PROPUESTAS DE ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE DISTINTOS TIPOS DE EFLUENTE EN ALGUNAS REGIONES DE COLOMBIA

VICTORIA ALEJANDRA ARELLANO PÁJAROBRIAM ALEXANDER HERNÁNDEZ CANOGUSTAVO ADOLFO HERRERA ARANGO

CARLOS ANDRÉS PARDO ZARACHEJULIO CESAR PARGA RIVAS

Construcción Colectiva

UNIVERSIDAD DE MANIZALESFACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONÓMICAS Y

ADMINISTRATIVASMAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE

MANEJO INTEGRADO DEL AGUA2015

RESUMENEn el presente ensayo, se pretendió analizar y realizar propuestas de alternativas de tratamiento de las aguas residuales de distintos tipos de efluente, a la luz del cumplimiento de la norma de vertimiento y de reúso vigente de Colombia. Los sectores seleccionados correspondieron aguas residuales municipales, aguas grises y lixiviados de relleno sanitario.Para la obtención de los resultados trazado se efectuó una identificación de los datos relevantes para el diseño de un sistema de tratamiento de cada uno de los casos de estudio, siendo, la cárcel la Picota, Municipio de Medellín, Corregimiento de Pueblo Nuevo, el relleno sanitario la Pradera y Los Cocos, se efectuó un análisis de las características puntuales de sus aguas residuales y por último, se propuso un sistema de tratamiento que permitiera el reúso o vertimiento del agua tratada.Para la elaboración del documento se utilizó información secundaria, correspondiente a las caracterizaciones de los efluentes, requerimientos normativos de vertimiento para cada uno de los casos estudiados, e información técnica de las opciones de tratamiento viables.De acuerdo a la información obtenida, se identificó para el caso del relleno sanitario Los Cocos el sistema de osmosis inversa, como un sistema de tratamiento que permite la obtención de un efluente con alta calidad y el reúso del agua en riego de vías y jardines; para el caso de del relleno sanitario La Pradera se identifica el tratamiento biológico como opción de mejoras de calidad del lixiviado; en el Caso de Pueblo Nuevo, al ser un municipio disperso se propuso un reactor anaerobio de flujo pistón (RAFP) y filtro FAFA; Para el Caso de estudio de Medellín, se identificó la necesidad de la planta de tratamiento de Bello para alcanzar los estándares exigidos por la norma de vertimiento; y por último, en el caso de la Picota, se propone el reúso de las aguas grises por medio de sistemas filtrantes y desinfección.

INTRODUCCIÓN

Uno de los problemas más importantes que viene aquejando a la humanidad, es el generado por la gestión inadecuada de las aguas residuales, que viene ocasionando deterioro a la calidad ambiental y representa un riego sanitario, principalmente por transmisión de enfermedades por la exposición directa a estas; es por ello que el manejo del agua y el saneamiento básico ha tomado gran importancia en la última década al tener como referentes las grandes catástrofes ecológicas a nivel nacional y mundial, que involucra directamente las condiciones en las cuales se desenvuelve el ser humano como parte activa de los ecosistemas.Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias (Mara, 1996). A lo largo del tiempo ni los gobiernos ni las comunidades han valorado la importancia de las aguas residuales, las cuales son utilizadas en el riego de cultivos, donde los agricultores están generando contaminación y proliferando enfermedades gastrointestinales, por la utilización de agua residual (sin tratar en la mayoría de los casos) o con un tratamiento muy deficiente; al ofrecer a los consumidores alimentos como verduras, frutas y hortalizas (Ramalho, R.S. 1996).Frente a esta temática el gobierno nacional formulo el plan de manejo de aguas residuales municipales, estructurado en el proyecto CONPES 3177, el cual fue aclarado mediante resolución 1207 de 2014, en lo referente al manejo del tratamiento de aguas residuales y su reúso, por parte de las pequeñas poblaciones. El tratamiento de aguas tiene un objetivo y es permitir que los efluentes industriales y domésticos sean dispuestos al agua o al suelo sin poner en peligro la salud humana o causar daños al medio ambiente; así mismo que pueda ser optimizada para utilizarla en otras actividades cumpliendo características que no generen contaminación o alteración al agua, el suelo o los alimentos. El reúso de aguas se ha aumentado en actividades agrícolas, por sus beneficios en el aumento de productividad por el aporte de materia orgánica y nutrientes a los suelos; así como es una ventaja económica al utilizar agua ya usada (baja el costo de tasa por uso del agua para riego y disminuye al mismo tiempo el pago por tasa retributiva en vertimientos). Una ventaja en el reúso es que no hay una descarga directa de un vertimiento al recurso hídrico, sino que este se vuelve a utilizar en otros procesos, para ello existen plantas de tratamiento de aguas residuales que utilizan procesos y equipos sofisticados que son costosos y financieramente difíciles de sostener en cuanto al mantenimiento y operación.

1. OBJETIVOS1.1. OBJETIVO GENERALPresentar propuestas de alternativas de tratamiento de las aguas residuales de distintos tipos de efluente en algunas regiones de Colombia.1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Describir una alternativa de tratamiento de las aguas residuales para una comunidad de poblaciones reducidas.

Describir de forma general la estructura de las plantas de tratamiento San Fernando y Bello y parámetros de vertimiento.

Proponer el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales que cumpla con las políticas ambientales establecidas y que sea de fácil adaptabilidad en el complejo penitenciario y carcelario la picota de la ciudad de Bogotá.

Proponer un sistema de tratamiento de lixiviado que trate la totalidad del lixiviado generado en el relleno sanitario Parque Ambiental Loma De Los Cocos que cumpla las normas de vertimiento y de reúso de Colombia.

Consultar las condiciones de generación de lixiviados en el Relleno Sanitario La Pradera y algunas posibilidades de tratamiento.

