Planteamiento de alternativas de potabilización y ...

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2017

Planteamiento de alternativas de potabilización y tratamiento de Planteamiento de alternativas de potabilización y tratamiento de

aguas residuales en la vereda Pipiral del municipio de aguas residuales en la vereda Pipiral del municipio de

Villavicencio – Meta Villavicencio – Meta

Alison Jineth Avella González Universidad de La Salle, Bogotá

Nury Marcela Martínez Díaz Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Avella González, A. J., & Martínez Díaz, N. M. (2017). Planteamiento de alternativas de potabilización y tratamiento de aguas residuales en la vereda Pipiral del municipio de Villavicencio – Meta. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/480

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PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS DE POTABILIZACIÓN Y TRATAMIENTO

DE AGUAS RESIDUALES EN LA VEREDA PIPIRAL DEL MUNICIPIO DE

VILLAVICENCIO – META

ALISON JINETH AVELLA GONZÁLEZ

NURY MARCELA MARTÍNEZ DIAZ

TESIS DE INGENERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA.

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

2017

2

PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS DE POTABILIZACIÓN Y TRATAMIENTO

DE AGUAS RESIDUALES EN LA VEREDA PIPIRAL DEL MUNICIPIO DE

VILLAVICENCIO – META

DIRECTOR

INGENIERO OSCAR FERNANDO CONTENTO RUBIO

BOGOTÁ D.C.

2017

3

NOTA DE ACEPTACIÓN

_______________________

_______________________

_______________________

______________________

Presidente del jurado

______________________

Jurado 1

______________________

Jurado 2

Bogotá, mayo de 2017

4

DEDICATORIA

Dedico esta trabajo de grado a Dios, que fue el que me permitió llevar a fin esta etapa de

mi vida. A mi familia la cual es mi motivación para realizar este trabajo, a mi madre, por

haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante y

el deseo de superación, resaltando su apoyo en los momentos de duda, desesperación y felicidad.

A mi pareja David por su apoyo incondicional, a Oscar Contento por su asesoría y supervisión

técnica ya todas las personas que nos colaboraron para la realización de este proyecto.

Marcela Martínez Díaz

5

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de grado a mi familia puesto que gracias a ellos día a día durante

estos cinco años me acompañaron incondicionalmente. A mi papá que a pesar de que no se

encuentra en el país siempre ha estado presente en este proceso brindándome apoyo

incondicional en cada momento. A mi madre que por sus valores, sus consejos, por ser mí sostén

en los momentos donde sentía que no podía superar algún obstáculo su ayuda siempre estuvo

presente .A mis hermanos porque con su amor y sus palabras de aliento no me dejaban de caer

para seguir cumpliendo esta meta tan importante en mi vida .A todas los docentes que

intervinieron en este proceso de formación educativa por brindarme los conocimientos

necesarios para ejecutar con orgullo esta carrera. Al ingeniero Oscar Contento por ser nuestro

director del proyecto y guiarnos con su profesionalismo para desarrollarlo y a todas las personas

que estuvieron presentes en este proceso.

Alison Avella González

6

AGRADECIMIENTOS

Un agradecimiento especial a Dios por guiarme en mi camino, a mi familia por ser parte

fundamental de mi formación como profesional, a mi madre Rosa Díaz Castro por cada voz de

aliento y por ser incondicional en mi vida, a mis hermanos por su apoyo, a David Cajamarca por

amor y comprensión, a la comunidad de la vereda Pipiral por permitirnos desarrollar este

proyecto en su comunidad y a todas aquellas personas que fueron parte de este proceso.

Agradezco al ingeniero Oscar Fernando Contento Rubio por su asesoría y acompañamiento

constante en el desarrollo de las diferentes fases que involucraron este proyecto.

Marcela Martínez Díaz

7

AGRADECIMIENTOS

Agradezco principalmente a mis padres Álvaro Avella Cubillos y a mi madre Olga Lucia

González Molano por haberme forjado con principios y valores, por brindarme apoyo económico

y emocional, por los esfuerzos realizados para que yo cumpliera esta meta, por todo lo

maravilloso que me han dado a lo largo de mi vida. También agradezco a mi hermana que

gracias a sus conocimientos de arquitecta me ayudaron en la ejecución de este trabajo de grado.

A la vereda Pipiral toda mi gratitud por habernos permitido realizar este proyecto, al

ingeniero Oscar Contento por guiarnos en cada uno de los procesos que conllevaron a la

elaboración del trabajo.

