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1
DIAGNÓSTICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
(PTAR) DE TUNJA – BOYACÁ
LUISA LORENA PINEDA BUITRAGO
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD TRABAJO DE GRADO
BOGOTÁ D.C. 2017
2
DIAGNÓSTICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
(PTAR) DE TUNJA – BOYACÁ
LUISA LORENA PINEDA BUITRAGO
Trabajo de grado para optar al título de ingeniera civil
Director HENRY ALBERTO CÓRDOBA
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD TRABAJO DE GRADO
BOGOTÁ D.C. 2017
3
4
Nota de Aceptación
________________________
________________________
________________________
________________________
________________________
_________________________________________ Firma del presidente del jurado
_________________________________________ Firma del jurado
_________________________________________ Firma del jurado
Bogotá D.C., 02, Mayo, 2017
5
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 13
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 15
1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ................................................................... 15
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................. 15
2. OBJETIVOS .................................................................................................... 16
2.1. OBJETIVO GENERAL..................................................................................... 16
2.2. OBJETIVO ESPECÍFICO ................................................................................ 16
3. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ............................................................ 17
3.1. ANTECEDENTES ........................................................................................... 17
4. MARCO TEORICO .......................................................................................... 20
4.1. LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO ................................................................. 20
4.2. HIDROGRAFIA DE TUNJA ............................................................................. 21
4.2.1. Cuenca alta del río Chicamocha. .............................................................. 21
4.2.1.1. Subcuencas tributarias. ......................................................................... 21
4.3. LOCALIZACIÓN DE LA PTAR. ....................................................................... 22
4.3.1. Descripción del tratamiento. ..................................................................... 23
4.3.1.1. Tratamiento preliminar. .......................................................................... 23
4.3.1.2. Tratamiento secundario. ........................................................................ 25
4.3.1.3. Tratamiento de subproductos. ............................................................... 26
5. MARCO CONCEPTUAL .................................................................................. 29
6. MARCO LEGAL .............................................................................................. 33
7. ANÁLISIS ........................................................................................................ 36
7.1. PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN URBANA PARA EL MUNICIPIO DE
TUNJA- BOYACÁ .................................................................................................. 36
7.2. CÁLCULO DE CAUDALES ............................................................................. 37
7.3. CARACTERIZACIÓN DEL AGUA ................................................................... 38
7.3.1. Caracterización del afluente. .................................................................... 38
7.4. DIAGNOSTICO DE LAS ESTRUCTURAS DE LA PTAR ................................ 42
6
7.4.1. Rejilla Autolimpiante ................................................................................. 43
7.4.2. Desarenador. ............................................................................................ 44
7.4.3. Canaleta Parshall. .................................................................................... 46
7.4.4. Reactor UASB .......................................................................................... 47
7.4.5. Tanque de aireación. ................................................................................ 49
7.4.6. Sedimentador secundario. ........................................................................ 51
8. EVALUACIÓN FINAL ...................................................................................... 53
9. VALORACIÓN DE NUEVA TECNOLOGIA ..................................................... 55
10. CONCLUSIONES ............................................................................................ 58
11. RECOMENDACIONES ................................................................................... 59
7
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Subcuencas de la cuenca alta del río Chicamocha ................................. 21
Tabla 2. Normatividad. ........................................................................................... 33
Tabla 3. Censos municipio de Tunja. ..................................................................... 36
Tabla 4. Tasa de crecimiento. ................................................................................ 36
Tabla 5. Proyección de población. ......................................................................... 36
Tabla 6. Caudales. ................................................................................................. 38
Tabla 7. Características fisicoquímicas del afluente. ............................................. 38
Tabla 8. Características fisicoquímicas del efluente .............................................. 42
Tabla 9. Características de la rejilla. ...................................................................... 43
Tabla 10. Parámetros de cumplimiento para rejilla. ............................................... 44
Tabla 11. Características del desarenador ............................................................ 44
Tabla 12. Verificación de cumplimiento de parámetros desarenador. ................... 45
Tabla 13. Características de la canaleta Parshall. ................................................. 46
Tabla 14. Verificación de parámetros canaleta Parshall. ....................................... 47
Tabla 15. Características del reactor UASB. ......................................................... 47
Tabla 16. Verificación de parámetros reactor UASB .............................................. 48
Tabla 17. Características del tanque de aireación. ................................................ 49
Tabla 18. Características del sedimentador secundario. ....................................... 51
Tabla 19. Módulos de tratamiento. ......................................................................... 53
Tabla 20. Calidad del efluente con sistemas MBR. ................................................ 56
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Localización general municipio de Tunja (Boy) ....................................... 20
Figura 2. Localización satelital del proyecto .......................................................... 22
Figura 3. Descripción del tratamiento .................................................................... 23
Figura 4. Componentes de la PTAR ...................................................................... 28
Figura 5. Principales fuentes de aguas residuales municipales. ............................ 30
9
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Rejilla autolimpiante .......................................................................... 43
Ilustración 2. Desarenador. .................................................................................... 45
Ilustración 3. Recolección de lodos. ....................................................................... 45
Ilustración 4. Canaleta parshall .............................................................................. 47
Ilustración 5. Reactor UASB. Ilustración 6. Tubería UASB. ................................. 48
Ilustración 7. Tanque de aireación vacío. Ilustración 8. Tanque de aireación. ... 50
Ilustración 9. Sedimentador secundario. ................................................................ 52
Ilustración 10. Parámetros de verificación sedimentador secundario. ................... 52
10
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1. Laboratorios del afluente del municipio de Tunja ................................ 64
ANEXO 2. Ficha técnica membrana ZeeWeed ..................................................... 69
ANEXO 3 Planos .................................................................................................. 71
11
RESUMEN
El proyecto se realizó en la planta de tratamiento de agua residual del municipio
de Tunja, ubicada al nor-oriente de la ciudad y cuyo efluente es vertido al rio
Jordán. El principal objetivo de este proyecto fue presentar un diagnóstico de la
PTAR para lo cual, inicialmente se recopiló la información necesaria para entender
el modo de operación de la PTAR y las especificaciones de cada una de las
estructuras; posterior a esto, se realizó la verificación de cumplimiento de los
parámetros de diseño dados por diferentes autores para cada una de las
estructuras de la PTAR y finalmente, se determinó la posibilidad de actualización
de la planta física por medio de la implementación de una tecnología alternativa
viable.
De esta manera, en el diagnóstico realizado se encontró que la planta de
tratamiento no se encuentra en óptimas condiciones para tratar el caudal total del
presente año y no necesariamente por que se encuentre en mal estado; por el
contrario todas las estructuras están en buenas condiciones funcionales y
estructurales, sin embargo cada módulo tiene una capacidad menor a la
demandada actualmente.
De acuerdo a lo anterior, se realizó un análisis comparativo de los módulos
requeridos en el diseño original de la PTAR y los que se consideran necesarios de
acuerdo a los cálculos realizados en el presente documento.
Finalmente, teniendo en cuenta las características de la planta y su estado actual,
se eligió una de cinco tecnologías alternativas utilizadas en los últimos años
alrededor del mundo, la cual se considera como la mejor opción a implementar en
este caso.
Palabras clave: efluente, lodos activados, reactor anaerobio de flujo ascendente,
ultrafiltración.
12
ABSTRACT
The project was carried out at the wastewater treatment plant in the municipality of
Tunja, located north-east of the city and whose effluent is discharged into the
Jordan River. The main objective of this project was to present a diagnosis of the
WWTP, we initially collected the necessary information to understand the mode of
operation of the WWTP and the specifications of each ONE of the structures; After
this, verification of compliance of the design parameters given by different authors
for each of the structures of the WWTP was carried out and finally, the possibility of
updating the physical plant was determined by means of the implementation of an
alternative technology viable.
Thus, in the diagnosis made it was found that the treatment plant is not in optimal
conditions to treat the total flow of this year and not necessarily because it is in
poor condition; On the contrary all the structures are in good functional and
structural conditions, however each module has a smaller capacity than the one
currently demanded.
According to the above, a comparative analysis of the modules required in the
original design of the WWTP and those considered necessary according to the
calculations made in the present document was carried out.
Finally, taking into account the characteristics of the plant and its current state, one
of five alternative technologies used in recent years around the world was chosen,
which is considered as the best option to implement in this case.
Key words: effluent, muds activated, ultrafiltration, Upflow Anaerobic Sludge
Blanket.
13
INTRODUCCIÓN
El agua es uno de los recursos naturales más importante, abundante e
indispensable para la vida humana, sin embargo, su disponibilidad disminuye
paulatinamente a medida que aumenta su contaminación, esto afecta las
condiciones de saneamiento ambiental de una comunidad disminuyendo la calidad
de vida de esta.
Para disminuir estos índices de contaminación, es indispensable brindar un
tratamiento adecuado a las aguas residuales por medio de una planta de
tratamiento de agua residual (PTAR) minimizando el impacto del vertimiento de
aguas residuales a las fuentes de agua.
El presente documento se realizó con el fin de estudiar el funcionamiento
operacional de la planta de tratamiento de agua residual (PTAR) de Tunja, que fue
construida principalmente para contribuir a la descontaminación de los ríos Jordán
y la Vega, que desembocan en el rio Chicamocha, el segundo más contaminado
del país.
Para lograr esto, inicialmente se recolectó información acerca de la planta, la
mayoría suministrada por PROACTIVA, empresa a cargo de la PTAR, con base a
esta información, se tiene que el municipio de Tunja cuenta con una planta de
tratamiento con un sistema UASB + lodos activados con aireación extendida; la
operación de los reactores UASB se basa en “la actividad autorregulada de
diferentes grupos de bacterias que degradan la materia orgánica y se desarrollan
en forma interactiva, formando un lodo biológicamente activo en el reactor”1, y los
lodos activados por aireación extendida es “una modificación del proceso de lodos
activados que facilita la digestión aeróbica de los lodos dentro del sistema de
aireación. El proceso comprende la estabilización de la materia orgánica en
condiciones aerobias y la eliminación de los productos finales gaseosos en el
aire”2.