2. MARCO TEÓRICO Y DISCUSIÓN2.1. ESTUDIO DE CASO: PROPUESTA DE MANEJO DE LIXIVIADOS EN EL

RELLENO SANITARIO PARQUE AMBIENTAL LOMA DE LOS COCOSEl Parque Ambiental Loma de los Cocos cuenta con un área de 63.87 hectáreas, de las cuales 41,47 hectáreas serán ocupadas por residuos sólidos domiciliarios, teniendo una vida útil de 20 años, la cual empezó a contar desde el año 2005. A corte del 2014 en el relleno sanitario se disponen 1.125 toneladas por día de residuos sólidos ordinarios teniendo un área intervenida de 15 hectáreas.

Foto 1 Filtro Colector de fondo de lixiviado

Foto 2 Piscinas de almacenamiento de lixiviado

Fuente: Caribe Verde, 2014 Fuente: Caribe Verde, 2014

Los lixiviados que se generan por la descomposición natural de los residuos en el Parque Ambiental, son recolectados por medio de una red de filtros de fondo que se construyen en la fase de adecuación de los módulos de disposición; filtros perimetrales que colectan el lixiviado de los taludes perimetrales de la masa dispuesta de residuos; y bombas neumáticas que extraen lixiviado de forma activa de la masa de residuos. Los lixiviado generado por los residuos son conducidos a cinco piscinas de almacenamiento (llamadas pondaje) la cuales tienen en total una capacidad de almacenamiento de 16.569 m3, de estas piscinas solo dos, son receptoras, es decir, que tiene descarga directa de lixiviado recibiendo entre las dos un caudal promedio de 1,1 l/s de lixiviado, mientras las otras tres, son catalogadas como piscinas de emergencias, en donde se deposita lixiviado cuando el límite permitido en las piscinas receptoras es sobrepasado (Caribe Verde S.A. E.S.P., 2014).De acuerdo a las caracterizaciones físicas químicas efectuadas en el 2014 por laboratorios acreditados, al lixiviado que llega a las piscinas receptoras del relleno sanitario Parque Ambiental Loma De Los Cocos, tiene las siguientes características:Tabla 1 Caracterización físico química de lixiviado del relleno sanitario Parque Ambiental Loma de los Cocos – periodo 2014

Parámetro ENERO-14 ABRIL-14 JULIO-14 Límite máximo

Res. 631 de 2015

PONDAJE I

PONDAJE IV

PONDAJE I

PONDAJE IV

PONDAJE I

PONDAJE IV

Aceites y Grasa mg/l

21,5 9,25 6,5 <LD 12,5 12,25 20

Alcalinidad mg/l 4372 7889,4 8040,65 6268,15 9706,85 8284,85 Análisis y reporte

Aluminio mg/l 5 11,9 <LD <LD <LD 0,4 3Amonio mg/l 387,4 1349 1343 723 1772 1329,5 -Cadmio mg/l 0,032 0,044 <LD <LD 0,026 0,031 0,05Cloruros mg/l 3148 4484 4682,65 2875,05 4658,6 5952,2 500Cobre mg/l 10,43 14,15 <LD 0,046 <LD <LD 1Conductividad mS/cm

15,88 28,3 26,9 24,7 27,9 27,2 -

Cromo mg/l 0,054 0,053 0,153 0,147 0,261 0,283 0,5DBO5 mg/l 450 18450 212,5 1190 794 990 800DQOmg/l 13272,6 32951,8 4446 6530,1 8050 7750 2000Hierro mg/l 1,84 32,35 1,089 2,55 1,33 1,18 3Magnesio mg/l 233,6 1361,3 945,7 1319,8 43,31 59,41 Análisis y

reporteMercurio mg/l 6,98 26,6 <LD <LD <LD <LD 0,02pH 8,57 8 8,26 8,64 8,29 8,45 6- 9Plomo mg/l <LD <LD <LD <LD 0,275 0,225 0,2Sodio mg/l 4305 4725,4 4685,5 3243,6 962,3 998,3 -SD mg/l 9867,5 27727,2 14061,2 15982,5 14647,5 15680 -SST mg/l 95 520,45 37 246 82,5 188,7 400SSV mg/l 99 266,6 36 179 67,5 150 -ST mg/l 13412,5 48918,7 15118 16839 26224 16305 -Tensoactivo mg/l 226,

00 206,80

7,50

37,68

57,80

58,70

-

Zinc mg/l 0,095 0,43 0,061 0,209 0,375 0,459 3Fuente: Caribe Verde, 2014

Es importante menciona, pondaje I recibe el lixiviado generado por la zona más antigua del relleno sanitario, mientras que el pondaje IV recibe de la zona más joven y actualmente activa, además que las caracterizaciones efectuadas por la compañía no posee todos los parámetros de referencia contenidos en el

artículo 14 de la resolución 631 de 2014, faltando datos de solidos sedimentables, compuestos semivolatiles fenólicos, fenoles, SAAM, hidrocarburos totales, cianuro total, sulfatos, arsénico, bario niquel y plata.2.1.1. SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADO A CONSIDERARDada la gran variación que puede haber en la calidad de los lixiviados, hay muchos sistemas de tratamientos que pueden tenerse en cuenta para llevar el lixiviado a la calidad de vertimiento bajo la luz de la resolución 631 de 2014. La gama varía desde sistemas físico químicos tradicionales hasta sistemas de oxidación avanzada, estando la viabilidad de uno u otro tratamiento muchas veces determinada por los costos de inversión y mantenimiento.Tabla 2 Comparación entre tecnologías para el tratamiento de lixiviados de acuerdo a su rendimientos de remoción

Fuente: Giraldo, 2001

Teniendo en cuenta la tabla anterior, y a pesar de la complejidad de la operación asociada a la misma, considero pertinente el uso de un sistema de membrana para el tratamiento del lixiviado, tratando el lixiviado por medio de una planta de osmosis inversa. Los sistemas de osmosis inversa se fundamentan básicamente en el paso del agua de un medio concentrado a uno menos concentración, pasando el líquido por una membrana semi-permeable aplicando presión. Para el caso del tratamiento del lixiviado, este ingresaría a la planta la cual cuenta de dos salidas, una para el agua permeada a través de la membrana siendo baja en Sales que puede ser utilizada para distintos propósitos, por ejemplo desde una caldera, hasta en la industria farmacéutica; y otra para el Concentrado (Rechazo) que puede ser recirculado a la masa de residuos. (Ver Ilustración 1)

