25,9 52,7 26,4 96,1 309,5 40
1991 35,4 18,2 101,9 182,9 178,5 118,1 35,7 14,8 180,4 14,4 135 42
1992 8 22 18,7 100,6 123,7 1,3 9,8 15,9 258,3 52,8 85,6 24
1993 137,9 87,9 81,6 323,9 50,5 10,6 22 94,6 127,2 200,1 152,1
1994 135 7,5 198,8 164 204,9 9,8 39 2,9 77,6 62 78 45
1995 4 7,9 53,2 150,6 140,9 132,7 207,5 81,4 126 137,7 67,2 102,3
1996 52,5 39,2 179,2 150,9 155,3 53,5 80,8 109,2 115 120,5 184,8 46,7
1997 66,5 84,2 188,2 56,8 85,9 0 1 83,4 154 71,9 92,1
1998 21,8 80,4 125,9 374,5 288,2 27,1 15,1 13,6 154 208 12 29,9
1999 68,9 255,3 29,1 235,3 30,6 137,8 14,3 48,3 144,6 226,6 70,5 69,7
2000 12 133,7 77,1 255,6 121,4 171,4 8 21,1 257,1 322,5 58,4 81,9
2001 78,9 151 238,1 132,1 177,5 16,8 76,8 0 61,7 115,6 183,5 60,1
2002 18 50,2 181 236,6 124,6 81,5 67,8 49,9 89,4 182,1 34,4 96,1
2003 0,7 67,1 120 24,6 0 8,5 74,6 224,8 166,5 46,2
2004 40,7 108,3 68,3 127,1 234 30,4 71,2 21,6 65,4 56,3 70,7 0
2005 75,4 79,1 75,4 49,4 176,7 20,3 10,8 2,9 57,2 270,6 142,8 52,6
2006 11,5 115,1 210,7 36,8 75,4 48 20,9 4,6 37,4 32 69,2 6,5
2007 72,4 0 158,7 165,5 221,2 10,8 87,7 17,5 57,9 141,2 113,6 7,5
2008 127,5 122 128,6 177,6 109,1 28 215,4 174,6 112,3 103,5 42,3
2009 124,4 27,5 70,9 138,3 98,3 47,9 2,5 46,6 125,5 49 101,3 154,8
2010 32,9 21,7 51,7 507,1 232,7 75 190,6 17 67,3 70,4 112,4 49,1
2011 3 177,6 158,9 93,2 80 15,5 60,4 17,6 54 111,7 116 37,8
2012 51,7 74,3 102,7 221,6 44,4 18,5 17,1 7,4 24,4 210,2 30,3 78,4
2013 13,6 86,9 109,9 148,5
C A R - CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCASICLICA - Sistema de Información Climatológica e Hidrológica
VALORES TOTALES MENSUALES DE PRECIPITACIÓN (mm)
04/01/1989
X=N=969200
Y=E=917550
Fuente: base de datos del SICLICA – Sistema de Información Climatológica e
Hidrológica, Corporación Autónoma y Regional (CAR).
53
6.1.1.2 Evaporación
Se extrae la información de evaporación total mensual de la estación la victoria del municipio de Tocaima, con el fin de dar el soporte de estudios mínimos para la ejecución del sistema de tratamiento de agua residual, ya que, las condiciones
climatológicas son muy similares a la zona rural en la que se haya la vereda Guabinal, la cual, limita con este municipio.
Figura 19. Valores Totales Mensuales de Evaporación, tomado de SICLICA –
Sistema de Información Climatológica e Hidrológica.
ESTACIÓN : 2120640 VICTORIA LA
Latitud 0428 N Departamento CUNDINAMARCA Corriente R. BOGOTÁ Categoría CO
Longitud 7436 W Municipio TOCAIMA Cuenca R. BOGOTÁ Fecha Instalación
Elevación 380 m.s.n.m Oficina Provincial 3 ALTO MAGDALENA Fecha Suspensión
AÑO ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOST SEPTI OCTUB NOVIE DICIE
1991 120,5 122,7 111,8 97,9 99,7 90,8 129,8 118,9 97,8 136,5 91,8 101,9
1992 108,6 112,5 121 128,2 113,3 112,2 155,8 152,4 122,9 140 93,5 108,9
1993 106,5 90,3 100,3 115,3 103,4 118 111,5 132,6 129,2 122,5 128 112,3
1994 121 93 98,6 86,6 84 113,6 112,8 106 99,4 79,9 78,9 110,9
1995 123,4 97,5 91,9 114,6 85,9 110,1 104,3 119,8 100 108,9 111,7 107,4
1996 102 105 109,9 110,4 96,4 90,2 116,9 137,6 120,1 107,8 106,8 116,9
1997 98,7 107,7 118,7 89,8 100,5 92,6 125,6 153,3 134,7 109,7 77,3 131,1
1998 123,3 129,9 122,3 104,2 112,1 136,5 141,4 151,9 136,7 121,9 116,1 122,6
1999 101,1 90 93 56,7 88,1 77,9 131,6 143,8 74,1 85,1 86,1 102,1
2000 117,6 92,5 101,8 64,7 67,7 83,3 126,3 139,2 85,9 116,3 103,9 102,2
2001 132,8 90,2 98,5 102,3 115,9 116,3 87,5 138,5 104,8 61,8 93,2 46,2
2002 109,4 115,7 74,8 42,7 87,2 66,7 90,5 130,3 86,8 102,8 81,8 75,7
2003 156,3 136,4 116,5 88,7 115,6 22,2 37,5 43 26 87,3 35,8
2004 127,9 113,1 139,2 94,9 99 129 130 176,3 147,4 139,5 121,7 106,3
2005 107,4 127 146,7 133,4 159,3 125,9 143,9 165,4 129,3 118,1 99,8 104,1
2006 112,4 113,5 106,8 99,1 107,1 109,2 147,4 163,6 123,8 114,9 93,4 96,3
2007 14,3 171,3 148,7 89,8 102,4 100,7 145,2 129,5 132 95,7 98,6 104,1
2008 107,9 116,6 124 105,8 88,9 95,1 122,3 69,4 115,6 124,4 102,9 121,8
2009 103,4 100,6 101,6 50,3 43,4 128 130,2
2010 62,3 58,9 76,6 87,7 67,3 55 88 106,7 106,8 123,8 96,2 101,3
2011 129,7 101,7 70,2 33,9 60 100,9 106 131,2 130,7 103,8 89,5 48,8
2012 129,5 120,3 126,6 60,8 115,7 109,7 118,2 134,1 129,3 140,7 89,7 116,6
2013 164,7 109,7 132,7 143,2 96,9 110,3 139,8 138,3 165,2 129,7 124,9 105,7
2014 124,8 103,4 110,4 113,4 106 102,8 146,6 153,7 163,9 138,4 110,4 134,1
2015 151,3 128,6 142,3 116,3 121,1 104,6 141,6 121,3 106,7 113,2 110,4 106
2016 116,9 121,5 124,9 105 109,5 108,2 128,6 155,1 108 99,7 98,1 95,1
2017 102,1 99,6 88,7 90,2 87 99,7 105,3 104,3 119,3 111,2 102,3 108,3
2018 107,8 96,5 131
C A R - CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCASICLICA - Sistema de Información Climatológica e Hidrológica
VALORES TOTALES MENSUALES DE EVAPORACIÓN (mm)
12/01/1986
X=N=985690
Y=E=941710
Fuente: base de datos del SICLICA – Sistema de Información Climatológica e
Hidrológica, Corporación Autónoma y Regional (CAR).