Posteriormente, se procedió a verificar el cumplimiento de los parámetros de
diseño de cada una de las estructuras de la PTAR en relación al caudal actual que
es de 553.24 L/s, determinando que no está tratando adecuadamente dicho
1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO. Reactores Anaerobios de Flujo
Ascendente (RAFA's o UASB) Antología [En línea]. Bogotá: [citado 26 Abril, 2017]. Disponible en:< http://chita.aragon.unam.mx/papime100310/documentos/RAFA.pdf> 2 AGUAMARKET. Aireación extendida [En línea]. Bogotá: [citado 26 Abril, 2017]. Disponible en:
<http://www.aguamarket.com/diccionario/terminos.asp?Id=45>
14
caudal, por lo cual se estableció que el caudal máximo que puede tratar cada
módulo es de 128 L/s para un total de 384 L/s.
Adicional a esto, y teniendo el caudal máximo a tratar por cada módulo, se realizó
un análisis comparativo de acuerdo al plan constructivo de la PTAR, cuyo diseño
está previsto para el año 2030 con una proyección de 8 módulos, determinando
que con 6 módulos se alcanzaría a tratar todo el caudal correspondiente a este
año.
Por otra parte, en los últimos años se ha buscado implementar nuevas tecnologías
en el tratamiento de agua residual, que sean amigables con el medio ambiente,
que presenten una disminución importante en cuanto al gasto energético y un
aumento en la calidad del efluente.
Entre los procesos que más han evolucionado en las últimas décadas se
encuentran los de filtración a través de membrana. De forma general, éstos
consisten “en forzar el paso del líquido a filtrar a través de una membrana
colocada sobre un soporte sólido. En función del tamaño de las partículas que se
deseen separar del líquido, variará el tipo de membrana a utilizar, siendo posible
elegir entre las de filtración, microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis
inversa”3.
Con base a esto se determinó que una buena alternativa para mejorar las
condiciones de calidad del efluente en la planta de tratamiento de agua residual de
Tunja es la implementación de membranas de ultrafiltración, las cuales “retienen el
paso de partículas con un tamaño de entre 1 nm y 100 nm (0,1 mm), que es el
tamaño de los virus, los coloides, las macroproteínas, las endotoxinas, etc”4,
mejorando de esta manera la calidad de vida de los habitantes.
3 CONDORCHEM ENVITECH. Filtración mediante membranas para el tratamiento aguas
residuales. Bogotá: [citado 26 Abril, 2017]. Disponible en: <http://blog.condorchem.com/membranas-tratamiento-aguas-residuales/> 4 Ibíd.
15
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
El rio Chicamocha, es el afluente más contaminado de Colombia después del río
Bogotá, nace en Tunja de la unión de los ríos Jordán y La Vega. Y es allí donde
empieza su degradación con las descargas de aguas negras de la capital
boyacense.
La contaminación de este río genera serios problemas ambientales y de salud en
la población, principalmente a las personas de los municipios aledaños las cuales
presentan “unas series de enfermedades respiratorias y gastrointestinales por
contaminación cruzada con fuentes de agua para consumo humano, esto se
evidencia en la frecuente notificación de toxiinfecciones alimentarías asociadas al
consumo de aguas, la prevalecía de Enfermedad Diarreica Aguda, la atención y
hospitalización de casos de hepatitis B y la proliferación de enfermedades
zoonoticas, siendo un departamento de alto riesgo para mortalidad”5.
Adicional a esto, según el plan de operación propuesto, para el año actual se
debería contar con cinco módulos funcionando, pero solo se tienen construidos
tres.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cómo podemos verificar que la planta de tratamiento de agua residual (PTAR) de
Tunja está teniendo un adecuado funcionamiento y cumpliendo los estándares
fisicoquímicos de calidad del agua?
5 MEDINA, Ángela Marcela, et al. Cuenca del río Chicamocha [En línea]. Bogotá: [citado 4 Abril,
2017]. Disponible en internet: <https://terelina.blogia.com/2011/032602-cuenca-del-rio-chicamocha.php>
16
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Realizar el diagnóstico de la planta de tratamiento de agua residual (PTAR) de
Tunja.
2.2. OBJETIVO ESPECÍFICO
- Recolectar información correspondiente a la planta de tratamiento de agua
residual (PTAR) de Tunja, para su posterior análisis y diagnóstico.
- Realizar los cálculos correspondientes para cada estructura perteneciente a
la PTAR, con el fin de verificar el estado y funcionamiento de estas.
- Realizar el análisis fisicoquímico del agua con los datos suministrados en la
planta.
- Determinar el estado actual que presenta la PTAR y la posibilidad de
actualización de la planta física.
17
3. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
3.1. ANTECEDENTES
Como antecedentes del proyecto, se presenta el estado el arte donde están los
aspectos más relevantes de la bibliografía disponible, que permitan conocer la
historia e identificar diferentes investigaciones realizadas en las últimas décadas
con respecto a la temática tratada en este documento, las plantas de tratamiento
de agua residual.
“El primer sistema de tratamiento en la humanidad que se utilizó fue anaerobio:
pozo séptico. En 1887 A.N. Talbot de Urbana (Illinois) le colocó bafles a dicho
pozo. En 1905 Karl Imhoff, ingeniero alemán separa las dos fases del proceso:
sedimentación y digestión. El gran avance fue el proceso de mineralización de
lodos en periodos largos de retención, haciendo más segura e inofensiva la
disposición”6.
En términos generales, en Colombia la construcción de sistemas de tratamientos
de aguas en es una práctica relativamente reciente. “La primera planta de
tratamiento de aguas residuales en Colombia fue construida en 1.933 en
Bogotá”7.
Por su parte, en Tunja “con el objeto de ejecutar el proyecto Plan de Saneamiento
Hídrico de los Ríos Jordán y La Vega, en agosto de 1999, el Municipio y la
empresa SERA.Q.A. TUNJA E.S.P. S.A., presentaron al hoy Ministerio de
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, el proyecto: “Optimización de los
Sistemas de Acueducto y Alcantarillado en la Zona Urbana del Municipio de
Tunja”, en el que se solicitaban recursos de apoyo financiero del Gobierno
Nacional”8. Y en Noviembre de ese mismo año se realizó el convenio de apoyo
financiero 022, suscrito entre las entidades anteriormente mencionadas.
A febrero de 2007, el porcentaje de avance del proyecto correspondía al 106%,
del planteamiento inicial del convenio donde se culminó, entre otras cosas “el
6 LIZARAZO, Jenny y ORJUELA, Martha. Sistemas de plantas de tratamiento de aguas residuales
en Colombia. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Medicina. Modalidad monografía, 2013. 82 p. 7 Ibíd., p.42.
8 SERA Q.A. Plan de manejo ambiental operación planta de tratamiento de aguas residuales PTAR
– Tunja. Tunja: 2007.
18
Interceptor del Río Jordán que se conecta a la estructura de llegada de la PTAR,
y se finalizaron las obras de interceptor del Sector Santa Inés y que permiten la
conexión de las aguas de los sectores centro y sur de la ciudad a la red
construida a partir de la Iglesia del mismo barrio y que termina también en
conexión con la estructura de llegada de la PTAR”9.
Por otro lado, y con respecto a la tecnología seleccionada como alternativa de
actualización de la planta; las membranas MBR han tomado gran fuerza en los
últimos años, principalmente en España donde se han implementado en la
actualización de plantas como: la EDAR de San Pedro del Pinatar (Murcia) “que es
la de mayor capacidad de tratamiento de España (20.000 m3/día con puntas de
2.000 m3/h), fue construida en el terreno que ocupaba la depuradora antigua y
trata 4 veces más caudal”10, la EDAR de Gava-Viladecans que sufrió “una
completa remodelación para adecuar el tratamiento de las aguas residuales a las
nuevas exigencias europeas en materia de vertidos en zonas sensibles y permitir
asimismo su reutilización en el medio natural”11, EDAR Riells i Viabrea (Girona),
EDAR la Bisbal (Girona), entre otras.
Como anteriormente se mencionó, en España es donde ha tenido mayor acogida
esta tecnología, sin embargo, en el mundo existen más de 1,000 plantas con las
está tecnologia, “que ofrecen una combinación de rendimiento, eficiencia
energética, durabilidad, facilidad de uso y fiabilidad. En América Latina hay
muchas plantas de MBR, algunas de éstas se encuentran en las ciudades de
Campinas (Sanasa – Servicios Municipales), Campos do Jordão (Sabesp –
Servicios Municipales) y Sao José dos Campos (Petrobras REVAP), muy cerca de
Sao Paulo, en Brasil; y en Vallejo, Saltillo y Guadalajara (plantas de Sabritas y
Pepsico), en México”12.
9 Ibíd., p.5
10 XYLEM WATER SOLUTIONS. ITT en los tratamientos terciarios avanzados [En línea]. Bogotá:
[citado 11 Mayo, 2017]. Disponible en: < http://www.xylemwatersolutions.com/scs/spain/es-es/aplicaciones/tratamientoagua/Art%C3%ADculos/Documents/a3.pdf> 11
CADAGUA. La combinación de los sistemas MBR e IFAS permite mejorar la depuradora de Gava-Viladecans [En línea]. Bogotá: [citado 11 Mayo, 2017]. Disponible en: <http://www.cadagua.es/pdf/edar_gava_viladecans.pdf> 12
GE REPORTS LATINOAMERICA. Tecnología para tratar aguas residuales: el reto para Latinoamérica [En línea]. Bogotá: [citado 16 de Mayo, 2017]. Disponible en: <http://www.gereportslatinoamerica.com/post/138740899426/tratar-aguas-residuales>
19
3.2. JUSTIFICACIÓN
Es evidente que algunas de las metas propuestas en cuanto a la construcción y
operación de la planta de tratamiento no han sido cumplidas a cabalidad, pues en
la actualidad se debería contar con 5 módulos construidos y operando; pero hasta
el día de hoy solo se dispone de 3.