Ilustración 1 Esquema Sistema de Tratamiento de Lixiviados

Fuente: Viridian Colombia S.A.S, 2013

Los argumento que soporta la selección de un sistema de tratamiento de osmosis inversa para el Relleno Sanitario Parque Ambiental Loma De Los Cocos Son:

Debido diseño de la red de fondo de conducción de lixiviado, hay una variación considerable entre el lixiviado que llega al pondaje I y el lixiviado que llega al Pondaje IV, contando con lixiviado joven y maduro, los cuales poseen concentraciones diferentes, sobre todo la relacionada con DBO5 y DQO. En el caso de los sistemas de tratamientos físico químicos, esto demandaría homogenización del lixiviado y ante variaciones considerable en la calidad, habría que recalcular las cantidades de reactivos a aplicar; para el caso de los sistemas de tratamientos biológicos esto podría repercutir en la muerte de los microorganismos utilizados y además, de acuerdo a la bibliografía consultada estos sistemas por si solo no alcanzan los porcentajes de remoción requeridos, los cuales son superior al 94% del DBO5 y DQO. Los sistemas se osmosis al ser un tratamiento prácticamente físico, no habría una afectación a la calidad del efluente ante variaciones en la calidad de lixiviado, no obstante, si es importante mencionar que podría afectarse la cantidad de rechazo o concentrado, el cual en la condiciones actuales de lixiviado podría estar alrededor del 35%.

La calidad del efluente tratado, cumple con creces los requerimientos del artículo 14 de la resolución 631 de 2015 y la norma de reúso, permitiendo el uso para riego de vías y mantenimiento de jardines. Pudiendo reducir la concentración alta de cloruros que posee el lixiviado del relleno sanitario.

Aun con lo anteriormente mencionado, un aspecto que se debe estudiar con cuidado es el manejo del concentrado del sistema, el cual puede ser manejado a bajo costo por medios de lechos de secado y disposición final en el relleno (si

la autoridad ambiental lo permite) con el riesgo de que a largo plazo se puedan generar problemas en la operación, debido a que este concentrado aumenta la concentración de cloruros del lixiviado y su conductividad, haciendo que se aumente la generación de concentrado y después de cierto nivel de cloruros no es posible tratarlo con el sistema propuesto.Otro aspecto importante de mencionar, es el costo de la inversión de una planta de tratamiento de Ósmosis inversa de dos fases, con una capacidad de 120 m3/día, construida en un contenedor de 40 pies, lista para instalar en sitio, oscila en quinientos veinte mil Euros (520.000 Euros) antes de IVA (C-DEG, 2015). De igual forma, a partir del nuevo marco tarifario emitido por la Comisión de Regulación de Agua Potable y Saneamiento Básico –CRA- resolución 720 de 2015, hay un pago a través de tarifa del tratamiento de lixiviado, teniendo este sistema de tratamiento el mayor pago.2.2. ESTUDIO DE CASO: PROPUESTA DE MANEJO DE LIXIVIADO EN EL

RELLENO SANITARIO LA PRADERAEl Relleno Sanitario La Pradera, se ubica en la zona rural del municipio de Donmatías a unos 56 Km de la ciudad de Medellín, a 1.100 metros sobre el nivel del mar, con una temperatura ambiente promedio de 22° C y una precipitación media por mes de 18 mm/día. Ocupa un área de 382 hectáreas distribuidas en tres zonas, la primera denominada, La Carrilera (Hoy cerrada) ocupa un espacio de 7 hectáreas con una profundidad media para la disposición de los residuos de 12 metros, la segunda, conocida como La Música (en operación) tiene un área de 17 hectáreas con una profundidad promedio de disposición de residuos de 35 metros, y la tercera con el nombre de Altaír 1 y 2 (en apertura) con un área de 22 hectáreas. La zona geográfica adyacente corresponde a un relieve montañoso con una cobertura de bosques que funciona como área de amortiguación, y es colindante con el río Medellín.

Después de la adecuación del sitio (impermeabilización con geomembrana, construcción de vías de acceso, y plataformas entre otros) se habilitan la zonas para la disposición de los residuos recibidos, la cual consiste en la disgregación y compactación de los residuos en capas promedio de 30 cm con cobertura de la celda al alcanzar la altura permitida. Cabe resaltar que la conformación de las celdas guarda una pendiente esto con el objeto de facilitar el flujo de agua y el funcionamiento del sistema de drenaje de escorrentía dentro del vaso. Adicionalmente se construyen cada cinco metros de alturas filtros para drenaje de lixiviados y cada cuarenta metros chimeneas de desfogue de gases, formando un sistema interconectado que facilite la evacuación de lixiviados y gases (SCS ENGINEERS, 2007: 3).

Foto 3 Impermeabilización del fondo Relleno Sanitario La Pradera

Foto 4 Cobertura de residuos e inicio de la cobertura final

Fuente: SCS ENGINEERS, 2007. Fuente: SCS ENGINEERS, 2007.

“El control de aguas lluvias se realiza mediante un sistema de canales de recolección tanto revestidos en concreto (áreas clausuradas) como sobre terreno natural, siendo estos últimos provisionales, ubicados en los puntos de contacto entre las vías temporales y los residuos” (SCS ENGINEERS, 2007: 3).Foto 5 Sistema de canales perimetrales del Relleno Sanitario La Pradera

Fuente: SCS ENGINEERS, 2007.

Un manejo correcto del lixiviado utilizando sistemas de tratamiento eficaces reduciría ostensiblemente la contaminación de las fuentes de agua superficiales y subterráneas, y evitaría o disminuiría que el uso posterior de estos cuerpos de agua, para el riego y el consumo humano y de animales, genere contaminación del suelo y efectos negativos en la salud de personas y animales. Y de esta forma también cumplir con los estándares establecidos en materia de vertimientos, en el decreto 3930 de 2010. En el caso colombiano, se han aplicado sistemas de recolección y tratamiento de lixiviados, que han sido muy deficientes para evitar que estos líquidos sigan contaminando el suelo y las fuentes de agua. “De todos los rellenos existentes en el país sólo se han reportado 38 instalaciones para tratamiento de lixiviados, de los cuales apenas aproximadamente la mitad son tratamientos eficaces” (Pérez Aristizábal, 2010).