54
6.1.1.3 Fuente Hidrográfica
Se identificaron 3 fuentes hídricas, que limitan con el predio: Quebrada Guabinal,
zanja honda, Quebrada innominada tributaria a la Quebrada la Sangradera, todas desembocan en la cuenca baja del rio Bogotá.
Figura 20. Mapa hídrico de la zona que comprende la vereda Guabinal Plan.
6.2 FASE 2
En este momento, se analizan factores como población estudiantil, condiciones
físicas del suelo de la Institución (nivel freático, ensayo de permeabilidad del suelo, características y vida útil de los materiales de construcción que se implementaran
en el proceso constructivo del sistema, donde se destaca especificaciones del material, ensayos de permeabilidad, nivel freático
Fuente: https://www.geoambiental.com/
55
6.2.1 Población Institucional
Temporales:
(19) Estudiantes entre los grados cero y primero.
(28) Estudiantes entre los grados segundo y tercero.
(24) Estudiantes entre los grados cuarto y quinto.
(3) Docentes.
(2) Ecónoma.
(1) Vigilante.
(1) Domiciliario.
Permanentes
Un vigilante
Un domiciliario
6.2.2 Prueba De Permeabilidad Del Suelo Escuela Duque Peña
6.2.2.1 Permeabilidad en los Suelos
Se entiende por permeabilidad a la facilidad de movimiento de flujo a través de un medio poroso, esto, permite clasificar los suelos en: suelos permeables y suelos
impermeables. “La permeabilidad puede definirse como velocidad de flujo producida por un gradiente hidráulico unitario. El valor del coeficiente de permeabilidad (k) se usa como una medida de resistencia al flujo medida por el suelo. La permeabilidad
se ve afectada por diversos factores inherentes tanto al suelo como a las características del agua circulante” (Bárcena, 2021).
“Los factores principales son:
La densidad del suelo.
La relación de vacíos del suelo
La estructura y estratificación del suelo.
56
La existencia de agujeros, fisuras, etc. en el suelo.
La viscosidad del agua del suelo, que varía con la temperatura”. (Bárcena, 2021)
Imagen 1. Excavación con medidas de 30 centímetros de largo por 30 centímetros
de ancho, con 1 metro de profundidad.
Después de este proceso se procede a llenar con agua la excavación hasta su tope
Fuente: Foto tomada por el investigador.
57
Imagen 2. Excavación saturada con agua
Fuente: Foto tomada por el investigador
Después de este proceso se procede a llenar con agua la excavación hasta su tope máximo:
Cálculo del volumen de agua:
0.30 x 0.30 x 1.00 = 0.09m3
0.09 x 1000/1 = 90L
Se requiere un total de 90 litros de agua para llenar en su totalidad la excavación.
Prueba # 1:
Se llena en su totalidad y se hace un conteo de 10 minutos para estimar la capacidad de permeabilidad del terreno.
58
Prueba # 2:
De nuevo Se llena en su totalidad y se hace un conteo de 20 minutos para estimar la capacidad de permeabilidad del terreno.
Prueba # 3:
Nuevamente Se llena en su totalidad y se hace un conteo de 30 minutos para
estimar la capacidad de permeabilidad del terreno.
Imagen 3. Excavación prueba 1.
Se observa que pasados 10 minutos el agua descendió 10 centímetros, lo que
equivale a 1 centímetro por minuto.
Fuente: Foto tomada por el investigador.
59
Imagen 4. Excavación prueba 2.
Se observa que pasados 20 minutos el agua descendió 12 centímetros, lo que
equivale a 1.6 centímetro por minuto.
Fuente: Foto tomada por el investigador.
60
Imagen 5. Excavación prueba 3.
Se observa que pasado 30 minutos el agua descendió 15 centímetros, lo que
equivale a 2 centímetro por minuto.
6.2.3 Vida Útil del Sistema
Para determinar la vida útil de la estructura, se determinan previamente la de los
materiales con los cuales se va a ejecutar el diseño, teniendo en cuenta el tipo de material a usar, tubería P.V.C. y concreto 3000 psi.
6.2.3.1 Tubería P.V.C.
Tubos ranurados de policloruro de vinilo no plastificado (P.V.C.), son los que disponen de perforaciones u orificios uniformemente distribuidos en su superficie,
usados en el drenaje de suelos. Según el diámetro exterior de los tubos, éstos pueden ser corrugados y lisos hasta un diámetro inferior o igual a 200 mm y de
superficie exterior nervada e interior lisa para diámetros superiores a 200mm. El policloruro de vinilo es el segundo plástico más usado en el mundo, teniendo así una vida útil entre 15 y 100 años. (elorrio.eus, 2021)
Fuente: Foto tomada por el investigador.