Es por esto que se busca establecer el estado actual de la planta de tratamiento
de agua residual (PTAR) de Tunja para determinar si se está cumpliendo con los
objetivos planteados en el Plan de Saneamiento Hídrico de los Ríos Jordán y La
Vega. Ya que un inadecuado funcionamiento conlleva a maximizar la degradación
del ecosistema y repercute en la salud y la calidad de vida de los habitantes de la
ciudad.
Basados en todo lo anterior, el alcance de este proyecto inicia con el diagnóstico
de la planta de tratamiento de agua residual de Tunja de acuerdo a la
normatividad vigente y finaliza con el planteamiento de una propuesta de
actualización de la planta implementando una tecnología novedosa.
20
4. MARCO TEORICO
4.1. LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO
La ciudad de Tunja se encuentra ubicada sobre la cordillera Oriental, en la
parte central del Departamento de Boyacá, localizado a 05°32‟7‟‟ de latitud
norte y 73°22‟04‟‟ de longitud oeste, con alturas que van desde los 2.700
m.s.n.m. hasta 3.150 m.s.n.m. en la parte más elevada, con una extensión
de 121.4 Km2, y una temperatura de 13°C. Tunja es Agrícola, Cultural y
Comercial.
Limita por el norte con los municipios de Motavita y Cómbita, al oriente con
los municipios de Oicatá, Chivatá, Soracá y Boyacá, por el sur con
Ventaquemada y por el occidente con los municipios de Samacá, Cucaita y
Sora. Registra 200 desarrollos urbanísticos en la zona urbana y 10 veredas
en el sector rural: Barón Gallero, Barón Germania, Chorroblanco, El
Porvenir, La Esperanza, La Hoya, La Lajita, Pirgua, Runta y Tras del Alto.
Los ríos: Jordán que atraviesa a la ciudad de sur a norte y la Vega que va
de occidente a oriente, se consideran sus principales fuentes hídricas.13
Figura 1. Localización general municipio de Tunja (Boy)
Fuente: Alcaldía de Tunja, 2015
13
ALCALDIA DE TUNJA-BOYACÁ. Programa de gobierno [En línea]. [Citado 3 Marzo, 2017]. disponible en:< http://www.tunja-boyaca.gov.co/presentacion.shtml>
21
4.2. HIDROGRAFIA DE TUNJA
“El principal recurso hídrico de la ciudad es la Represa de Teatinos, que abastece en su totalidad el área urbana, el cual se apoya en un inmenso acuífero subterráneo que se ubica bajo toda el área rural y urbana”14.
Igualmente cuenta con tres ríos y numerosas quebradas atraviesan su territorio: como el rio Jordán, rio teatinos, rio la vega y rio la cascada.
En cuanto a la disposición de las aguas residuales, que es en lo cual se centra
este estudio, las aguas son vertidas al Rio Jordán que hace parte de la cuenca
alta del río Chicamocha.
4.2.1. Cuenca alta del río Chicamocha.
“El río Chicamocha toma su nombre después de la confluencia del río Jordán y el
río Tuta, por lo tanto se podría decir que tiene dos nacimientos, el del río Jordán y
el del río Tuta. A lo largo del río, la cuenca se extiende hasta el sitio denominado
Vado Castro ubicado en la salida de Sogamoso. Este sistema hídrico tiene una
área de 212.767 hectáreas, con una longitud estimada de su red hídrica de
4„469.261 m (4.469 km)”15.
4.2.1.1. Subcuencas tributarias.
La cuenca alta del río Chicamocha se encuentra subdividida en treinta y cinco (35)
subcuencas o áreas de drenaje.
Tabla 1. Subcuencas de la cuenca alta del río Chicamocha
Principal río Afluentes Extensión
(km)
RIO CHICAMOCHA
Rio Jordán 37.35
Río Piedras 4.13
Río Tuta 5.54
Río La Cana 1.37
14
SEMINARIO INTERNACIONAL DE EVALUACIÓN DELA PARTICIPACIÓN PRIVADA EN EL SECTOR DE AGUA Y SANEAMIENTO EN LATINOAMÉRICA. Febrero 27 a Marzo 1, 2000: Cartagena de Indias, Colombia. Ministerio de desarrollo, 2000. 8 p. 15
CORPOBOYACA. Plan de ordenación y manejo ambiental de la cuenca alta del río Chicamocha. Tunja, 2006. 608 p.
22
Río Pesca 30.9
Río Tota 19.35
Río Chiquito 13.9
Río Sotáquira 11.1
Río Surba 19.26
Río Chiticuy 12.44
Río Salitre 14.68
Río Chicamocha 62.46
Fuente: Corpoboyacá. Adaptado por autor.
4.3. LOCALIZACIÓN DE LA PTAR.
“El proyecto se encuentra ubicado en un predio al Nor–Oriente de la ciudad de
Tunja, entre el río Jordán y la quebrada La Cebolla, en los límites entre los
municipio de Tunja y Oicatá, colindando con los predios San Rafael y El
Triángulo”16.
Figura 2. Localización satelital del proyecto
Fuente: AUTOR, Google Earth, 2017.
16
SERA.Q.A. Op. Cit., p.7.
23
4.3.1. Descripción del tratamiento.
La planta de tratamiento de agua residual de Tunja realiza un tratamiento
preliminar, secundario y de subproductos. Divididos de la siguiente manera:
Figura 3. Descripción del tratamiento
Fuente: Proactiva. Adaptado por autor.
4.3.1.1. Tratamiento preliminar.
El tratamiento preliminar en este caso está constituido por una rejilla autolimpiante
y un desarenador. La canaleta Parshall ayuda a medir y regular el caudal.
Rejilla.
Las rejas o rejillas son “dispositivos constituidos por barras metálicas paralelas e
igualmente espaciadas las cuales se ubican transversalmente al flujo, y se colocan
antes del desarenador, sin alterar el flujo normal. Las barras pueden ser rectas o
curvadas. Su finalidad es retener sólidos gruesos, de dimensiones relativamente
DESCRIPCIÓN DEL TRATAMIENTO
Tratamiento preliminar
Rejilla autolimpiante
Desarenador
Tratamiento secundario
Reactor UASB
Tanque de aireación
Sedimentador secundario
Tratamiento de subproductos
Espesador de lodos
Deshidratador centrifugo
Quemador de metano
Lavado H2S
24
grandes, que estén en suspensión o flotantes. Las rejas por lo general son la
primera unidad de una planta de tratamiento”17.
Desarenador.
Los desarenadores son “unidades destinadas a retener sólidos inorgánicos como
arena, cenizas y grava, a los que se denomina generalmente como arenas. Las
arenas pueden dañar a los equipos mecánicos por abrasión y causar dificultades
de operación en los tanques de sedimentación y en la digestión de los lodos por
acumularse alrededor de las tuberías de entrada o salida, causando
obstrucciones, disminuyendo así su capacidad de tratamiento”18.
Existen 3 tipos de desarenadores: de flujo horizontal, aireados y de vórtice.
En este caso el desarenador es de flujo horizontal, en el cual “El agua circula a
traves del elemento en direccion horizontal y la velocidad de circulacion se
controla por la propia geometria de la unidad, con compuertas de distribucion
especiales, y mediante la adopcion de vertederos de secciones especiales a la
salida del canal.
Canaleta Parshall
El canal de Parshall es “un tipo de medidor perfeccionado del de Venturi. Es un
dispositivo de aforo bastante exacto con la ventaja de que su costo es menor. El
canal Parshall ha sido empleado como dispositivo de medición de gastos en las
plantas de tratamiento de aguas residuales, instalaciones en las que el bajo costo
es cuestión de importancia. Ha resultado un medio de aforo satisfactorio y también
muy útil para verificar la velocidad en los desarenadores19”.
La ventaja del canal Parshall que lo hace ser el más utilizado, es que su forma no
permite la acumulación de sólidos en ninguna parte del canal.
17
AYALA, Rodrigo y GONZALES, Greby. Apoyo didáctico en la enseñanza – aprendizaje de la asignatura de plantas de tratamiento de aguas residuales. Bolivia: Universidad mayor de san simón, facultad de ciencias y tecnología, modalidad trabajo de grado, 2008, p.63. 18
Ibíd., p.76. 19
VALDEZ, Enrique. VAZQUEZ, Alba. Ingeniería de los sistemas de tratamiento y disposición de aguas residuales. 1 Ed. México: Fundación ICA. 2003, p.119.
25
4.3.1.2. Tratamiento secundario.
Está conformado por un tratamiento anaerobio (Reactor UASB) y aerobio (Tanque
de aireación) y dos sedimentadores.
Reactor UASB
Esta sigla se refiere a los Reactores Anaerobios de Flujo Ascendente
“RAFA” en su traducción española, que por su simplicidad se ha difundido
en varios países. Su gran ventaja consiste en que no requiere ningún tipo
de soporte para retener la biomasa, lo que implica un ahorro importante. Su
principio de funcionamiento se basa en la buena sedimentabilidad de la
biomasa producida dentro del reactor, la cual se aglomera en forma de
granos o flóculos. Estos granos o flóculos cuentan además con una
actividad metanogénica muy elevada, lo que explica los buenos resultados
del proceso. El perfil de sólidos varia de muy denso con partículas
granulares de elevada capacidad de sedimentación próximas al fondo del
reactor (lecho de lodo), hasta un lodo más disperso y leve, próximo al tope
del reactor (manto de lodo)20
.
Un Reactor anaerobio de flujo ascendente y manto de lodos consta de cuatro
partes esenciales, de abajo para arriba:
El reactor propiamente dicho, donde proliferan los organismos anaerobios
que transforman la materia orgánica en biogás y nuevos organismos.