Alison Avella González

8

RESUMEN

El planteamiento de alternativas de potabilización y tratamiento de aguas residuales en la

vereda Pipiral localizada en el municipio de Villavicencio, se ejecutó con el fin de darle calidad

al agua potable que se abastece en la comunidad .Puesto que el acueducto de la vereda no posee

un tratamiento adecuado para este recurso presentando un nivel de riesgo alto, con lo cual se

evidencia un incumpliendo en la normatividad colombiana (Resolución 2115/07).En cuanto al

agua residual, el proyecto se desarrolló también para darle cumplimiento a la normatividad para

vertimientos a cuerpos de agua (Decreto 0631/15), ya que la vereda realiza sus vertimientos

indiscriminadamente al río Negro. La ejecución de este proyecto se llevó a cabo en diferentes

etapas que inicia con la revisión bibliográfica y levantamiento de información en

campo ,caracterización de agua cruda y agua residual, dimensionamiento de alternativas tanto

para agua residual como agua potable dos en cada caso, costos y factibilidad técnica de cada

alternativa propuesta y planos detallados de las alternativas seleccionadas una en cada caso y por

ultimo socialización con la comunidad del proyecto y los beneficios que este trae. La alternativa

que se seleccionó para potabilizar el agua posee las operaciones unitarias de tanque de

almacenamiento, sedimentador primario, filtro lento y desinfección con cloro. Para el tratamiento

de agua residual doméstica se eligió la alternativa que posee las unidades de cribado, tanque de

igualación, sedimentador primario, trampa grasa, lodos activados extendidos y lechos de secado.

Con base a los diferentes planteamientos de alternativas de tratamiento se seleccionó la

alternativa que tuviese un menor costo pero que al mismo tiempo removiera los contaminantes

para cumplir con los parámetros establecidos para vertimientos y, por otro lado, brindar calidad

al agua en el caso de agua cruda.

Palabras claves: agua potable, agua residual, vertimientos, alternativas, operaciones unitarias.

9

ABSTRACT

Theproposal of alternatives of potabilization and treatment of wastewater in thevillage of

El pipeline located in themunicipality of Villavicencio, wasexecutedwiththeend of thequality of

givingthe potable waterthatissupplied in thecommunity. Sincetheaqueduct of

thepathdoesnothaveanadequatetreatmentforthisresourcethatpresents a highlevel of risk, which

shows a non-compliance in Colombianlegislation (Resolution 2115/07). As a residual water,

theprojectisAlsodeveloped to complywiththeregulationsforwaterbodies (Decree 0631/15), as

thesidewalkmakesits dumping indiscriminately to the Rio Negro. Theexecution of

thisprojectwascarriedout in differentstagesthatbeganwiththebibliographicalrevision and thesurvey

of information in thefield, thecharacterization of Rawwater and residual water, dimensioning of

alternativesforbothwastewater and drinkingwatertwo in each case , Cost S and

technicalfeasibility of eachproposedalternative and detailedplans of theselectedalternatives in

each case and finallysocializationwiththeprojectcommunity and thebenefitsitbrings.

Thealternativeselectedforwater has theoperationsstoragetankunits, primarysettler, slowfilter and

chlorinedisinfection. Forthetreatment of residual domesticresidency he chosethealternativethat

has thescreeningunits, equalizationtank, settling primer, trapfats, activatedsludge and dryingbeds.

Basedonthedifferentsystems of treatmentalternatives, thealternativewaschosenthatcovers a

lowercostbut at thesame time eliminatethepollutants to

complywiththeparametersestablishedforspills and ontheotherhand, to providewaterquality in the

case of rawwater .

Keywords:Drinkingwater, wastewater, landfills, alternatives, unitoperations.

10

GLOSARIO

AGUA RESIDUAL: Desecho líquido provenientes de residencias, edificios, instituciones,

fábricas oindustrias. (Ministerio de Desarollo Economico, 2000)

AGUA POTABLE:Es el agua que podemos consumir o beber sin que exista peligro para

nuestra salud. (Instituto Nacional de Tecnologías Educativas y Formación del Profesorado.,

2014)

COEFICIENTE DE RETORNO: Relación que existe entre el caudal medio de aguas

residuales y el caudal medio de agua que consume la población. (Ministerio de Desarollo

Economico, 2000)

DBO: Es la cantidad de oxigeno que los microorganismos consumen durante la degradación de

las sustancias orgánicas contenidas en una muestra. Este parámetro se expresa en mg/L.

(Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, 2007)

DQO: Determina la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica en una

muestra de agua residual, bajo condiciones específicas de agente oxidante, temperatura y tiempo.

(Dr.Claderon, 2008)

DOTACIÓN Cantidad de agua promedio diaria por habitante que suministra el sistema de

acueducto, expresada en litros por habitante por día. (Ministerio de Desarollo Economico, 2000)

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE (PTAP): Son estructuras que tienen

como fin hacer un tratamiento adecuado al agua para que sea apta para el consumo humano.