61
6.2.3.2 Concreto
Los códigos buscan en general que las estructuras tengan vida útil por encima de los 50 años, pero hay que tener en cuenta que algunas estructuras deben ser
diseñadas para periodos aún más largos, digamos hasta 100 años y otras para periodos de 25 años o menos. Cangrejo (2015), cita diferentes autores para definir el conreto desde una pespectiva teórica fundamental:
El concreto es un material obtenido mediante una mezcla cuidadosa de cemento, arena, grava (u otro
agregado) y agua (Nilson, 2001), esta mezcla después de realizada se endurece en formaletas con la forma y las dimensiones adecuadas. Por otra parte para Rivva
(2000) define el concreto resaltando que se trata de un producto artificial compuesto de un medio ligante
denominado pasta, dentro del cual se encuentran embebidas partículas de un medio ligado denominado agregado; La pasta es el resultado de la combinación
entre el agua y el cemento, el agregado es referido por el autor como la fase discontinua del concreto ya que las
partículas no se encuentran unidas, existen a su vez los agregados finos y los agregados gruesos. El concreto en algunos casos se mezcla con aditivos según el uso o las
condiciones de instalación, se caracteriza por ser un compuesto que presenta una gran resistencia a la
compresión lo cual es considerado como uno de los mejores materiales en la construcción de proyectos de infraestructura pues proporciona seguridad y estabilidad
a las estructuras. (Cangrejo, 2015)
6.2.3.3 Acero
Fundamentalmente todos los aceros son principalmente, o más apropiadamente, aleaciones de hierro y carbono.
Los aceros llamados al simple carbono son aquellos que generalmente tienen aparte del carbono cantidades o
porcentajes pequeños de Mn, Si, S, P. Un ejemplo es el acero 1045 que tiene un 0.45% de carbono, 0.75% de manganeso, 0.40% de fósforo, 0.50% de azufre, y 0.22%
de silicio. Los aceros aleados son aquellos que contienen cantidades o porcentajes específicos de otros
elementos en una composición química los elementos más comúnmente aleados con estos aceros son el níquel, cromo, molibdeno, vanadio y tungsteno. El Mn se
62
encuentra también en esta categoría si se especifica
dentro de un porcentaje mayor al 1%. (Flores, 1996)
Según, arquitecturaenacero.org (2021), la vida útil del acero es muy alta. Algunos
estudios han estimado que una viga de acero con protección mínima a las corrosiones puede superar los 60 años. Esto, si se analiza como parte de un sistema constructivo.
6.2.3.4 LADRILLO
El ladrillo es uno de los materiales tipo cerámica o arcilla cocida más antiguo que se viene utilizando en el sector de la albañilería. Se distingue por su forma de prisma rectangular, y por sus propiedades
que le hacen tener una excelente resistencia a la compresión. También se distingue por sus cualidades de aislamiento acústico y
térmico. Con este material hecho de masa de barro cocida se logra levantar perfectamente cualquier muro o estructura. Este material es muy versátil, estable y duradero, siendo fabricado con cerámica roja
mezclada con otros elementos. Generalmente suelen tener un espesor que oscila entre los 4 y los 27 cm. Veamos los tipos que hay.
(cementoscibao.com, 2017)
Es más liviano y lleva menor cantidad de otros materiales de construcción, como cemento y arena. El rendimiento por metro
cuadrado es una de las ventajas más resaltadas llegando a ser el triple que otros sistemas alternativos de construcción. Estas virtudes tienen
una especial relevancia cuando se cotejan con su durabilidad: por lo general esperamos que una vivienda de ladrillos dure 100 años (o más). (lanacion.com.a, 2017)
6.3 FASE 3
En esta parte se representa el sistema hidráulico de forma conceptual, matemática y funcional; pasando por sus tratamientos (preliminar – primario – secundario –
terciario cuya finalidad, infiltrar el terreno natural sin afectar el subsuelo o efluentes cercanos), teniendo en cuenta todos los aspectos y estudios teóricos recopilados durante todo el proceso de investigación, para así adoptar un sistema totalmente
funcional.
63
Figura 21. Esquema de Tren de Tratamiento.
Fuente: Propia.
6.3.1 Cálculos Hidráulicos del Sistema de Tratamiento A.R.D.
6.3.1.1 Trampa De Grasas (Tratamiento Preliminar).
Se compone de tanques pequeños de flotación donde la grasa sale a la superficie
para ser retenida, mientras el agua aclarada, sale por una descarga inferior. No lleva partes mecánicas y posee un diseño similar al de un tanque séptico. Recibe nombres específicos según al tipo de material flotante que vaya a removerse,
además, se clasifican en domiciliar, colectiva y sedimentadores.
El diseño fue realizado de acuerdo a las características propias y el caudal del agua
residual a tratar, teniendo en cuenta, que la capacidad de almacenamiento mínimo expresada en kg de grasa, debe ser de por lo menos una cuarta parte del caudal de
SECUENCIA DE TRATAMIENTOS
Tratamiento preliminar (Trampa degrasas) elimininacion de grasas ydetergentes
Tratamiento primario (Tanqueseptico) decantacion de un 50 a 70%de sólidos suspendidos, tratamiendoanaerobio de lodos sedimentados.
Tratamiento secundario (FAFA) pormedio del filtro biológico se realiza unadegradación biológica anaeróbica deDBO soluble además de removercantidades adicionales de sólidossuspendidos.
Tratamiento terciario (campo de infiltracion)dispocicion final por medio de infiltracionadotando la opcion de un pozo teniendoencuenta los datos optenidos en losensayos.
64
diseño (caudal máximo horario) expresado en litros por minuto. (Ministerio de
Desarrollo Económico, 2000)
6.3.1.2 Tanque Séptico (Tratamiento Primario).
Como bien se ha mencionado al principio del documento, una de las principales falencias de la vereda Guabinal, es la de no contar con una red pública de alcantarillado acompañada de un sistema de tratamiento centralizado. Para la
disposición de aguas residuales domésticas su población ha tenido que acudir a sistemas convencionales o descentralizados, en ciertos casos deben hacer el
vertimiento directamente en la fuente hídrica más cercana sin haber efectuado ningún tipo de tratamiento a estas A.R.D., incurriendo en detrimento del medio ambiente, exponiéndose a sanciones ordenadas por la entidad ambiental
encargada de velar por los recursos hídricos del municipio, la Corporación Autónoma Regional (CAR).