Una zona de transición donde el movimiento del agua hacia arriba tiende
a arrastrar a los organismos que no están aglutinados en flóculos o esferas
y en la que se busca evitar que esas partículas salgan con el efluente
tratado.
Una zona de separación del gas, sólidos de la fase líquida de forma de
garantizar la retención y el retorno de lodo.
Colectores de agua tratada y de gas en la parte superior, en este
proceso, el agua residual o lodo entran al digestor por el fondo y fluyen
hacia arriba a través de una cama de lodos granulares relativamente densa
y de un manto de partículas de lodo floculado. Dentro de estas zonas se
efectúa la conversión de materia orgánica a metano y dióxido de carbono,
principalmente21.
20
AYALA, Rodrigo y GONZALES, Greby. Op. cit., p.101. 21
CHERNICHARO, Carlos Augusto. Principios do Tratamiento Biológico de Aguas Residuarias - Reactores Anaerobios. Brasil: SEGRAC. 1997.
26
La operación de los reactores UASB se basa en “la actividad autorregulada de
diferentes grupos de bacterias que degradan la materia orgánica y se desarrollan
en forma interactiva, formando un lodo o barro biológicamente activo en el reactor.
Dichos grupos bacterianos establecen entre sí relaciones simbióticas de alta
eficiencia metabólica bajo la forma de gránulos cuya densidad les permite
sedimentar en el digestor. La biomasa permanece en el reactor sin necesidad de
soporte adicional”22.
Tanque de aireación.
“Se trata de una estructura donde el agua residual y los microorganismos se
mezclan gracias a la agitación. Es en este momento en el que comienza a
producirse la reacción de carácter biológico y oxidación de la materia orgánica.
Durante este proceso, y para generar esa mezcla, se utiliza un equipo de aireación
que permite inyectar oxígeno para activar las bacterias que se encargan de asumir
la materia orgánica del agua”23.
Sedimentador Secundario.
“Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del
tanque de aireación. Este proceso se realiza en el tanque de sedimentación,
concentrándolos por gravedad. La finalidad de este proceso es conseguir un
efluente clarificado con un mínimo de sólidos suspendidos y asegurar el retorno
del lodo”24.
4.3.1.3. Tratamiento de subproductos.
Está compuesto por dos espesadores de lodos, un deshidratador centrifugo, un
quemador de metano y el lavado de H2S.
Espesador de lodos.
El espesado o adensado es un procedimiento que se emplea para
aumentar el contenido de sólidos en los lodos por eliminación de parte de la
22
AYALA, Rodrigo. GONZALES GREBY. Op. Cit., p.103. 23
Ibíd., p.104. 24
SOLUCIONES MEDIOAMBIENTALES Y AGUAS.S.A. Qué es el proceso de lodos activados [en línea]. Pontevedra. [citado 25 de Marzo, 2017]. Disponible en Internet : <http://www.smasa.net/proceso-lodos-activados/>
27
fracción líquida del mismo. El espesado se realiza por medios tales como
gravedad, flotación, centrifugación y filtros de banda por gravedad.
En la estructura de espesado el lodo se sedimenta y compacta, y el lodo
espesado se extrae por la parte inferior del tanque. El sobrenadante que se
origina, se retorna al tanque de aireación25.
Deshidratador centrífugo.
“El lodo espesado es conducido por tubería hasta el equipo centrífugo, en donde
se complementa su deshidratación para bajar su humedad hasta en un 80%, con
lo que se logran condiciones de sequedad aceptables para manejo y disposición
final.”26
Quemador de biogás.
“Realiza la combustión del gas metano proveniente del tanque anaerobio (UASB),
está compuesto por una trampa de sedimentos, válvula atrapa-llama, válvula de
alivio de presión y antorcha de quemado”27.
Lavado H2S
“Se recolecta en los domos del UASB, se conduce el gas por tubería y se hace
pasar por un separador de gotitas para retirarle humedad y luego se inyecta por
medio de un soplador y 10 difusores de burbuja al fondo del tanque de
aireación.”28
25
SERA.Q.A. TUNJA E.S.P. S.A. Op. cit. p.23 26
PROACTIVA. Planta de tratamiento de aguas residuales. 27
Ibíd., p.6. 28
Ibíd., p.6.
28
Figura 4. Componentes de la PTAR
Fuente: Plan de manejo ambiental operación planta de tratamiento residual de
Tunja.
29
5. MARCO CONCEPTUAL
Las aguas residuales son aquellas “aguas usadas y los sólidos que por uno u
otro medio se introducen en cloacas y son transportadas mediante el sistema de
alcantarillado”29 , estas aguas están contaminadas y sin un previo tratamiento no
son de uso recomendable. De acuerdo a su procedencia se pueden clasificar en
aguas residuales domésticas, aguas residuales municipales y aguas residuales
industriales.
En general, “se consideran aguas residuales domésticas los líquidos
provenientes de las viviendas, edificios comerciales e institucionales. Se
denominan aguas residuales municipales los residuos líquidos transportados
por el alcantarillado de una ciudad y se llaman aguas residuales industriales las
aguas residuales provenientes de las descargas de industria de manufactura”30.
También se acostumbra a hablar de aguas negras “como aquellas provenientes
de inodoros, es decir, aquellas que transportan excrementos humanos y orina,
ricas en solidos suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales. Y aguas grises a las
aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos y lavadoras,
aportantes de DBO, sólidos suspendidos, fósforo, grasas y coliformes fecales.”31.
Por otro lado, las aguas lluvias “transportan la carga poluidora de techos, calles y
demás superficies por donde circula”32. Generalmente en las ciudades modernas
estas aguas se recogen en alcantarillas separadas y se descargan directamente
en el curso de agua más próximo sin ningún tipo de tratamiento. Pero en algunas
ciudades se poseen sistemas de alcantarillado combinados, en donde como su
nombre indica, las aguas lluvias son combinadas con las aguas residuales y
posteriormente conducidas a la planta de tratamiento.
29
ROMERO, Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales: Teoría y principios de diseño. 1 Ed. Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2000. p. 17. 30
Ibíd., p.17. 31
Ibíd., p.17. 32
Ibíd., p.18.
30
Figura 5. Principales fuentes de aguas residuales municipales.
Fuente: ROMERO, Jairo. Tratamiento de aguas residuales. 2000.
Las aguas residuales se caracterizan por su composición física, química y
biológica. Estas características son esenciales a la hora de escoger un sistema de
tratamiento de agua residual.
Las características físicas más importantes del agua residual son el contenido
total de sólidos, “término que engloba la materia en suspensión, la materia
sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta que afecta la cantidad de
lodo que se produce en el sistema de tratamiento o disposición.”33. Otras
características físicas importantes son el olor, “que constituye una de las
principales objeciones ambientales y su control en las plantas de tratamiento es
muy importante;”34 la temperatura, que afecta y altera la vida acuática, modifica la
concentración de saturación de oxígeno disuelto y la velocidad de las reacciones
33
Ibíd., p.68. 34
Ibíd., p.63.
31
químicas y de la actividad bacterial;”35 el color que es generalmente gris y a
medida que envejece, cambia a gris oscuro y luego a negro;”36 y la turbiedad,
“que constituye una medida óptica del material suspendido en el agua.”37
El estudio de las características químicas de las aguas residuales abarca la
materia orgánica, inorgánica y los gases presentes en el agua residual. La
materia orgánica de las aguas residuales es “una combinación de carbono,
hidrogeno, oxígeno y nitrógeno”38, de las sustancias que están presentes en las
aguas residuales, los compuestos orgánicos son los de mayor importancia. Para
medir de forma general el contenido de materia orgánica presente en un agua
residual se utilizan los siguientes parámetros habitualmente: la demanda
bioquímica de oxígeno a los 5 días (DBO5) “que indica la materia orgánica
biodegradable presente en una muestra de agua residual”39 y la demanda
química de oxigeno (DQO) “que representa la cantidad de oxígeno consumido al
oxidar químicamente las sustancias orgánicas y algunas inorgánicas
(biodegradables y no biodegradables) que están presentes en el agua residual, sin
intervención de los microorganismos.”40 En la materia inorgánica los parámetros
de mayor importancia a tener en cuenta en depuración de aguas residuales son:
pH, nutrientes (nitrógeno y fósforo), y gases. El ph “es la medida de concentración
del ion hidrogeno en el agua”41. El nitrógeno y el fósforo son esenciales para el
crecimiento de protistas y plantas.
Las características biológicas “incluyen el conocimiento de los grupos
principales de microorganismos que se encuentran en las aguas superficiales y
residuales, así como aquellos que intervienen en el tratamiento biológico y el de
los organismos utilizados como indicadores de polución. Los grupos de
microorganismos principales que se encuentran tanto en aguas superficiales
como residuales se pueden clasificar en protistas, plantas y animales.”42
35
Ibíd., p.70. 36
Ibíd., p.37. 37
Ibíd., p.70. 38
Ibíd., p.60. 39
TRIPLENLACE. Depuración de aguas residuales – 2/7: Características de las aguas residuales urbanas [En línea]. Bogotá: [Citado 9 de Abril, 2017]. Disponible en: < https://triplenlace.com/2013/05/17/sistemas-de-depuracion-de-aguas-residuales-26-caracteristicas-de-las-aguas-residuales-urbanas/> 40
Ibíd. 41
Romero, Jairo Alberto. Op. Cit. p.58. 42
ARAUJO, Elizabeth. Diseño de una unidad de flotación para tratamiento de agua residual de un rastro. México: Universidad de sonora. Facultad de ciencias químicas. Modalidad trabajo de investigación, 1998.
32
Teniendo en cuenta todas las características anteriormente mencionadas, entre
otras, además de la calidad requerida del efluente, la disponibilidad del terreno, los
costos de construcción y operación del sistema, la confiabilidad del sistema y la
facilidad de optimización”43, se elige el tratamiento que mejor se adapte.