El manejo de lixiviados en el Relleno Sanitario La Pradera, tenía la intención de recolectar y trasladar a unas lagunas de almacenamiento este líquido, para luego conducirlo a la Planta de Tratamiento de San Fernando. La recolección en las lagunas se viene realizando adecuadamente, pero el ingreso para su tratamiento en la Planta de San Fernando ha sido restringido, por la alta carga de compuestos orgánicos y metales pesados de este lixiviado.

Esta situación ha conllevado a que los lixiviados sean almacenados en las piscinas, teniendo un tratamiento parcial y luego sean dirigidos a quebradas en el área de influencia o directamente al Río Medellín, de acuerdo a los informes técnicos realizados por la Autoridad Ambiental Corantioquia. A pesar de realizarse un tratamiento a los lixiviados mediante las lagunas, el efluente llega al río con concentraciones altas de varios contaminantes, aun sin cumplirse el 80% de remoción en DBO y SST (parámetros a cumplir según el derogado decreto 1594 de 1984). Esto se agrava si se tiene en cuenta que esta fuente luego se convierte en el Río Porce que es represado para la generación de energía, por lo tanto las acciones tendientes a tratar este líquido contribuye a disminuir la contaminación del río, mitigar el grado de eutrofización y evitar los procesos de anaerobiosis por altas cargas de nutrientes y orgánicas dentro de los sistemas de embalse de Porce (Pérez Aristizábal, 2010).

Foto 6 Lagunas existentes para el tratamiento de lixiviado en el Relleno Sanitario La Pradera

Fuente: Cit. Pérez Aristizábal, 2010: 17

Este tratamiento usado en el Relleno Sanitario La Pradera es considerado como un tratamiento convencional por transferencia de lixiviado, en el que se recolectan los lixiviados en un sistema de lagunaje, para luego ser transportados por carrotanques hacia una planta de tratamiento, en este caso, la de San Fernando en el municipio de Itagüí, y allí ser combinada con aguas residuales domésticas (ARD), buscando aprovechar la carga de nitrógeno del lixiviado, y el fosforo aportado por el ARD, para hacer eficaz su tratamiento por vía biológica. El lixiviado de este Relleno Sanitario presenta altos contenidos de elementos tóxicos, que inhiben la actividad microbiológica reduciendo de esta manera la eficiencia de la Planta de Tratamiento. Por lo que las Empresas Públicas de Medellín, responsables de dicha Planta, limitaron la cantidad de lixiviado tratado a sólo 50 m3/día –del total de 300 m3/día enviados desde el Relleno-, lo que causo que se vertieran 250 m3/día al rio Medellín, incumpliendo la normatividad vigente al respecto.

Frente a esta situación, identificar las características del lixiviado es un factor primordial para realizar una propuesta de tratamiento eficaz, especialmente conocer su carga en Demanda Bioquimica de Oxigeno (DBO), en Demanda Química de Oxigeno (DQO) y en Carbono Orgánico Total (CTO), pues estos configuran su carga orgánica total que es la que provee de nutrientes a los microorganismos. El lixiviado generado en El Relleno Sanitario La Pradera, con base en 5 muestras analizadas por Corantioquia de noviembre del 2006 a Julio del 2007, “poseía una DQO promedio de 9328 ± 2720 mg/L y una –Demanda Bioquímica de Oxigeno a 5 días- DBO5 promedio de 4997 ± 1838 mg/L lo que resulta una proporción DBO5/DQO cercana a 0,5, lo cual evidenciaba la biodegradabilidad del lixiviado y viabiliza la implementación de un tratamiento biológico” (Pérez Aristizábal, 2010). Igualmente se muestra en la siguiente tabla los análisis de elementos de preocupación para la salubridad, realizados al lixiviado del Relleno Sanitario La pradera, por SANEAR S.A en octubre de 2008, muestra un contenido alto de cromo y mercurio, por lo que estos aspectos deben tenerse en cuenta para la propuesta de tratamiento.Tabla 3 Análisis de metales pesados

Fuente: (Pérez Aristizábal, 2010)

Teniendo como referencia las características específicas del lixiviado del Relleno Sanitario La Pradera descritas arriba, y la recomendación realizada por el ingeniero Juan David Pérez Aristizábal en el análisis de su investigación, es factible la implementación de un tratamiento biológico, por lo menos para cumplir con los parámetros exigidos en la legislación ambiental colombiana sobre el vertimiento. No obstante, puede haber una incidencia de la concentración de metales pesados, como cromo, cadmio, plomo, entre otros que pueden llevar a que no sea totalmente efectivo el tratamiento, por lo que es importante efectuar una verificación de las cargas actuales de metales y metaloides en el lixiviado. Para determinar si es necesario un pretratamiento del lixiviado.

Tabla 4 Tratamientos biológicos de lixiviados de relleno sanitario

Fuente: Construcción propia con base en clasificación propuesta por Pérez Aristizábal, 2010

2.3. ESTUDIO DE CASO: DISEÑO DE UN SISTEMA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS EN EL CONSEJO COMUNITARIO PUEBLO NUEVO, ZARAGOZA-ANTIOQUIA

La demanda de agua potable está directamente ligada al deterioro de la calidad del agua por vertimientos directos y por falta de tratamiento o por tratamientos deficientes posteriores al uso. En el departamento de Antioquia según la Encuesta de Medio Ambiente y Calidad de Vida (2011), el 26 % de los municipios no cuentan con permiso de vertimientos y el 47% no cuentan con planta de tratamiento de aguas residuales, lo que supone altas descargas de aguas residuales a los ríos, quebradas, ciénagas, humedales, aguas subterráneas o al mar.

Ilustración 2 Esquema Cobertura alcantarillado departamento de Antioquia.

Fuente: Encuesta de Medio Ambiente y Calidad de Vida, 2011.