De acuerdo con los parámetros estipulados en la norma RAS (2017), se procedió con el diseñó del tanque haciendo uso de una geometría prismática rectangular de dos cámaras subterráneas, selladas con tapas y permitiendo el acceso para su
debido mantenimiento. El efluente a disponer en el tanque, viene con un pos tratamiento efectuado por el tratamiento preliminar (trampa de grasas).
Las aguas residuales deben ser acondicionadas con el fin, de remover entre un 30% a 50% de DBO, un 15% de fosforo, y un 50 a 70% de sólidos suspendidos; se realizará un tratamiento anaerobio de lodos sedimentados, almacenando lodos y
material flotante, para así, lograr una mayor eficiencia con un periodo de retención mayor a 24 horas; ubicando una pantalla para gases en la unidad de salida del
tanque, sus cámaras múltiples tendrán interconexiones similares a dicha unidad de salida.
6.3.1.2.1 Localización.
El tanque posee espacio suficiente para su construcción y estará situado a 6m de estructuras como, salones, comedor escolar y baños, a 4m de un árbol de Acacio,
a 5m de redes públicas de abastecimiento de agua, a 28m de una canal de aguas lluvias en uno de los linderos de la escuela; la quebrada la “Sangrera” como una de las fuentes hídricas de montaña más cercana, está ubicada a 5 km al este y a 3 km
de una acequia contribuyente con esta misma fuente.
De acuerdo a la metodología del diseño, se augurará un correcto funcionamiento
del sistema teniendo en cuenta los siguientes criterios:
Rendimiento del proceso de tratamiento.
Almacenamiento de lodos
Amortiguamiento de caudales pico.
65
6.3.1.2.2 Cámaras del Tanque
Especificaciones de la cámara 1.
Tapa de seguridad de 0.60m, tubería de entrada con un “accesorio T” de 4 pulgadas
ubicado debajo de la tapa de registro para facilitar el varillaje por lo menos a 15 cm, la cota batea del tubo de entrada estará a 0.07m de la cota batea del tubo de salida del (FAFA) y así garantizar que el comportamiento hidráulico dentro del tanque
séptico y filtro funcionen bien.
Especificaciones cámara 2.
Tapa de seguridad de 0.60m en la parte superior de tanque, la salida del agua sedimentada se efectúa por medio de una venta (su función es permitir la conexión entre la cámara del tanque séptico a la cámara del filtro) de 0.25m (se asume este
valor para que el agua no tenga inconvenientes al ingresar) en el fondo del tanque, para así permitir el flujo accedente del líquido hacia la cámara del (FAFA) filtro
anaerobio de flujo ascendente.
6.3.1.3 Tratamiento Segundario, Filtro Anaerobio De Flujo Ascendente
(FAFA)
Antes de empezar con esta etapa, previamente se realizó un tratamiento preliminar y un primario en el cual se hace una respectiva separación de grasas, detergentes y solidos suspendidos.
Mediante este proceso buscamos realizar una depuración final al agua antes de ser llevada a su disposición final; por medio del filtro biológico se realiza una
degradación biológica anaeróbica de DBO soluble que escapa de los tratamientos anteriores, además de remover cantidades adicionales de sólidos suspendidos.
El principio básico del tratamiento en el FAFA lo realizan bacterias anaerobias que
crecen y se adhieren a un soporte inerte, formando una capa biológica, que al ponerse en contacto con el agua residual estabiliza la materia orgánica y se produce
metano como uno de los productos finales. (Ministerio de Desarrollo Económico, 2000)
- Tratamiento y Vaciado de Lodos Digeridos
Son los líquidos y material sólido que se bombea desde un tanque séptico. La nata se acumula en la superficie, mientras, que el lodo se deposita en el fondo, abarcando del 20% al 50% del volumen total del tanque cuando este es vaciado. Un
depósito séptico retiene generalmente del 60% al 70% de los sólidos, materia fecal y coloidal, que pasan a través del sistema. Por ningún motivo los residuos y
desechos sépticos serán vertidos en ningún tipo de cuerpo de agua superficial.
66
De acuerdo a lo anterior, se deja a disposición del personal de la escuela 2
alternativas de tratamientos de lodos.
compostaje como una opción viable a la hora de tratar los lodos digeridos en este tipo de condiciones de terreno, ya que, se cuenta con espacio para hacer
su adecuado manejo.
Los sólidos y líquidos de los residuos sépticos ya estabilizados, son sacados del tanque y sometidos a deshidratación, luego, son mezclados con un agente de abultamiento (por ejemplo, las virutas de madera, el aserrín), para
ser aireados por volteo. El proceso de compostaje, convierte los residuos sépticos en un material estable o material húmico que puede ser utilizado
como acondicionador del terreno en campos agrícolas; siempre y cuando, estos últimos no estén dedicados al cultivo de hortalizas, frutas o legumbres que se consuman crudas.
Al obtener el pH adecuado para dichos lodos, es posible utilizar dicho
compostaje como recuperador de las condiciones físicas y químicas del suelo y, laderas aledañas a la Institución, a su vez, convierte el suelo en tierra fértil para la siembra de flora.
También se contempla la opción de tratamiento de lodos mediante cal para
realizar una estabilización al pH de los lodos y evitar proliferación de olores y lixiviados que producen estos a la hora de ser sacados del tanque, para esto se requiere una disponibilidad del terreno y tener un nivel freático
profundo para poder realizar este proceso.
Se requiere de una excavación donde serán arrojados los lodos sacados del tanque, allí se procede a verter los lodos y aplicando tratamiento de cal se estabiliza el pH de estos.
6.3.1.4 Campo de Infiltración
En este tratamiento final se realizó un ensayo de permeabilidad, procedimiento para establecer la capacidad de infiltración y deducir la tasa de aplicación para el diseño
del sistema de disposición final, de acuerdo a las especificaciones de la norma RAS 17 y el libro del ingeniero Jairo Romero Rojas, Tratamiento de Aguas Residuales (teoria y principio de diseño).