El tratamiento de aguas residuales se puede definir como “una serie de procesos
físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes
físicos, químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano”44.
Dentro del tratamiento de aguas residuales existe un gran número de operaciones
y procesos disponibles, es común hablar de pre-tratamiento, tratamiento primario,
tratamiento secundario y tratamiento terciario.
En general, el pretratamiento “tiene como objeto remover del agua residual
aquellos constituyentes que pueden causar dificultades de operación y
mantenimiento en los procesos posteriores. El tratamiento primario se refiere
comúnmente a la remoción parcial de solidos suspendidos y materia orgánica,
mediante sedimentación u otro medio, y prepara el agua para el tratamiento
secundario.”45 El tratamiento secundario “se usa principalmente para remoción
de DBO soluble y solidos suspendidos. El tratamiento terciario supone
generalmente, la necesidad de remover nutrientes para prevenir la eutrofización
de las fuentes receptoras o de mejorar la calidad de un efluente secundario con el
fin de adecuar el agua para su uso.”46
43
ROMERO, Jairo Alberto. Op. cit. p.139. 44
Ibíd., p.137. 45
Ibíd., p.130. 46
Ibíd., p.131
33
6. MARCO LEGAL
Las normas en Colombia que rigen el estudio, diseño y construcción de un sistema
de alcantarillado, plantas de tratamiento de aguas residuales, están sujetas al
Reglamento Técnico del Sector de Aguas Potable y Saneamiento Básico (RAS-
2000).
Tabla 2. Normatividad.
LEYES Y DECRETOS NACIONALES
LEY ENUNCIACIÓN ARTICULOS RELACIONADOS
Ley 09 de 1979
Por la cual se dictan medidas sanitarias
Artículo 10: Todo vertimiento de residuos líquidos deberá someterse a los requisitos y condiciones que establezca el Ministerio de Salud, teniendo en cuenta las características del sistema de alcantarillado y de la fuente receptora correspondiente. Artículo 14: Se prohíbe la descarga de residuos líquidos en las calles, calzadas, canales o sistemas de alcantarillado de aguas lluvias. Artículo 38: Se prohíbe colocar letrinas directamente sobre fuentes de agua.
Ley 142 de 1994
Por la cual se establece el
régimen de los servicios públicos domiciliarios y se
dictan otras disposiciones.
Artículo 2: El estado intervendrá en los servicios públicos, conforme a las reglas de competencia de que trata esta Ley, en el marco de lo dispuesto en los artículos 334, 336, y 365 a 370 de la Constitución Política. Artículo 6: Prestación directa de servicios por parte de los municipios. Los municipios prestarán directamente los servicios públicos de su competencia, cuando las características técnicas y económicas del servicio, y las conveniencias generales lo permitan y aconsejen. Artículo 9: Derecho de los usuarios. Los usuarios de los servicios públicos tienen derecho, además de los consagrados en el Estatuto Nacional del Usuario y demás normas que consagren derechos a su favor, siempre que no contradigan esta ley.
34
Ley 373 de 1997
Por la cual se establece el
programa para el uso eficiente y
ahorro del agua.
Artículo 1: Programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Todo plan ambiental regional y municipal debe incorporar obligatoriamente un programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Se entiende por programa para el uso eficiente y ahorro de agua el conjunto de proyectos y acciones que deben elaborar y adoptar las entidades encargadas de la prestación de los servicios de acueducto, alcantarillado, riego y drenaje, producción hidroeléctrica y demás usuarios del recurso hídrico. Artículo 7: Consumos básicos y máximos. Es deber de la Comisión Reguladora de Agua Potable y Saneamiento Básico de las Corporaciones Autónomas Regionales y demás autoridades ambientales, de acuerdo con sus competencias, establecer consumos básicos en función de los usos del agua, desincentivar los consumos máximos de cada usuario y establecer los procedimientos, las tarifas y las medidas a tomar para aquellos consumidores que sobrepasen el consumo máximo fijado.
Ley 400 de 1997 y
Decreto 33 de 1998
Normas Colombianas de
Diseño y Construcción
Sismo Resistente NSR-98.
Artículo 5: Responsabilidad de los diseños. Para efectos de la asignación de las responsabilidades correspondientes, deben consultarse las definiciones de constructor, diseñador, arquitectónico, diseñador estructural, diseñador de los elementos no estructurales, ingeniero geotecnista, revisor de los diseños, propietario, interventor y supervisor técnico, establecidas en el Título II de esta ley. Artículo 8: Uso de materiales y métodos alternos. Se permite el uso de materiales estructurales, métodos de diseño y métodos de construcción diferentes a los prescritos en esta ley y sus reglamentos, siempre y cuando se cumplan los requisitos establecidos en los artículos siguientes.
35
Resolución 1096 de
2000
Por el cual se adopta el
Reglamento Técnico para el sector de Agua
Potable y Saneamiento Básico-RAS
ARTÍCULO 5: Las autoridades territoriales y/o empresas prestadoras de servicios públicos domiciliarios de agua potable y saneamiento básico, exigirán para la ejecución de diseños, consultorías, interventorías, obras y servicios propios del sector, que la persona natural o jurídica ejecutora acredite los requisitos de idoneidad y experiencia fijados en el presente Reglamento Técnico. ARTÍCULO 10: Los proyectos que se lleven a cabo en el territorio nacional en el sector de agua potable y saneamiento básico, cubiertos por el alcance de este Reglamento deberán ser ejecutados por profesionales que tengan las calidades y los requisitos de idoneidad que trata el Título II. ARTÍCULO 15: La entidad territorial correspondiente debe presentar en forma concreta el (los) problema(s) o la(s) necesidad(es) que se va(n) a abordar con el proyecto de agua potable o saneamiento básico, con el fin de justificar su ejecución en la medida en que se obtengan beneficios sociales en al área de su jurisdicción.
Fuente: Autor.
36
7. ANÁLISIS
7.1. PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN URBANA PARA EL MUNICIPIO DE
TUNJA- BOYACÁ
La planta de tratamiento de agua residual fue diseñada en el año 2000, con una
proyección de 30 años, por presentar un nivel alto de complejidad. Se realizará
entonces la proyección de población desde el año presente hasta el año 2030, con
el fin de realizar el análisis comparativo.
El método de cálculo utilizado para la proyección de la población fue el método
exponencial, utilizado en poblaciones que muestren apreciable desarrollo y que
poseen abundantes áreas de expansión. Para ello se debe tener en cuenta los
censos proporcionados por el DANE.
Tabla 3. Censos municipio de Tunja.
CENSOS
Año Población (Cabecera)
Población total
1964 35654 68905
1973 51347 79391
1985 87851 93792
1993 101622 107807
2005 145138 152419
Fuente: DANE.
Tabla 4. Tasa de crecimiento.
Tasa de crecimiento
Años K
1964 1973 0.0405
1973 1985 0.0448
1985 1993 0.0182
1993 2005 0.0297
Promedio 0.0333
Fuente: Autor.
Tabla 5. Proyección de población.
Método Exponencial
Año Población
2017 208212
2018 215262
2019 222550
2020 230085
2021 237874
2022 245928
2023 254254
2024 262863
2025 271762
2026 280963
2027 290476
2028 300310
2029 310478
2030 320989
Fuente: Autor.
𝑘 =𝐿𝑛𝑃𝑐𝑝 − 𝐿𝑛𝑃𝑐𝑎
𝑇𝑐𝑝 − 𝑇𝑐𝑎
𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 ∗ 𝑒𝑘(𝑇𝑓−𝑇𝑐𝑖)
37
7.2. CÁLCULO DE CAUDALES
La ciudad de Tunja presenta un sistema de alcantarillado residual combinado, en
este caso, el caudal de aguas residuales se establece con las contribuciones
domésticas, industriales, comerciales, institucionales y de infiltración, sin adicionar
las conexiones erradas. En este caso solo se tendrán en cuenta las domesticas y
de infiltración.
El caudal de aguas residuales domesticas se calcula por medio de la siguiente
ecuación, donde se emplea un coeficiente de retorno de 0.85 (tabla D.3.1
RAS2000) y una dotación neta de 150 L/hab*día (tabla B.2.2 RAS2000).
= ∗ ∗
El caudal de infiltración se calcula por medio de la siguiente ecuación, donde se
tomó un aporte o caudal de infiltración de 0.2L/s*ha correspondiente a un nivel de
infiltración media (tabla D.3.7 RAS2000). El área de aferencia de infiltración fue
suministrado por la empresa PROACTIVA.
= ∗
Así, el caudal de agua residual será la sumatoria de los caudales anteriores, que
es igual al caudal medio diario.
= =
Para el cálculo del caudal máximo horario, se tendrá en cuenta un factor de mayoración.
= ( ∗ ) Las unidades hidráulicas son diseñadas de acuerdo al caudal máximo horario, mientras que para las unidades biológicas se tendrá en cuenta el caudal medio.
38
Tabla 6. Caudales.
CAUDALES
Año Población Área (ha)
Q agua residual
Q infiltración
Q medio
Factor mayoración
Q máximo
2017 208212 2459.8 307.26 245.98 553.24 2.33 1288.42
2018 215262 2470.2 317.66 247.02 564.68 2.33 1313.10
2019 222550 2480.6 328.42 248.06 576.48 2.32 1338.50
2020 230085 2491 339.54 249.10 588.64 2.32 1364.64
2021 237874 2501.4 351.03 250.14 601.17 2.31 1391.55
2022 245928 2511.8 362.91 251.18 614.09 2.31 1419.25
2023 254254 2522.2 375.20 252.22 627.42 2.31 1447.77
2024 262863 2532.6 387.91 253.26 641.17 2.30 1477.14
2025 271762 2543 401.04 254.30 655.34 2.30 1507.37
2026 280963 2553.4 414.62 255.34 669.96 2.30 1538.50
2027 290476 2563.8 428.65 256.38 685.03 2.29 1570.57
2028 300310 2574.2 443.17 257.42 700.59 2.29 1603.58
2029 310478 2584.6 458.17 258.46 716.63 2.29 1637.59
2030 320989 2595 473.68 259.50 733.18 2.28 1672.60
Fuente. Autor
7.3. CARACTERIZACIÓN DEL AGUA
7.3.1. Caracterización del afluente.
De acuerdo a los informes de laboratorio realizados por Analizar LTDA y
suministrados por Proactiva (ANEXO 1), se realizó un análisis con los valores que
están por fuera de los valores máximos aceptados de acuerdo al artículo 8 de la
resolución 631 del ministerio de ambiente y desarrollo sostenible.