Las soluciones tecnológicas que mejor se ajusten a las necesidades de la comunidad a ser atendida, deben analizar de manera preliminar las siguientes situaciones:

La distribución de las viviendas rurales, la disponibilidad y calidad del agua, la topografía del terreno, la existencia de caminos y de asentamientos veredales de población nucleada y configuración urbana en una determinada región, permiten formular el diseño siguiendo procedimientos convencionales, después de haber sido demostrada su justificación de acuerdo con el presupuesto con que se cuenta.

La dispersión de la vivienda hace difícil o imposible atender técnica y económicamente la provisión de los servicios de agua y alcantarillado a través de sistemas de acueducto colectivo y es necesario optar por soluciones individuales.

Los altos costos de los alcantarillados convencionales para recolectar y evacuar las aguas residuales domésticas en zonas rurales de población nucleada, en algunos asentamientos de población con bajos recursos económicos y los altos caudales de descargar domésticas que estos requieren en sus diseños, hacen difícil o imposible su implantación y es necesario recurrir a soluciones con alcantarillados no convencionales.

2.3.1. SELECCIÓN DE LA OPCIÓN TECNOLÓGICA DE ACUERDO AL RAS 2012

A continuación se describen los factores de orden técnico, social y económico que influencian la selección tecnológica:

I. Factores de orden técnicoEntre los principales factores y consideraciones de orden técnico a tener en cuenta para la selección de la tecnología, se tienen:

Cantidad de agua utilizada en la descarga Fuentes subterráneas de agua Densidad poblacional Facilidad de mantenimiento Tipo de suelo Topografía del terreno Permeabilidad del suelo (infiltración: rápida, media, alta) Nivel freático Zonas inundables Disponibilidad de terreno

II. Factores de orden socialA continuación se enumeran los factores y características sociales más importantes a tener en cuenta para la selección de un sistema de saneamiento en el sitio de origen:

Factor educativo.

Características de la población. Tipo de servicio. Se han considerado 3 niveles básicos de servicio:

unifamiliar, multifamiliar y comunal. Unifamiliar: Resuelve la atención de una vivienda. Multifamiliar: Permite la atención de 2 a 5 viviendas. Comunal: Permite la atención de hasta 10 viviendas o establecimientos de

hasta 50 personas.

III. Factores económicos Los costos de inversión y mantenimiento limitan en gran medida la selección de la opción tecnológica y el nivel del servicio y pueden inducir a que la selección de un sistema de saneamiento en el sitio de origen sea colectivo o individual, teniendo en cuenta los niveles de ingresos económicos de la población a ser atendida, los cuales pueden ser bajo, medio o alto.

Bajo: Cuando los ingresos familiares corresponden al salario mínimo mensual de una persona que puede ser el del jefe del hogar.

Medio: Corresponde a ingresos familiares equivalentes al 1,5% del salario mínimo mensual.

Alto: Cuando los ingresos familiares equivalen a 2 ó más veces el salario mínimo mensual legal en Colombia.

2.3.2. DESCRIPCIÓN DE LA OPCIÓN DE TRATAMIENTO PROPUESTODe acuerdo al análisis efectuado se propone un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas compuesto por un reactor anaerobio de flujo pistón (RAFP) y filtro FAFA, el cual consiste esencialmente en uno o varios tanques o compartimientos, en serie de sedimentación de sólidos. La función más utilizada del reactor anaerobio es la de acondicionar las aguas residuales para disposición subsuperficial. Por lo tanto, las principales ventajas de dicho sistema de tratamiento son:

Eliminar sólidos suspendidos y material flotante Realizar el tratamiento anaerobio de los lodos sedimentados. Almacenar lodos y material flotante.

Foto 7 Tanque para tratamiento de agua residual doméstica

I. Diseño de reactor anaerobio flujo pistónInformación previa

La población atendida es de 100 habitantes. No se proyecta la población, ya que el sistema planteado es de tipo

compacto y puede ser ampliado en el tiempo por medio de módulos, permitiendo atender la población creciente en el tiempo, para lo cual se propone la revisión de la población cada tres a cinco años y replantear si se requiere ampliación por módulos de los equipos propuestos.

Tabla 5 Parámetros de Diseño Filtro Anaerobio y Flujo Ascendente (FAFA).PARÁMETROS

Caudal 12700 L/dCaudal 12,7 m3/dDBO5 321 mg/lCarga orgánica volumétrica COV (asumida) 1,7 kgDBO5/m3díaEficiencia del tanque séptico (asumida) 80%

CALCULOSDBO5 afluente al FAFA 128 mg/lCarga orgánica CO 0,32 kg/m3

Volumen efectivo 2,39 m3

Factor de seguridad 0,00 (asumido)Volumen real 2,39 m3

Tiempo de retención hidráulico 4,62 horasDIMENSIONES (CIRCULAR)

Altura Total=Diámetro adoptado 1,70 mAltura Útil=Diámetro útil 1,80 mÁrea 2,0 m2

Longitud FAFA 1,19 mLongitud adoptada 1,20 mVolumen útil recalculado del FAFA (m3) 2,41Tiempo de retención para circular (TRH) 4,8 horas

EFICIENCIA DEL FAFA (%)Eficiencia de remoción utilizando E=100*[1-0,87*TDH-0,5] 59%

EFICIENCIA DEL SISTEMA COMPLETODBO5 Afluente, (concentración típica) 321 mg/lDBO5 Efluente, (después del séptico) 128 mg/lDBO5 Efluente, (después del FAFA) 52,2 mg/lEficiencia del sistema completo 84%TRH real de todo el sistema 28 horas

Ilustración 3 Esquema de Tanque séptico compacto

a) Tanque Séptico

b) FAFA

2.4. ESTUDIO DE CASO: SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL MUNICIPIO DE MEDELLIN

Con la creación de las Empresas Públicas de Medellín (E P.M.) en el año 1955 se dio un avance muy significativo en diferentes aspectos de bienes y servicios públicos referentes a agua alcantarillado y energía. Uno de los primeros y más importantes proyectos que se emprendió recién nacida esta empresa perteneciente al municipio de Medellín fue hacer un estudio para la planeación del diseño de la construcción del sistema de alcantarillado de la ciudad, que fue realizado Greeley and Hansen (USA), esta firma entregó en 1957 un informe que habló por primera vez de la necesidad del tratamiento de las aguas residuales que eran vertidas al Río Aburrá, o mal llamado Río Medellín.