Se realizaron los cálculos con las diferentes disposiciones finales como; zanjas de
infiltración, lechos y pozos de infiltración. Contemplando factores tales como; permeabilidad, disposición del suelo, área y nivel freático encontrándose a más de
5 metros de la rasante del suelo, datos obtenidos en la fase 2 del diseño
67
metodológico; se llega a la conclusión de que la disposición final se realizara por
medio del pozo de infiltración.
- Tratamiento Terciario, Pozo de Infiltración
En este proceso al momento de realizar la excavación debemos contar con un suelo totalmente seco para realizar su construcción, contar con una grava limpia aplicando
una capa mínima de 30 cm, utilizando bloque de ladrillo o de concreto. El pozo de infiltración es una excavación profunda para disposición sub-superficial de aguas
residuales y se filtra a través de las paredes laterales. La separación entre pozos es de 3 veces el diámetro del pozo
6.4 FASE 4
En esta parte se incluyen diseños (planos) de todo el sistema hidraulico de tratamiento de aguas residuales, desde el plano arquitectonico de la Institucion
Educativa, hasta el sistema completo con sus cortes.
68
6.4.1 Plano Arquitectonico
Figura 22. Plano Arquitectónico y ubicación del sistema en la institucion.
Fuente: Propia
69
Figura 23. Trampa de Grasas - Corte Perfil – Escala 1:1
Fuente: Propia
Figura 24. Trampa de Grasas - Corte Planta – Escala 1:1
Fuente: Propia
70
Figura 25. Tanque Séptico Y FAFA - Corte Perfil – Escala 1:1
Fuente: Propia
71
Figura 26. Tanque Séptico Y FAFA - Corte en Planta – Escala 1:1
Fuente: Propia
72
Figura 27. Pozo de Infiltración
Fuente: Propia
73
7. RESULTADOS
7.1 RESULTADOS DEL ENSAYO DE PERMEABILIDAD Y NIVEL FREÁTICO
Tabla 1. Datos del Ensayo de Infiltración
Fuente: Elaborada por el investigador.
Usando la última lectura se hace el siguiente cálculo. Por ejemplo, si la Lectura es de 15 cm en 30 minutos, la tasa de percolación será:
Tasa de percolación= 30/15= 2 min/cm
El área necesaria de infiltración se calcula con base en los resultados de la prueba de infiltración y la tasa de aplicación correspondiente, de acuerdo con los valores de la figura 28.
N (T)
Minutos (H)
Centimetros
1 10 10
2 20 12
3 30 15
74
Figura 28. Tasas de Aplicación de Aguas Residuales para Sistemas de Infiltración.
Fuente: Rojas, J. A. (1999). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ( teoria
y principio de diseño ). Bogota, colombia: Escuela colombiana de ingenieria. Recuperado el 2020
De acuerdo a los cálculos obtenidos y basándonos en los valores de la figura 28 se
encuentra una textura de suelo (arena media gruesa) con una tasa de percolación en un rango de 0.4 – 2.0 min/cm y la tasa de aplicación 48 L/m2d.
- Nivel Freático
Debido a factores económicos a la hora de hallar, identificar y plasmar el nivel freático de la zona, se tuvo en cuenta el ensayo de permeabilidad que se realizó al
suelo de la institución educativa, teniendo en cuenta los datos recopilados durante el proceso de realización de este, se puede determinar que el nivel freático de la zona se encuentra a una distancia considerada partiendo del punto de vista de un
campo de infiltración que se realizó de 1 metro de profundidad por un diámetro de 30 x 30.
75
Imagen 6. Profundidad de la Excavación.
Fuente: Foto tomada por el investigador.
Lo que lleva a sacar la conclusión de que el suelo es permeable, ya que, durante el
ensayo de permeabilidad o infiltración, el terreno se saturó de un total de 90 litros en el ensayo; esto, lleva a sacar la conclusión de, que si el terreno tuviese el nivel freático al menos de 2 metros, el tiempo que tardaría el agua en drenar hubiese sido
mayor que el arrojado en el ensayo, por lo tanto, se establece que le nivel freático se encuentra a más de 5 m de la rasante del suelo.
- Resultados de la Vida Útil del Sistema
T= TUBERIA C= CONCRETO
A= ACERO L= LADRILLO
T+C+A+L= 15+25+60+100=200 200/4= 50 AÑOS
76
Se realiza un sumatorio total de los años de durabilidad que tiene cada material de
construcción y a su vez se divide en el mismo número para así tener un promedio
de duración mínimo de la estructura.
7.2 RESULTADOS DE TRATAMIENTO PRELIMINAR TRAMPA DE
GRASAS
Para el diseño de la trampa de grasas se debe tener en cuenta el tipo de artefactos y el número de grifos para multiplicar la cantidad de estos por la unidad de gastos,
para obtener el total de grifos de los artefactos conectados a la trampa de grasas (ų).
Tabla 2. Total, de grifos de los A.S. conectadas a la trampa de grasas.
Fuente: Propia
Una vez obtenido el número de artefactos hidro-sanitarios que estarán conectados a la trampa de grasas se procede a calcular el caudal de diseño de esta. Con la
siguiente ecuación:
Qd = 0.3 * √𝑢
El cual se obtendrá en litros sobre segundo L/s
- Caudal de Diseño.
Qd = 0.3 * √32 = 1.70 l/s
Artefactos Cantidad Grifos Unid. Gastos Total
Lavabo 4 2.5 1 10
Lavadero 2 2 3 12
Duchas 1 1 1 1
Lavaplatos 2 2 2 8
Orinales 1 1 1 1
Total ų 32
77
A continuación, se procede a calcular el volumen (V), que es igual al caudal de
diseño por el tiempo de retención (TR), de acuerdo al Ras 17, debe ser mínimo de
2.5.
- Volumen Trampa de Grasas.
V= ((Qd*60s*TR)/1000)
V= ((1.70*60s*3)/1000) = 0.305 m3
Figura 29. Tiempo de Retención.