Tabla 7. Características fisicoquímicas del afluente.
Descripción Unidad Hora Valor
máximo aceptable
14:30 - 19:30
20:30 - 01:30
2:30 - 7:30
8:30 - 13:30
Caudal L/s 335.2 303.2 178.2 335.8 -
DQO total mg O2/L 701 569 230 993 150
DBO5 total mg O2/L 269 211 105 247 70
Solidos suspendidos
mg SST/L
216 210 76 424 70
39
totales
Grasas y aceites mg AyG/L
55 42 7 91 10
Fuente. Autor.
Gráfica 1. DQO Total del afluente
Fuente. Autor
Gráfica 2. DBO5 Total
Fuente:. Autor
40
Gráfica 3. Sólidos suspendidos totales
Fuente: Autor
Gráfica 4. Grasas y aceites
Fuente: Autor
41
De acuerdo a los análisis fisicoquímicos y microbiológicos realizados al caudal de
ingreso de la planta de tratamiento de aguas residuales, entre los días 08 y 09 de
Agosto del año 2016, se observa que:
En el rango de 2:30 p.m - 7:30 p.m los parámetros de DQO, DBO, SST y grasas
y aceites exceden lo establecido en la resolución 631 del MADS, presentándose
los mayores nivel de DBO, y grasas y aceites registrado en las cuatro muestras
realizadas, el segundo de DQO, y SST; esta características se deben al tipo de
descargar realizado al alcantarillado, debido a que en la fracción horaria evaluada,
se incrementa las descargas correspondientes de lavaplatos y sanitarios.
En el rango de 8:30 p.m - 1:30 a.m los parámetros de DQO, DBO, SST y grasas
y aceites exceden lo establecido en la resolución 631 del MADS, presentándose el
segundo valor de DBO, y grasas y aceites registrado en las cuatro muestras
realizadas, el tercero de DQO, y SST; esta características se deben al tipo de
descargar realizado al alcantarillado, debido a que en la fracción horaria evaluada,
disminuyen en general todas las descargas.
En el rango de 2:30 a.m - 7:30 a.m los parámetros de DQO, DBO, SST exceden
lo establecido en la resolución 631 del MADS, presentándose el menor valor de
DBO, grasas y aceites, DQO, y SST; esta características se deben al tipo de
descarga realizado al alcantarillado, debido a que en la fracción horaria evaluada,
disminuyen hasta la mitad del rango horario las descargas y posteriormente
puede inferirse que a partir de las 4:30 a.m las descargas aumenta en especial las
relacionadas con sanitarios y duchas; se resalta que en esta fracción horaria las
actividades económicas en su mayoría aún no han iniciado.
En el rango de 8:30 a.m - 1:30 p.m los parámetros de DQO, DBO, SST exceden
lo establecido en la resolución 631 del MADS, presentándose los mayores nivel de
DQO, y SST registrado en las cuatro muestras realizadas, el segundo de DBO;
esta características se deben al tipo de descargar realizado al alcantarillado,
debido a que en la fracción horaria evaluada, se incrementa las descargas de los
diferentes tipos de usuario debido a que ya se han reiniciado las actividades
económicas del municipio.
Adicionalmente se debe resaltar que la prioridad del tratamiento a realizar en esta
planta debe estar orientado a atender los parámetros DQO, DBO y SST.
42
7.3.2. Caracterización del efluente.
Debido a que la planta de tratamiento de agua residual se encuentra desde el mes
de febrero en proceso de arranque, proceso en el cual se busca estabilizar el
sistema, la empresa PROACTIVA no suministra laboratorios fisicoquímicos y
microbiológicos del efluente; sin embargo basándose en la eficiencia de la planta
que es del 85%, se promediaron los datos de entrada a la planta y se
determinaron los de salida.
Tabla 8. Características fisicoquímicas del efluente
Descripción Unidad Afluente Efluente Valor
máximo aceptable
Cumple
Caudal L/s 288.1 - - -
DQO total mg O2/L 623.25 93.4875 150 SI
DBO5 total mg O2/L 208 31.2 70 SI
Solidos suspendidos totales
mg SST/L 231.5 34.725 70 SI
Grasas y aceites mg AyG/L 48.75 7.3125 10 SI
Fuente: Autor
De acuerdo a los datos obtenidos del efluente y comparándolos con los valores
máximos aceptables de los parámetros de DQO, DBO, SST y grasas y aceites de
la resolución 631 del MADS, se puede afirmar que los valores se encuentran
dentro del rango admisible.
Sin embargo, se considera que las condiciones del agua de salida pueden mejorar
implementando un sistema más avanzado y de mayor grado de depuración.
7.4. DIAGNOSTICO DE LAS ESTRUCTURAS DE LA PTAR
La planta de tratamiento de agua residual de Tunja cuenta actualmente con 3
módulos idénticos construidos, por ello, para el diagnóstico de la planta se dividirá
el caudal total en 3 a partir del desarenador.
Para realizar el diagnóstico de la planta se tuvieron en cuenta las medidas de cada
una de las unidades de tratamiento, y se evaluó el estado técnico de cada una de
43
estas, dentro de este análisis se determinó: funcionamiento, estado físico y
cumplimiento de parámetros de diseño.
7.4.1. Rejilla Autolimpiante
Para el tratamiento de cribado la planta cuenta con una rejilla autolimpiante
ubicada en la estructura de entrada, que remueve los sólidos de gran tamaño que
pueden ser un inconveniente para el proceso.
Tabla 9. Características de la rejilla.
Parámetro Valor Unidad
Caudal 1.30 m3/s
Altura lámina de agua 0.3 M
Ancho canal 3.6 M
Longitud rejilla 8.8 M
Altura canal 4.5 M
Área transversal 1.35 m2
Coeficiente de barras 1.79 -
Energía de velocidad 0.05 M
Fuente. Autor
Ilustración 1. Rejilla autolimpiante
Fuente: Proactiva.
44
Tabla 10. Parámetros de cumplimiento para rejilla.
Parámetro Valor Valores
referencia
Tomado de Unidad Cumpl
e
Pérdidas (h)
0.000655
<15 Jairo Romero
2000 Cm SI
0.000007
<0.15 Jairo Romero
2000 M SI
Ancho máximo de las barras (w)
0.5 0.5 - 1.5 Jairo Romero
2000 Cm SI
Espaciamiento entre las barras (b)
10 3 – 77 RAS 2000 Mm SI
Angulo de inclinación de la rejilla
30 0 – 30 Jairo Romero
2000 ° SI
Velocidad 0.96 0.6 – 1 Jairo Romero
2000 m/s SI
Fuente: Autor.
La rejilla cumple todos los parámetros requeridos, garantizando un buen
funcionamiento con un mínimo de pérdidas y una velocidad adecuada.
7.4.2. Desarenador.
El agua proveniente de la estructura de entrada llega al desarenador por medio de
una tubería de 10”, entra por unas válvulas de compuerta, pasa por la cámara de
tratamiento y llega a un pasamuros con agujeros, los cuales regulan la velocidad y
evitan la turbiedad. Se dispone de dos desarenadores idénticos que trabajaran
intercaladamente, esto con fines de mantenimiento. Son de tipo flujo horizontal y
de forma rectangular, y presentan las siguientes características:
Tabla 11. Características del desarenador
Parámetro Valor Unidad
Caudal
430 L/s
37152 m3/dia
0.43 m3/s
Unidades 2 -
Ancho W 3 m
Profundidad P 1.3 m
Largo L 10 m
Diámetro de partícula 0.02 cm
Gs partícula 2.65
45
Volumen 31950.72 m3
Área superficial As 184.9 m2
Área transversal At 15975360 m2
Velocidad sedimentación Vs
64.877712 cm/s
0.64877712 m/s
Fuente. Autor.
Ilustración 2. Desarenador.
Ilustración 3. Recolección de lodos.
Fuente: Proactiva Fuente: Proactiva.
Tabla 12. Verificación de cumplimiento de parámetros desarenador.
Parámetro Valor Valores
referencia Tomado de Unidad Cumple
Tiempo de retención
90.70 20-180 RAS 2000 S SI
Velocidad horizontal Vh
0.11 0.2-0.4 RAS 2000 m/s NO
Profundidad de sedimentación
2.70 >P RAS 2000 m SI
Tasa de desbordamiento
superficial 1238.40 700-1600 RAS 2000 m3/m2/día SI
Fuente: Autor.
El tiempo de retención, la profundidad de sedimentación y la tasa de
desbordamiento se encuentran dentro de los límites establecidos, sin embargo la
46
velocidad horizontal se encuentra por debajo de los requerimientos establecidos,
esto es común en este tipo de desarenadores pues la principal desventaja que
poseen es precisamente mantener la velocidad de flujo óptima. Para solucionar
esto se recurre a una canaleta o vertedero que regule la velocidad.
En cuanto a la estructura, los pisos y paredes de la estructura se encuentran libres
de fisuras y perforaciones, el sistema de recolección de lodos es amplio donde se
garantiza la entrada de las volquetas y la fácil recolección del lodo por medio de la
tubería.
7.4.3. Canaleta Parshall.
A continuación del desarenador se coloca una canaleta parshall en el canal de
salida. La canaleta tiene una garganta W=12”. Con las siguientes características
de acuerdo al ancho de su garganta:
Ancho en la entrada: 0.85 m
Ancho en la salida: 0.61 m
Longitud total: 2.86 m
Tabla 13. Características de la canaleta Parshall.