Gracias al estudio en mención, desde finales de los años 50 hasta 1972 la infraestructura de aguas residuales del municipio de Medellín paso de 42 km a 380 km, y para el siglo XXI está en más de 4000 km.

En la década de los años 80, Empresas Públicas de Medellín contrató una consultoría con el objeto de desarrollar el “programa de saneamiento del Río y sus quebradas afluentes”, lo que derivó en la necesidad de establecer un plan piloto para toda la cuenca del Río Aburra, que está comprendida entre el municipio de Caldas hasta el municipio de Barbosa, estando en ese intermedio otros ocho municipios más, incluido la capital de Antioquía. Derivado de este Plan se estableció el objetivo de desarrollar cuatro grandes plantas de tratamiento, una en el municipio de Itagüí, otra en el municipio de Bello, una Girardota y otra en Barbosa.

Foto 8 Ubicación de planta de tratamientos de agua sobre el rio Aburrá

Nota: Tanque séptico compacto: a) retener aguas por un período entre 1 y 2 días, con el fin de separar los sólidos de los líquidos, digerir la materia orgánica y almacenar los sólidos digeridos durante el período de retención y permitir a los líquidos clarificados ser descargados para su eliminación final. b) tratamiento del afluente (Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente)

Fuente: Empresas Públicas de Medellín

En 1995 se inició la elaboración y el diseño de la planta estaría que ubicada en el municipio de Itagüí, siendo esta la primera planta secundaria del país, entrando en operación en el año 2000 con una capacidad de 1.8 m3/s, donde se trata aproximadamente el 20% de las aguas residuales que se generan en el Área metropolitana del Valle de Aburrá, básicamente los municipios de Itagüí, Envigado, Sabaneta, La Estrella y Caldas.

Es de anotar que esta planta de tratamiento también llegan diariamente 550 m³ de lixiviados del relleno sanitario Curva de Rodas, que se encuentra en la etapa de cierre y abandono.

Las características de la estructura y procesos de la Planta San Fernando grosso modo se estructura de la siguiente forma: unas rejas que reciben los sólidos de mayor tamaño los cuales son retirados automáticamente y dispuestas en contenedores para ser llevado al respectivo relleno sanitario, seguidamente el agua continúa a la estación de bombeo compuesto por bombas centrífugas de pozo seco que impulsa el líquido hasta tres desarenadores, de donde pasa el agua con partículas orgánicas livianas a la sedimentación primaria, donde los aceites y espumas son retirados y los sólidos pesados se van al fondo donde son barridos y retirados por una tolva central. El sistema de tratamiento que se utiliza en la planta San Fernando es de lodos activados compuestos por tres reactores biológicos, los cuales tienen un mecanismo de soplado que permite la transferencia de oxígeno, para que los microorganismos puedan realizar su ejercicio de transformación. Finalmente, se realiza una sedimentación final para retirar las partículas que hayan quedado después de estar en los reactores y proceder a vertir el agua en el río Medellín.Foto 9 Planta de Tratamiento San Fernando

Fuente: Aguas Nacionales

Con la puesta en marcha tanto de la Planta San Fernando desde el año 2000, ubicado en el sur del Valle Aburra y la planta ubicada en el municipio de Bello que entrará en funcionamiento en el 2016, se logrará en todo el recorrido del río aburra por la zona urbana un nivel de oxígeno disuelto igual o superior a 5 mg/l, esto sólo se logra por la proyección de que la respectivas plantas logren sanear un 80% la contaminación sobre la cuenca del río Aburrá.

Por las características de la ubicación de la Planta de Tratamiento la cual estará circundada por grandes construcciones urbanísticas y el espacio limitado que se tiene, se procedió a escoger el método de tratamiento de lodos activados convencionales.

Mediante este proyecto se transportarán las aguas residuales de los municipios de Medellín y Bello hasta el sitio en donde recibirán tratamiento de tipo secundario, antes de ser descargadas al río Medellín. Al reducir la carga orgánica que recibe el río se logrará el objetivo de calidad del agua, establecido por la autoridad ambiental -Área Metropolitana del Valle de Aburrá-, de elevar el contenido de oxígeno disuelto hasta un nivel mínimo de 5 mg/l en promedio. Esto permitirá la recuperación de espacios en las riberas que podrán ser dedicados a la recreación sin contacto y a desarrollos urbanísticos y paisajísticos; disminuirán las enfermedades de origen hídrico y se permitirá su uso en actividades industriales (Grupo EPM, Aguas Nacionales).

La Planta de Bello por ser tres veces más grande que la planta de San Fernando que lleva en funcionamiento ya 15 años es un poco más compleja, con respecto a las obras y procesos que se llevarán a cabo para el tratamiento de las aguas residuales tal y como la explica E P.M. esta estará compuesto por “las rejas, los desarenadores con los equipos asociados para la limpieza y disposición de la arena, el bombeo del agua residual sin tratar, los tanques de sedimentación primaria y sus equipos asociados, y la tuberías o canales que transportan el efluente primario hasta el tratamiento secundario” (EPM, 2015), esto con respecto al tratamiento preliminar y primario del que se compone esta obra, en relación al tratamiento secundario, reactores biológicos y sedimentación “esta comprende tanto los reactores como la sedimentación final, el bombeo de retorno de lodos, los sopladores y sus equipos asociados, y la entrega del agua residual tratada al río Medellín (EPM, 2015).Por la gran cantidad de lodos se hace necesario la esterilización y recuperación de energía, que en palabras de Empresas Públicas de Medellín es necesario la consecución de obras para “almacenamiento de lodos estabilizados, el trasiego

de los lodos estabilizados hasta el proceso de deshidratación, así como la recuperación de energía a partir del biogás”, que permitirá surtir del 30% de la energía que requiere la planta, además, de la construcción de las obras de control de olores.