Se calcula en litros, y luego se pasa a m3 para calcular el área superficial que se
obtendrá en metros cuadrados (m2). Nunca debe diseñarse una trampa de grasas de un volumen inferior a 120 Litros. El tanque debe tener 0.25m² de área por cada litro por segundo, una relación ancha/longitud de 1:1 3:1 de acuerdo a las
actualizaciones del Ras 17.
- Área Superficial.
As = 0.25 * Qd
As = 0.25 * 1.70 = 0.42m2
Después de obtener el área superficial, se calcula el ancho y largo de la trampa de grasas. Relación 1.1
Figura 27. Tiempo de Retención Tomado de Minvivienda. (2017). REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO - RAS 2017. Bogotá, D.C.: República de Colombia.
78
- Ancho.
A = √𝐴𝑆1⁄
A = √0.421⁄ = 0.7
- Longitud.
B = 3 * A
B= 1 * 0.7 = 0.7
- Profundidad
Luego, se calcula la profundidad, la profundidad de la trampa de grasas mínima recomendada es de 0.35 metros mínimo según el RAS 17; en caso tal que la profundidad de diseño sea inferior se asumirá este valor para la trampa de grasas.
P = 𝑣
𝐴 ∗ 𝐵
P = 0.305
0.7 ∗ 0,7= 0.72
- Borde Libre.
Bl = P * 0.30
Bl = 0.72 * 0.30 = 0.22
El borde libre se recomienda que este entre 20% y 30% de la altura de la trampa de grasas; el tabique de separación se ubicará a los 2/3 de la entrada y 1/3 de la salida
de la trampa de grasas.
79
- Tabique de Separación
TS = B * 2/3
Caudal entrada 2/3
Ts = 0.7 * 2/3 = 0.43
Caudal de salida 1/3
Ts = 0.7 * 1/3 = 0.22
Tabla 3. Trampa de grasas.
1. Trampa de Grasas
Parámetros Valor Unidades
Ų (Unidades de Gasto) 32 Unid
Qd (Caudal de Diseño) 1.7 L/s
V (Volumen Útil) 0.305 m3
AS (Área Superficial) 0.42 m2
A (Ancho) 0.7 M
B (Longitud o Largo) 0.7 M
P (Profundidad) 0.72 M
Borde libre 0.22 M
Ø Entrada 2 Pul
Ø Salida 4 Pul
Tabique de separación 2/3 0.43 M
Fuente: Propia.
80
7.3 RESULTADOS DEL TRATAMIENTO PRIMARIO (TANQUE SÉPTICO).
- Volumen Útil
Para el cálculo del volumen útil del tanque séptico se recomienda el siguiente criterio.
Vu = 1000 + Nc (C * T + K * Lf)
Donde:
Nc: número contribuyentes = 70 (tabla de ponderado de Nc)
C: contribución de aguas residuales por persona (L/día)
T: tiempo de retención aguas residuales (día)
K: tasa de acumulación de lodos
Lf: contribución de lodos frescos (L/persona/día)
Para hallar el volumen útil del tanque séptico se debe ponderar contribución de
aguas residuales por persona (C) y contribución de lodos frescos (Lf). Mediante la recopilación de datos adquiridos durante el proceso de investigación, se determinó que el predio se clasifica en: ocupante permanente tipo clase baja y ocupante
temporal tipo escuelas:
Tipo ocupantes permanentes tipo clase baja (2 personas) el valor de C: 100 y el Lf: 1.
Para ocupantes temporales tipo escuela (76 personas) el valor de C: 50 y Lf: 0.2.
81
Tabla 4. Contribución de Aguas Residuales por Persona.
Fuente: Minvivienda. (2017). REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO - RAS 2017. Bogotá, D.C.: República de Colombia.
Ponderado �̅�
�̅� =∑𝑪 ∗ 𝑵𝒄
𝑵𝒄
�̅� =(𝟏𝟎𝟎∗𝟐)+(𝟓𝟎∗𝟕𝟔)
𝟕𝟖= 51.28
Unidedes
Ocupantes permanentes Und C Lf
persona 160 1
persona 130 1
persona 100 1
Hotel (excepto lavandería y cocina) persona 100 1
Alojamiento provisional persona 80 1
Ocupantes temporales
Fábrica en general persona 70 0,3
Oficinas temporales persona 50 0,2
Edificios públicos o comerciales persona 50 0,2
persona 50 0,2
persona 6 0,1
Restaurantes comida 25 0,01
Cines, teatros o locales de corta permanencia local 2 0,02
tasa unitaria 480 4Baños públicos
Escuelas
Bares
Residencia
Clase alta
Clase media
Clase baja
tabla 16,3 Contribución de aguas residuales por persona
PredioContribución de aguas
residuales (C) y lodos frescos
82
Ponderado Lf
𝑳𝒇̅̅ ̅̅ =∑𝑳𝒇 ∗ 𝑵𝒄
𝑵𝒄
𝑳𝒇̅̅ ̅̅ =(𝟏∗𝟐)+(𝟎.𝟐∗𝟕𝟔)
𝟕𝟖 = 0.22
Tabla 5. C y Lf Ponderadas.
Ponderado de la contribución de aguas residuales (c) y lodos frescos (l) para el
predio clasificado en ocupantes permanentes clase baja y temporales escuelas
según la tabla 4. Los resultados obtenidos se tendrán en cuanta para el cálculo de
vida útil.
Tabla 16.2 de C y Lf ponderadas
Nc ĈPond LfPond
Nc1 2 C1 200 Lf1 2
Nc2 76 C2 3800 Lf2 15,2
Nc3 C3 Lf3
Nc4 C4 Lf4
Nc5 C5 Lf5
Nc6 C6 Lf6
Nc7 C7 Lf7
Nc8 C8 Lf8
Nc9 C9 Lf9
Nc10 C10 Lf10
78 51,28 0,22
Fuente: Propia
83
Número de contribuyentes (Nc) 78 * contribución de agua residual (c) 51.2 = 4000L
Para obtener los valores de tiempo de retención debe observarse la figura 26; la contribución diaria expresada en (L) de nuestro diseño posee un valor de 3.900 L,
ubicándolo en un rango de contribución diaria que oscila entre los 3.000 y 4.500 L. para continuar con el cálculo del volumen útil se determinará como tiempo de
retención 0.83 días.