Parámetro Valor Unidad
Caudal de diseño 430 L/s
Ancho de garganta 0.305 m
Condiciones hidráulicas de
entrada
Altura Lámina de agua (Ha) 0.73 m
Energía inicial 1.00 m
Velocidad en Ha 0.88 m/s
Condiciones en la garganta
Velocidad antes del resalto 18.90 m/s
Altura antes del resalto 1.127868852 m
Condiciones de salida Altura 8.516585783 m
Fuente: Autor.
47
Ilustración 4. Canaleta parshall
Fuente: Proactiva.
Tabla 14. Verificación de parámetros canaleta Parshall.
Parámetro Valor Valores
referencia Tomado de Unidad Cumple
Número de Froude 5.68 1.7 - 2.5 4.5 - 9.0
Jorge Valencia 2000 - SI
Sumergencia 11.30 0.7≤ Jorge Valencia 2000 - NO
Fuente. Autor.
En razón a los parámetros evaluados se puede observar que el número de Froude
está dentro de los rangos establecidos, esto se traduce en un salto estable y fácil
de controlar. En cuanto a la sumergencia, el valor se encuentra muy por encima
de lo esperado, es decir, que la canaleta está trabajando ahogada.
7.4.4. Reactor UASB
Como tratamiento anaerobio la planta de tratamiento de agua residual de Tunja
tiene un reactor anaerobio de flujo ascendente en forma de tanque rectangular de
concreto armado con separadores de gases, líquidos y sólidos (SGLS) de
cemento, con separación de gases (Metano y Gas Sulfhídrico, principalmente).
Tabla 15. Características del reactor UASB.
Parámetro Valor Unidad
Caudal 185 L/s
Geometría Rectangular -
48
Ancho B 22.1 M
Largo L 26.2 M
Altura H 4 M
Volumen VR 2316.08 m3
Fuente: Autor
Ilustración 5. Reactor UASB.
Fuente: Proactiva
Ilustración 6. Tubería UASB
Fuente: Proactiva
Tabla 16. Verificación de parámetros reactor UASB
Parámetro Valor Valores
referencia Tomado
de Unidad Cumple
Tiempo de retención hidráulica 4 >6 RAS 2000 H NO
Velocidad superficial admisible 1 ≤1 Van
Haandel y Lettinga
m/h SI
Inclinación de la pantalla del separador trifásico
45 50-60 RAS 2000 ° NO
Altura del reactor 4 4 - 6 RAS 2000 m SI
Altura colector de gas 2 1.5 - 2 RAS 2000 m SI
Fuente: Autor.
De acuerdo a los parámetros evaluados, el primero a tener en cuenta es el tiempo
de retención hidráulica que se encuentra por debajo de los valores establecidos
disminuyendo el desempeño del reactor. La altura es adecuada y determina la
velocidad superficial admisible que también cumple, garantizando la disminución
en la perdida de lodo por arrastre. La inclinación de la pantalla del separador
49
trifásico se encuentra por debajo de lo recomendado, sin embargo el ángulo
presente en la planta es aceptable y permite la adecuada sedimentación de lodos.
En cuanto a la geometría fue construido de forma rectangular, aunque diferentes
autores recomiendan la construcción de reactores circulares ya que poseen una
estabilidad estructural mayor y reducción en los costos de construcción.
Por otro lado, la estructura se encuentra en buen estado, sin fisuras aparentes. La
cubierta está fabricada en fibra de vidrio, esto con el fin de evitar cambios bruscos
de temperatura.
7.4.5. Tanque de aireación.
Posteriormente el agua llega al tanque de aireación por medio de una tubería, este
tanque consta de 815 difusores los cuales inyectan aire y el gas sulfhídrico
proveniente del reactor UASB. Es común que en este tanque se forme espuma,
por ello se inyecta agua ya clarificada proveniente de la salida, por medio de una
bomba hidroflo.
Tabla 17. Características del tanque de aireación.
Parámetro Valor Unidad
Caudal 0.1850 m3/s
Geometría Rectangular -
Ancho B 22.1000 m
Largo L 26.2000 m
Altura H 4.0000 m
Volumen VR 2316.0800 m3
DBO Afluente 134.5000 mg/L
SS Afluente 212.0000 mg/L
DBO Efluente 40.3500 mg/L
SS Efluente 63.6000 mg/L
Y 0.5000 mg
SSV/mgDBO
Kd 0.0500 d-1
SSVLM 3000.0000 mg/L
Porción volátil de sólidos totales 80.0000 %
Concentración solidos totales lodo sed 15000.0000 mg/L
50
DBO soluble del efluente 0.2820 mg/L
Biomasa en el reactor 7151135.0400 g SSV
7151.1350 Kg SSV
Volumen calculado 2383.7117 m3
Producción del lodo 715113.5040 g SSV/d
715.1135 Kg SSV/d
Lodo seco 893.8919 kg/d
Caudal de lodos de desecho 59.5928 m3/d
Caudal de recirculación 0.0617 m3/s
5328.0000 m3/d
Relación de recirculación 33.3333 %
Tiempo de retención hidráulico 0.1449 d
3.4776 h
Fuente: Autor.
Ilustración 7. Tanque de aireación vacío. Ilustración 8. Tanque de aireación.
Fuente: Proactiva. Fuente: Proactiva.
51
Tabla 18. Verificación parámetros del tanque de aireación
Parámetro Valor Valores
referencia
Tomado de
Unidad Cumpl
e
Tiempo de retención 4.0000 >6 RAS 2000 h NO
Carga orgánica 0.5287 0.05 - 0.25 RAS 2000
kgDBO5/ KgSSVLM/d NO
Carga volumétrica 0.0107 <4 RAS 2000 KgDBO5/m³/d SI
Edad de lodos 38.8651 15 - 40 RAS 2000 d SI
Fuente: Autor
De acuerdo a los parámetros evaluados, el primero a tener en cuenta es el tiempo
de retención hidráulica que se encuentra por debajo de los valores establecidos,
esto debido a que el caudal es muy grande, esto también repercute en la carga
orgánica, ya que a mayores tiempos de retención menores cargas.
7.4.6. Sedimentador secundario.
A continuación del tanque de aireación se encuentra el sedimentador secundario,
encargado de remover los sólidos sedimentados y espesar el lodo de retorno. El
sedimentador secundario tiene las siguientes características:
Tabla 19. Características del sedimentador secundario.
Parámetro Valor Unidad
Población 208212 hab
Dotación 150 L/hab*dia
Caudal de diseño
185 L/s
15984 m3/dia
0.185 m3/s
Profundidad 3.6 M
Diámetro 23.5 M
Área 433.74 m2
Volumen 1561.45 m3
Fuente: Autor.
52
Ilustración 9. Sedimentador secundario.
Fuente: Proactiva.
Ilustración 10. Parámetros de verificación sedimentador secundario.
Parámetro Valor Valores
referencia Tomado
de Unidad Cumple
Carga superficial (cs) 36.85 24-32 RAS 2000 m/día NO
Profundidad 3.6 3.6 - 4.6 RAS 2000 M SI
Diámetro 23.5 3 - 60 RAS 2000 M SI
Fuente: Autor.
Las dimensiones del sedimentador secundario cumplen los parámetros
establecidos, es decir que la estructura está bien diseñada, sin embargo la carga
superficial se encuentra por encima del rango estipulado, lo cual genera escape de
solidos con el efluente, disminuya la sedimentación.
53
8. EVALUACIÓN FINAL
De acuerdo a la identificación de cada una de las estructuras realizada
anteriormente, se evidencia que la planta de tratamiento de agua residual PTAR
no se encuentra en condiciones óptimas para tratar el caudal del año presente. Sin
embargo, cabe aclarar que la planta se encuentra en buenas condiciones
estructurales y funcionales, el problema entonces, radica en que cada módulo está
diseñado para tratar un caudal más pequeño que el que se tiene actualmente.
Con base a esto se realizan de nuevo los cálculos anteriormente mostrados, pero
disminuyendo el caudal gradualmente y verificando el cumplimiento de los
parámetros de cada uno de los componentes. De esta manera se determinó que el
caudal máximo con el que trabaja cada módulo de la PTAR es de 128 L/s.
Sabiendo esto, se realizó una proyección dividiendo el caudal proyectado por el
caudal máximo de cada módulo, y de esta manera se obtuvieron el número de
módulos requeridos, el cual se comparó con los módulos del diseño original para
cada año en el intervalo de 2017 al 2030 que fue el año de proyección del diseño
original.
Tabla 20. Módulos de tratamiento.
Año Caudal
proyectado L/s
Caudal por módulo (L/s)
Módulos requeridos
Módulos diseño original
2017 553 128 5 5
2018 565 128 5 5
2019 576 128 5 5
2020 589 128 5 6
2021 601 128 5 6
2022 614 128 5 6
2023 627 128 5 6
2024 641 128 6 6
2025 655 128 6 6
2026 670 128 6 6
54
2027 685 128 6 6
2028 701 128 6 6
2029 717 128 6 6
2030 733 128 6 8
Fuente. Autor.
Como se puede observar en la tabla, para el año 2017, 2018 y 2019 se coincide
con el diseño original en cuanto a la necesidad de tener 5 módulos operando para
tratar adecuadamente la totalidad de los caudales presentes en esos años, que
son 553 L/s, 565 L/s y 576 L/s respectivamente.
Sin embargo, en los años 2020, 2021, 2022 y 2023 se evidencia una diferencia en
cuanto al diseño original, puesto que, en el diseño original se plantea la necesidad
de construir un módulo adicional para tratar los caudales de 589 L/s, 601 L/s, 614
L/s y 627 L/s respectivamente, sin embargo en el presente trabajo se determinó
que cada módulo tiene una capacidad total de 128 L/s, por lo cual se considera
innecesario la construcción de este módulo para los años mencionados
anteriormente.