Ilustración 4 Diagrama de Flujo de la Planta de Aguas Residuales de Bello

Fuente: Aguas Nacionales

Según un muestreo desarrollado por E.P.M. desde el año 2002 se ha establecido que hacia el norte de la cuenca del río Aburra sobre la jurisdicción del municipio de Medellín las aguas residuales municipales tienen las siguientes características:

“DBO5: 249 mg/l Sólidos suspendidos: 245 mg/l Nitrógeno total, NTK: 36 mg/l Fósforo total: 7 mg/l” (Empresas Públicas de Medellín, 2015)

Teniéndose en cuenta las proyecciones realizadas para la planta de tratamiento ubicada en el municipio de Bello, según Empresas Públicas de Medellín, 2015, “el caudal de aguas residuales (crudas, sin infiltración ni fuentes propias) que se espera recolectar en el año 2020 es de 3,923 l/s, equivalentes a una población de 2.260.000 personas, lo cual resulta de asumir una contribución promedio por persona de 150 l/d.”. Los siguientes son los parámetros y valores de la Planta de Tratamiento de Bello.

Tabla 6 Datos Planta de Tratamiento de BelloParámetro Valor

Caudal promedio de diseño - año 2020 5.0 m3/sCaudal máximo de diseño -año 2020 6.5 m3/s

Cargas contaminantes esperadas 123 t/d de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) (Ver pregunta 4), y 120 t/d de sólidos suspendidos

Concentración de DBO5 en el agua sin tratar

284 mg/l

Concentración de sólidos suspendidos en el agua sin tratar

277 mg/l

Población Equivalente (PE) 3,880,000 (1 PE= 31.7 g de DBO5/día)Cantidad de biosólido esperado 310 t/d, al 28% de contenido de sólidosTipo de tratamiento Secundario, es decir con eficiencia de la

remoción de materia orgánica superior al 80%. Incluye sedimentación primaria, lodos activados, espesamiento de lodos primarios por gravedad, espesamiento de lodos secundarios y deshidratación de lodos estabilizados por centrífugas, estabilización de lodos por medio de digestión anaeróbica, y control de olores.

Pretratamiento Incluye rejas gruesas y rejas finas, y desarenadores rectangulares aireados.

Biogás generado en la digestión de los lodos

Será utilizado para la generación de energía eléctrica por medio de motogeneradores estacionarios. Esta energía será consumida en la operación de la Planta, y corresponde a un tercio de la energía total consumida por la Planta.

Fuente: Empresas Públicas de Medellín

Teniendo en cuenta los valores anteriores, y dejando claro que el porcentaje de descontaminación que tendrá la Planta de Bello será de un 80%, se evidencia que está por encima de lo solicitado en la resolución 631 de 2015, por esto los porcentajes coinciden con los con la norma al momento de verter nuevamente las aguas de las Plantas al Río Aburrá, lo que genera que el estándar de la Planta de San Fernando sea superior a los exigidos por la norma actual, sin olvidar que hace más de 15 años está en funcionamiento. 2.5. ESTUDIO DE CASO: REÚSO DE AGUAS GRISES EN EL CENTRO

CARCELARIO LA PICOTAEl concepto de aguas residuales hace referencia a los líquidos que han sido utilizados en las actividades diarias de una localidad o una ciudad (domésticas, comerciales, industriales y de servicios), es por ello que las aguas residuales se componen, básicamente, de un 99.9% de agua y de un 0.1% de sólidos, sean éstos disueltos o suspendidos, se han clasificado según la perspectiva de los contaminantes que contienen las aguas residuales, se les ha denominado como:

Aguas negras a las Aguas Residuales provenientes de inodoros, es decir, aquellas que transportan excrementos humanos y orina, ricas en sólidos suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales.

Aguas grises a las Aguas Residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos y lavadoras, que aportan sólidos suspendidos, fosfatos, grasas y coliformes fecales, esto es, aguas residuales domésticas, excluyendo las de los inodoros

Aguas negras industriales a la mezcla de las aguas negras de una industria en combinación con las aguas residuales de sus descargas. Los contaminantes provenientes de la descarga están en función del proceso industrial, y tienen la mayoría de ellos efectos nocivos a la salud si no existe un control de la descarga.

Hoy en Colombia las ciudades generan grandes cantidades de aguas grises que son vertidas directamente a las fuentes de agua, que si bien es cierto los componentes como fosforo, potasio y nitrógeno las convierte en aguas contaminadas para lagos y ríos, estas pueden ser utilizadas como abonos para la horticultura y el riego brindando gran cantidad de nutrientes. Los volúmenes de agua con estas características, son abundantes y son utilizadas por una única vez, las cuales son desechadas y se conectan nuevamente a los caudales de agua que se han convertido en receptores de las aguas contaminadas, duplicando y aumentando así la carga contaminante que estas poseen, evidenciando de esta forma un desperdicio generalizado del uso racional del agua por parte de las personas.

En tal sentido las aguas grises representan entre el 50% y el 80% de las aguas residuales residenciales, y pueden ser aprovechadas, bajo ciertos tratamientos, para evacuar inodoros, regar jardines o realizar la limpieza de ciertas áreas. Puede ser aprovechada para actividades que no requieren de agua de calidad potable. Sin embargo, el sistema de drenaje convencional en los hogares desecha toda el agua directamente al alcantarillado junto con las aguas negras, contaminando así las aguas grises e impidiendo su posible aprovechamiento. El uso de este sistema no es muy común, pero en países como Australia, en donde el agua es muy escasa, es una práctica común.2.5.1. VENTAJAS DE USAR AGUAS GRISES

Menor consumo de agua potable Menor estrés sobre fuentes de aguas naturales Menor cantidad de aguas residuales Aprovechamiento en el jardín y áreas verdes

Lo ideal es alargar el ciclo de vida del agua, todo lo posible al interior de los hogares y grandes centros de aglomeración de personas, con el propósito de reutilizarla. Es claro que los costos son elevados en casas o recintos ya construidos, pero no tanto en las nuevas edificaciones, pues solo se requiere rediseñar el trazado y conexión de los desagües de áreas de lavado y bañeras a un depósito donde se realicen dos tratamientos de depuración: uno físico, mediante unos filtros que impedirían el paso de partículas sólidas, y otro químico, en el que al agua pasaría por un proceso de cloración mediante un dosificador automático y la dejaría lista para ser reutilizada.