Figura 30. Tiempos de Retención.
Fuente: Minvivienda. (2017). REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA
POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO - RAS 2017. Bogotá, D.C.: República de Colombia.
El intervalo de limpieza asignado para la Institución Educativa Rural Luis Antonio
Duque Peña; en la Vereda, Guabinal Plan, Corregimiento de Barzalosa, Girardot,
Cundinamarca, fue de 2 años. La temperatura media de Girardot es de 28°c., el
valor de k se obtendrá de la figura 31, valores de tasa de acumulación de lodos
digeridos.
84
Figura 31. Valores de Tasa de Acumulación de Lodos Digeridos.
Fuente: Minvivienda. (2017). REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE
AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO - RAS 2017. Bogotá, D.C.: República de Colombia.
Obtenidos todos los valores de la fórmula según el RAS 17, para hallar el volumen útil del tanque séptico se procede a remplazar sus constantes.
Vu = 1000+78(51,28*0.83+97*0.22) = 5988 L
Vu = 5.988/1000 = 5.99 m3
- Profundidad Útil
Se procede a realizar los cálculos de área superficial, ancho, largo teniendo en cuenta que la profundidad asumida; puesto que el volumen útil es 5.9 m3, y
basándose en los datos del ensayo de permeabilidad en el área donde se plantea el diseño se concluyó que el nivel freático se encuentra a más de 5 metros de profundidad de la rasante del suelo; de esta forma, se da cumplimiento
con lo concertado en la norma que estipula que la estructura debe encontrarse a una altura vertical mínima de un metro, respecto del nivel freático.
Se ubica el volumen útil en 5.9 m3 que oscila entre 1 y 6 m3, con una profundidad
útil de 2.0 m que oscila entre 1.2 m mínimo, hasta una máxima de (2.2 m) de acuerdo a la figura 32.
85
Figura 32. Profundidad útil.
Fuente: Minvivienda. (2017). REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE
AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO - RAS 2017. Bogotá, D.C.: República de Colombia.
Área superficial
As = Vu/Pu
As = 5.99/2.0 = 3.0m2
- Ancho
De acuerdo a los parámetros de la norma (RAS 17) la cual establece una
relación largo ancho 2.1 mínima y 5.1 máxima.
Por lo tanto, se asume la mínima 2.1 por consideraciones de espacio horizontal
para el cálculo del ancho y largo del tanque séptico
A = (As/2.1)
A = (3.0/2.1) = 1.43 m
- Largo
B= (A*2,1)
B= (1.43*2.1)
B= 3.0 m
86
Tabla 5. Tratamiento Primario
Fuente: Propia
TANQUE SÉPTICO
PARÁMETROS VALOR UNIDADES
Número de Contribuyentes (Nc) 78 Hab.
Contribución de Aguas Residuales (C) 50 L/ Hab.-día
Contribución de Aguas Residuales 4000 L/día
Contribución de Lodo Fresco (Lf) 0,2 L/ Hab.-día
Intervalo de Limpieza 2 años
Temperatura Ambiente (C°) 28º Centígrados
Tasa de Acumulación de Lodos Digeridos (K) 97 días
Tiempo de Retención (T) 0,83 días
Volumen Útil (Vu) 5.99 m3
Profundidad 2.0 m
Área Superficial (As) 3.0 m2
Relación L:A 2.1 2 .1 – 5.1
Ancho (A) 1,43 m
Largo (B) 3,0 m
87
7.4 RESULTADOS DE TRATAMIENTO SECUNDARIO (FAFA)
- Cálculo del volumen útil del filtro anaeróbico en m3
Vu = (Qf * R / K)
Qf = caudal de aguas residuales
R = Relación R (volumen del filtro según el RAS)
K = volumen del filtro
Vu = (4.0* 0.04 / 0.1) = 1.60m3
- Profundidad del Filtro
La profundidad el filtro se da según la profundidad del tanque séptico restando las
alturas de la ventada de salida del flujo ubicada en el fondo de la segunda cámara
del tanque y la distancia vertical de 0.08 m la cual permite que el filtro quede
sumergido y su salida no se vaya a obstruir con las gravas.
Pf = P lámina de agua tanque. Sep. – h ventana – 0.08
Pf = 1.8 – 0.25 – 0.08 = 1.47m
- Ancho
El ancho del filtro tendrá el mismo ancho del tanque séptico para poder ensamblar
en una sola estructura.
A = A Tanque séptico
A = 1.43
- Largo.
L = Vf/P*A
L = 1.60 /1.47*1.43 = 0.76m
88
Tabla 6. Tratamiento secundario (FAFA)
FILTRO ANAERÓBICO DE FLUJO ASCENDENTE
PARÁMETROS VALOR UNIDADES
NUMERO DE CONTRIBUYENTES: Nc
78 (Hab.)
CONTRIBUCIÓN DE AGUAS RESIDUALES: C
51,282 (L/ Hab.)-día)
CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES: Qf 4,0 (m3/día) (Nc*C/1000)
RELACIÓN R (VOLUMEN FILTRO Vf/CAUDAL Qf)
0,04 Según RAS
CONSTANTE DE CAUDAL (RAS): K 0,1 (m3/día) Según RAS
VOLUMEN FILTRO: Vf 1,60 (m3) (Qf * R / K)
PROFUNDIDAD: P 1,47 (m) según la del
tanque séptico
ANCHO: A 1,43 (m) Igual al tanque
séptico
LARGO: L 0,76 (m) (l = Vf/P*A)
Fuente: Propia
7.5 RESULTADO DE TRATAMIENTO TERCIARIO (CAMPO DE
INFILTRACIÓN)
- Área Superficial
As = Ct/Ta
As = 3900/0.48 = 8.12 m2
- Tasa de Percolación
Usando la última lectura de la tabla 1 (datos de ensayo de infiltración) se hace el
siguiente cálculo. Por ejemplo, si la Lectura es de 15 cm en 30 minutos, la tasa de percolación será:
Tasa de percolación= 30/15= 2 min/cm
89
- Tasa de Aplicación
De acuerdo a los cálculos obtenidos y basándonos en los valores de la figura 24
(Tasas de aplicación de aguas residuales para sistemas de infiltración), se encuentra una textura de suelo (arena media gruesa) con una tasa de percolación
en un rango de 0.4 – 2.0 min/cm
Ta = 0.48 m
- Perímetro
P = π * D
P = π * 1.5
- Profundidad del Pozo
h = As/P
h = 8.12/4.71= 1.72 m
Tabla 7. Tratamiento Terciario (Pozo de infiltración)
PARÁMETROS VALOR UNIDADES
NUMERO DE CONTRIBUYENTES 78 Hab.