Posteriormente, para los años 2024, 2025, 2026, 2027, 2028 y 2029 se vuelve a
coincidir en la cantidad de módulos necesarios, pues tanto en el diseño original
como en el realizado se determina la necesidad de tener 6 módulos en
funcionamiento para tratar los caudales correspondientes para estos años.
Finalmente, para el año 2030 que es el año proyectado de diseño de la planta, en
el diseño original se plantea tener 8 módulos en funcionamiento, sin embargo este
número se considera exagerado teniendo en cuenta que el caudal a tratar es de
733 L/s para lo cual 6 módulos se consideran suficiente.
55
9. VALORACIÓN DE NUEVA TECNOLOGIA
Hoy en día, cuando el agua se ha convertido en un recurso escaso y de alto valor,
se hace necesario ahorrar tanta agua como sea posible, y una manera de hacerlo
es reutilizándola, por esto aunque la planta de tratamiento de agua residual de
Tunja se encuentra en buenas condiciones funcionales y estructurales, se
considera pertinente implementar una tecnología alternativa que permita mejorar
las condiciones de calidad del efluente para su posterior reutilización
De acuerdo a esto, se decidió que el tratamiento que más se adapta a las
características de la planta son los “Reactores Biológicos de Membrana (reactor
biológico + ultrafiltración) que se incluyen en las denominadas tecnologías de
membrana, las cuales han experimentado un gran desarrollo en la última década.
La aplicación de estas tecnologías a los MBR permite la separación del fango y el
líquido mediante membranas, obteniendo ventajas importantes frente a la
separación en los tradicionales decantadores secundarios”47.
Las principales ventajas que presenta un MBR frente a un tratamiento
convencional de lodos activos son:
“La eliminación del decantador secundario, reduciendo de este modo el
espacio requerido para su instalación, eliminación de los problemas
derivados de la ocurrencia de sedimentaciones de lodo deficientes,
obtención de efluentes de calidades equiparables a las obtenidas tras un
tratamiento terciario, operación del reactor con elevadas concentraciones
de sólidos (4-15 g SST/L) lo que hace reducir el espacio e incrementar las
cargas volumétricas tratables, posibilidad de ampliación de plantas
preexistentes sin necesidad de obra civil y gran estabilidad frente a vertidos
de alta carga contaminante”48.
Basados en lo anterior, se propone implementar una membrana con nombre
comercial ZeeWeed (ANEXO 2) de fibra hueca para realizar un proceso de
ultrafiltración, de esta manera se eliminarían los sedimentadores secundarios,
estas membranas se sumergen en el tanque de aireación en contacto directo con
47
MADRIMASD. Reactores Biológicos de Membrana (MBR): Una alternativa de tratamiento para la reutilización del agua [En línea]. Bogotá: [citado 27 Abril, 2017]. Disponible en: < http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2007/04/12/63351> 48
MADRIDMASD. Reactores Biológicos de Membrana (MBR), la solución compacta al tratamiento biológico de aguas. [En línea]. Bogotá: [citado 27 Abril, 2017]. Disponible en: <http://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2008/02/29/85617>
56
el licor mezcla. “Por medio de una bomba de permeado, se aplica un vacío al
colector conectado con las membranas. El vacío dirige el agua tratada a través de
la fibra hueca de las membranas de ultrafiltración. El permeado se dirige entonces
a desinfección o a descarga. Intermitentemente se introduce aire en la parte
inferior del módulo de membranas, produciendo una turbulencia que limpia la
superficie externa de las fibras. Esta acción de limpieza separa los sólidos de la
superficie de la membrana”49.
Ilustración 11. Membrana sumergida
Fuente: Madrimasd, 2007
Como se mencionó anteriormente, una de las principales ventajas de los sistemas
MBR es la de alcanzar efluentes de mayor calidad, similares a los obtenidos con
los tratamientos terciarios. Son capaces de alcanzar las siguientes calidades de
efluente:
Tabla 21. Calidad del efluente con sistemas MBR.
Parámetros del efluente
Unidad Convencional Valores típicos MBR
DBO5 mg/L 10 - 25 < 5 - 10
SS mg/L 10 - 35 No
detectable
NT mg/L < 10 < 10
PT mg/L 4 - 6 < 0.5
Coliformes fecales ufc/100 Ml 100000 - 1000000 < 5
49
XYLEM WATER SOLUTIONS. Descripción del sistema Bioreactor de Membranas [En línea]. Bogotá: [citado 27 Abril, 2017]. Disponible en: < http://www.xylemwatersolutions.com/scs/spain/es-es/prensa/Eventos/Eficienciaenergetica/Documents/SISTEMA%20BIOREACTOR%20DE%20MEMBRANAS.pdf>
57
Turbidez NTU 10 < 0.5
Fuente: Autor
Como se observa en el cuadro anterior, las disminuciones en los parámetros de
DBO5, SS, PT, coliformes fecales y turbidez son bastante significativas con
respecto a los sistemas convencionales lo que garantiza un efluente bastante
clarificado y con posibilidades de reutilización, tal vez no para el consumo pero si
para otras actividades como riego sin perjuicios para la salud.
Otra de las ventajas mencionada es que el “equipo de un MBR es de naturaleza
modular y permite por tanto la construcción de la planta o ampliación, de forma
que pueda ser completada en varias fases durante la vida útil de la instalación.
Los trabajos de obra civil pueden ser diseñados para una capacidad final mientras
que las membranas se pueden añadir en diversas fases según dicte la capacidad
de operación de la planta”50, lo cual es práctico constructivamente ya que se
puede implementar fácilmente en los módulos que ya están construidos.
En cuando a durabilidad, “la membrana ha sido diseñada para una durabilidad
excepcional y una alta resistencia a la rotura. Para alcanzar este alto nivel de
durabilidad se utiliza un soporte interno sobre el cual se apoya la membrana. Este
soporte refuerza la membrana y la protege contra el desgarre y rotura sin reducir
con ello la capacidad de flujo. En España, por ejemplo se tienen membranas en
depuradoras municipales funcionando más de 12 años sin necesidad de
reemplazo”51.
Finalmente, un aspecto importante a tener en cuenta son los costos “que son
equiparables o incluso mayores que la del reactor biológico convencional, debido
sobre todo al mayor consumo energético y al coste de las membranas. Sin
embargo, si se tiene en cuenta la reutilización de las aguas procedentes del MBR,
se produce un valor añadido que amortiza la inversión en la mitad de años que el
sistema convencional debido a la reducción de impuestos en el vertido del agua y
la reducción del consumo del agua potable. De esta manera resulta ser un sistema
mucho más sostenible a nivel ambiental y económico que el sistema de lodos
activados convencional”52
50
Ibíd. 51
Ibíd. 52
AXGMEMBRANE. Plantas de tratamiento MBR [En línea]. Bogotá: [citado 28 Abril, 2017]. Disponible en: < http://www.axgmembrane.com/wp-content/uploads/2013/03/Sistema-MBR-AXG.pdf>
58
10. CONCLUSIONES
Las estructuras de la planta de agua residual se encuentran en buen estado
estructural, ya que su construcción es reciente. Sin embargo, solo se encuentran
construidos tres módulos cada uno con una capacidad de 128 L/s, los cuales no
dan abasto para el caudal actual que es de 553.4 L/s; esta situación puede
generar que los equipos y estructuras presenten fallas y deterioros en tiempos
considerablemente menores a los deseados.
En cuanto a la proyección constructiva, según el diseño original se pretende
construir la totalidad de 8 módulos, sin embargo se considera que con 6 se puede
cubrir el tratamiento para el año 2030. Esta diferencia puede ser debida a la
proyección de población, estimación de caudales o capacidad calculada de los
módulos.
De acuerdo a la eficiencia de remoción de la planta de tratamiento de agua
residual de Tunja y teniendo los datos fisicoquímicos y microbiológicos de entrada,
se puede afirmar que el efluente de salida cumple con los parámetros establecidos
en la resolución 631 del MADS; sin embargo esta información se debe corroborar
realizando los respectivos análisis de laboratorio del agua de salida una vez
finalizado el proceso de arranque.
La tecnología de membranas de ultrafiltración es una buena alternativa en
el tratamiento de agua residual ya que se puede ahorrar significativamente el uso
de espacio y se aumenta la calidad en el efluente. Además de esto, un factor
importante en su implementación es la flexibilidad a la hora de su instalación ya
que se pueden añadir en diversas fases según dicte la capacidad de operación de
la planta.
59
11. RECOMENDACIONES
Una vez finalizado el proceso de arranque, se deben realizar los respectivos
laboratorios fisicoquímicos y microbiológicos de la planta, esto con el fin de
conocer la calidad del agua vertida.
Considerando los hallazgos encontrados en cuanto al número de módulos
de tratamiento requeridos en la PTAR para el periodo comprendido entre los años
2017 al 2030, se recomienda realizar una verificación del diseño original de la
planta que conlleve a replantear o reafirmar la cantidad de estos.
El municipio de Tunja al ser capital de Boyacá, se encuentra en un proceso
continuo de expansión urbana, lo cual podría llevar a una ampliación significativa
de la planta, por lo cual se recomienda implementar la tecnología de membranas
en remplazo de los sedimentadores secundarios con el fin de ahorrar
significativamente espacio.
Implementar la tecnología de membranas con el fin de aumentar la calidad
del agua vertida.
El caudal debe medirse una vez al día, con el fin de llevar un control y
registro de este.
60
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http://www.xylemwatersolutions.com/scs/spain/es-
es/aplicaciones/tratamientoagua/Art%C3%ADculos/Documents/a3.pdf>
63
ANEXOS
64
ANEXO 1. Laboratorios del afluente del municipio de Tunja
65
66
67
68
69
ANEXO 2. Ficha técnica membrana ZeeWeed
70
71
ANEXO 3 Planos
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