Ilustración 5 Esquema de reuso de agua grises

Es fundamental que para que el sistema sea eficiente y surta el efecto esperado, se calcule acertadamente el tamaño del depósito, logrando un equilibrio entre el espacio utilizado y la capacidad de procesar agua del mismo. Para un hogar tradicional puede ser suficiente un depósito de 1 metro cúbico o 1000 litros, pero para instalaciones con gran número de personas se puede instalar uno o varios depósitos de 25 metros cúbicos, los cuales se pueden ubicar en las áreas bajas o sótanos La ubicación suele ser el sótano del edificio o, en algún caso, la azotea, en cuyo caso la distribución hasta las cisternas sería más fácil aprovechando la fuerza de la gravedad, el mantenimiento de todo el sistema de aguas grises se limita a una revisión anual de los filtros y el sistema de cloración que permite un ahorro de agua considerable y sin cambiar los hábitos de vida.

Para promover el uso responsable de este recurso en los hogares colombianos, no ha sido muy notorio, siendo casi nulo y a nivel empresarial e institucional, tampoco es la excepción, pues no se han socializado proyectos pilotos que permitan interactuar con esta conciencia de preservación del recurso hídrico.

Esta clase de tratamiento de las aguas residuales domiciliarias debe ser adoptado por los individuos de la sociedad, como una necesidad, a fin de mantener condiciones adecuadas de salud e higiene, que a la vez permitan conservar la calidad de las fuentes de agua y propender a un uso racional y sustentable del preciado recurso.2.5.2. DISEÑO DE REUSO DE AGUA DENTRO DE LA CARCEL El reciclaje de las aguas grises se debe concebir como una estrategia benéfica y viable desde el punto de vista ecológico y económico, donde la optimización de este recurso y no se necesita una gran inversión para su realización, pero las exigencias no son iguales a las del agua potable pero para que se surta el efecto requerido debe cumplir ciertos parámetros de higiene y su funcionamiento, no debe causar un impacto ambiental y tampoco generar altos costos de construcción u operación.

Con esta alternativa, se quiere aportar herramientas útiles en la vida diaria del interno de la cárcel, que responde a la crisis relacionada con la escasez y contaminación de las fuentes de agua, teniendo en cuenta que cada día en los establecimientos carcelarios se gasta una gran cantidad de agua en la ducha, el lavamanos, inodoros y lavado de ropa, la cual queda desechada, por esta razón el implementar un sistema de tratamiento de aguas grises, representará además una reducción en el consumo de agua potable y un aporte al manejo de los recursos hídricos utilizados por las instituciones del estado.

Evidentemente estás aguas no están totalmente sucias y su reutilización disminuye, un gran porcentaje el gasto de este recurso en la cárcel, que si bien para esta institución no tiene ningún significado, la implementación de un nuevo aprovechamiento, no representa grandes costos, ni requiere emplear sustancias químicas que contribuyan a la contaminación.

Sistemas de filtración de aguas grises.

Sistemas de Filtración mecánica: Se realiza a través de la utilización diferentes materiales con el fin de retener las partículas en suspensión del agua.

Sistemas de Filtración química: Su principal función es la eliminación de compuestos químicos que con la filtración mecánica no serían posibles. Los materiales filtrantes que se utilizan son:

o Carbón activado: Material absorbente que a través de un complejo proceso fisicoquímico retiene moléculas de determinados compuestos.

o Resinas sintéticas: Absorben una serie de compuestos determinados existiendo resinas específicas para eliminar nitratos o fosfatos. Los materiales óptimos para el diseño de filtros de aguas grises son: La arena sílice, grava sílice, recipiente cilíndrico de polietileno de alta densidad, estos materiales son de fácil consecución en el mercado con un precio económico.

Características de los materiales necesarios para el filtro Arena de Sílice: Es un compuesto resultante de la combinación del

sílice con el oxígeno. Esta molécula es insoluble en agua, y en la naturaleza se encuentra en forma de cuarzo. El sílice no es un producto peligroso ni tóxico, por lo tanto los riesgos son prácticamente nulos. Sus arenas son utilizadas especialmente como medio filtrante para depuración y potabilización de las aguas para la retención de partículas de tamaños muy pequeños que no son separados por decantación. El 99% del agua purificada en el mundo de hoy se consigue pasándola por Filtros rápidos de arena sílice.

Grava sílice: La grava es un material compuesto de óxido de silicio, donde una gran porción de las partículas son redondeadas. Estas deben poseer gran dureza y resistencia a la degradación durante el manejo y

uso. Deben cumplir con las especificaciones de solubilidad en ácido y dureza.

Envase de polietileno de alta densidad: Es un polímero que se caracteriza por tener una excelente resistencia térmica y química, muy buena resistencia al impacto.

3. CONCLUSIÓN

La implementación de planes y programas tendientes al tratamiento de aguas residuales en Colombia, son una necesidad urgente y prioritaria para recuperar las cuencas hidrográficas más contaminadas y propender por el mejoramiento de la calidad de vida de los ciudadanos, siendo esencial, brindar apoyo, acompañamiento y seguimiento en temas de tratamiento de aguas residuales, sobre todo en comunidades ribereñas de las principales cuencas hidrográficas del país.Las soluciones en cuanto al tratamiento de aguas residuales deben llevar implícito el componente de educación y sensibilización con el objeto de promover cultura de protección de recursos hídricos, donde los esfuerzos sean cada vez más significativos mediante alianzas público- privadas e interinstitucionales, que aborden no solo la temática de protección del recurso hídrico sino también de temas relacionados con el efecto adverso en la salud de los habitantes de las comunidades que carecen de adecuados sistemas de tratamientos de sus aguas residuales.Para lograr la descontaminación de grandes cuerpos de agua es necesario que las ciudades y sus comunidades se proyecten para poder lograr un orden lógico y sucesivo de la planeación y puesta en marcha de este tipo de proyectos, teniendo en cuenta que las inversiones para este tipo de asuntos son muy altos.Para la implementación de programas de plantas de tratamiento de aguas residuales, se debe apalancar inicialmente en la implementación del tratamiento de las aguas grises las cuales por sus características no generan un impacto ambiental sino una transformación en la cultura ambiental.

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