TIPO OCUPANTE permanente /
temporal
PREDIO escuela
CONTRIBUCIÓN DE AGUA RESIDUAL (c) 50 (l/hab-dia)
CONTRIBUCIÓN AGUAS RESIDUALES (Ct) 3900 (L/dia)
TAZA DE PERCOLACIÓN (Tp) 2,0 (Cm/min)
TAZA DE APLICACIÓN (Ta) 0,48
según tabla del libro de Jairo Alberto Romero
rojas
ÁREA SUPERFICIAL (As) 8,125 (m2)
90
DIÁMETRO DEL POZO 1,5 según el ras 17
PERÍMETRO DEL POZO (P) 4,71 π * D
N# DE POZOS 1
PROFUNDIDAD DEL POZO (h) 1,73 As/P
Fuente: Propia
91
8. CONCLUSIONES
Mediante el proceso de recopilación de datos, estudios y análisis, se encuentra que gran parte de los habitantes de la zona en la que se encuentra
la Institución, carecen de servicio de alcantarillado y en muchos casos de agua potable; por lo tanto, el proyecto se ha enfocado hacia la realización de
un diseño de tratamiento de aguas residuales que cumpla con los parámetros legales vigentes establecidos.
El diseño postulado permite brindar el manejo adecuado al agua antes de su
disposición final, contribuyendo con el cuidado del medio ambiente y la salud de los habitantes, por medio de la realización de una serie de tratamientos
que ayudaran a eliminar residuos sólidos, agentes patógenos, materia fecal y coloidal, presentes en el agua.
El diseño cuenta con un proceso preliminar - proceso primario -, un proceso
secundario y uno terciario en el que se da la disposición final; además, cuenta con un filtro anaeróbico (FAFA) de flujo ascendente; este, es el mayor
beneficio del sistema, ya que, dentro de los estudios realizados, se observó que los habitantes recurren a un sistema de pozo séptico ante la carencia de un sistema de alcantarillado. Muchas de estas aplicaciones van en contra de
los requisitos en cuanto a las descargas superficiales, debido a, que en un mismo recipiente ocurre el proceso de descomposición de la materia
orgánica y la infiltración al terreno, lo que no garantiza que se den las condiciones de descarga del efluente, poniendo en riesgo de contaminación a las aguas subterráneas.
El FAFA tiene la facilidad de biodegradar anaeróbicamente la materia que aún queda presente en el agua después de haber pasado por los tratamientos anteriores gracias su filtro biológico, logrando una remoción
generalmente de un 70% de DBO. Se logró incentivar la conciencia ambiental en los usuarios del sistema mediante la implementación, desarrollo y manejo
de las aguas y la disposición final de lodos que resultan al momento de hacer mantenimiento, dándole un tratamiento de compostaje.
92
9. RECOMENDACIONES
El diseño del sistema debe respetarse durante el periodo para el cual fue diseñado; se estimó su ejecución, debido a que los caudales se encuentran
estimados con base en la demanda por habitante, por lo que, después del año
2049, habría que realizarse una valoración de la planta para comprobar si aún se cumple con los parámetros con que se diseñó.
Cuando se vaya a construir el prototipo, deberá regirse bajo el diseño hidráulico y planos propuestos, ya que, se diseñó cumpliendo los parámetros establecidos
del reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS 2000 y parámetros de diseño del ingeniero Jairo Romero Rojas.
Una vez entre en operación el sistema de tratamiento, es importante la implementación de los parámetros de operación y mantenimiento.
93
10. ANEXOS
Anexo A. Archivo Fotográfico.
Imagen 7. Pozo séptico existente (estado colmatado).
Fuente: Propia.
94
Imagen 8. Escorrentía proveniente del pozo séptico colmatado.
Imagen 9. Escorrentía proveniente del pozo séptico colmatado.
Fuente: Propia.
Fuente: Propia.
95
Imagen 9. Grifería escolar baños niños, niñas y comedor.
Imagen 10. Grifería escolar baños niños, niñas y comedor.
Fuente: Propia.
Fuente: Propia.
96
Imagen 11. Patio escolar y escenario deportivo contiguos al pozo séptico
existente.
Fuente: Propia.
97
Imagen 12. Patio escolar y escenario deportivo contiguos al pozo séptico
existente.
Imagen 13. Patio escolar y escenario deportivo contiguos al pozo séptico
existente.
Fuente: Propia.
Fuente: Propia.
98
Imagen 14. Box Culvert aledaño a la Institución Educativa, ubicado sobre la vía
Girardot – Tocaima.
Fuente: Propia.
99
Imagen 15. Vía Girardot – Tocaima.
Fuente: Propia.
100
Imagen 16. Cocina y comedor estudiantil.
Fuente: Propia.
101
Imagen 17. Comedor Estudiantil.
Fuente: Propia.
102
Imagen 18. Zona donde se plantea la ubicación del Sistema, punto estratégico
que cumple con las normas para poder ejecutar el diseño.
Fuente: Propia.
103
Anexo B. Cartilla
Imagen 19. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Ç
Fuente: Propia.
104
Imagen 20. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
105
Imagen 21. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
106
Imagen 22. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
107
Imagen 23. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
108
Imagen 24. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
109
Imagen 25. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
110
Imagen 26. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
111
Imagen 27. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
112
Imagen 28. Manual de Mantenimiento del Sistema de Tratamiento de A.R.D.
Fuente: Propia.
Fuente: Propia.
113
11. BIBLIOGRAFÍA
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