(Acuatecnica SAS, 2014)

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL (PTAR): Son un conjunto de

operaciones unitarias que varían según el tipo de contaminantes que posea el agua ya sea de tipo

11

de doméstico, residual o agrícola. Teniendo como función remover la mayor cantidad de

contaminantes para así disponerla en un receptor de agua natural. (Organización Cuido el Agua,

2009)

PRECIPITACIÓN: Cantidad de agua lluvia caída en una superficie durante un tiempo

determinado. (Ministerio de Desarollo Economico, 2000)

SST: Solidos suspendidos totales con la cantidad de sólidos que se encuentran en suspensión en

el agua. Es un indicador puesto que su presencia disminuye el paso de la luz a través de agua

evitando su actividad fotosintética en las corrientes evitando la producción de oxígeno.

(CORPONARIÑO, 2017)

SSD: Sólidos sedimentables es la cantidad de solidos que se sedimentan de una muestra en un

período de tiempo. Pueden ser determinados y expresados en función de un volumen (ml/L) o de

una masa (mg/L), mediante volumetría y gravimetría respectivamente. (Enciclopedia virtual

EUMED, 2013)

12

CONTENIDO

1 Introducción ____________________________________________________________ 21

2 Objetivos _______________________________________________________________ 23

2.1 Objetivo general _____________________________________________________ 23

2.2 Objetivos específicos _________________________________________________ 23

3 Marco de referencia ______________________________________________________ 24

3.1 Marco legal _________________________________________________________ 24

3.2 Marco teórico _______________________________________________________ 26

3.2.1 Plantas de tratamiento de agua potable. _________________________________ 26

3.2.1.1 Vertedero. ___________________________________________________ 27

3.2.1.2 Sedimentación. _______________________________________________ 28

3.2.1.3 Clarifloculador. _______________________________________________ 28

3.2.1.4 Filtración. ____________________________________________________ 29

3.2.1.5 Desinfección. _________________________________________________ 30

3.2.2 Plantas de tratamiento de agua residual. _________________________________ 30

3.2.2.1 Cribado. _____________________________________________________ 31

3.2.2.2 Sedimentador primario. _________________________________________ 32

3.2.2.3 Desarenador. _________________________________________________ 32

3.2.2.4 Trampa grasas. ________________________________________________ 33

3.2.2.5 Lodos activados extendidos. _____________________________________ 33

13

3.2.2.6 DAF. _______________________________________________________ 33

3.3 Marco conceptual ____________________________________________________ 34

3.3.1 Zona de estudio. ___________________________________________________ 34

3.3.1.1 Localización. _________________________________________________ 34

3.3.1.2 Climatología. _________________________________________________ 35

3.3.1.3 Hidrología. ___________________________________________________ 36

3.3.1.4 Componente biótico. ___________________________________________ 36

3.3.1.5 Características y usos del suelo. __________________________________ 37

4 METODOLOGÍA Y RESULTADOS ________________________________________ 38

4.1 Situacion actual sistema de acueducto y alcantarillado vereda pipiral ____________ 38

4.1.1.1 Estado actual de acueducto y alcantarillado. _________________________ 38

4.2 Caracterizacion de la población _________________________________________ 41

4.2.1 Población existente. ________________________________________________ 41

4.2.1 Nivel de complejidad. _______________________________________________ 42

4.2.2 Población futura. ___________________________________________________ 42

4.3 Caracterización hídrica ________________________________________________ 44

4.3.1 Muestreo _________________________________________________________ 44

4.3.1.1 Puntos de muestreo de agua potable. _______________________________ 45

4.3.1.2 Resultados parámetros agua potable _______________________________ 46

4.3.1.3 Puntos de muestreo de agua residual _______________________________ 48

14

4.3.1.4 Resultados parámetros agua residual _______________________________ 50

4.3.2 IRCA ____________________________________________________________ 52

4.3.3 Coeficiente de retorno. ______________________________________________ 54

4.4 Dimensionamiento de unidades _________________________________________ 55

4.4.1 Calculo de la dotación. ______________________________________________ 55

4.4.2 Calculo caudal de diseño. ____________________________________________ 59

4.4.3 Alternativas para agua potable. ________________________________________ 61

4.4.3.1 Dimensionamiento alternativo de agua potable 1._____________________ 61

4.4.3.1.1 Costos. ____________________________________________________ 68

4.4.3.2 Dimensionamiento Alternativa de agua potable 2. ____________________ 69

4.4.3.2.1 Costos ____________________________________________________ 71

4.4.4 Alternativas para agua residual. _______________________________________ 72

4.4.4.1 Estimación caudal medio diario de aguas servidas. ___________________ 72

4.4.4.2 Alternativa 1 de tratamiento para agua residual. ______________________ 75

4.4.4.2.1 Calculo de concentraciones ____________________________________ 75

4.4.4.2.2 Balance de cargas. ___________________________________________ 76

4.4.4.2.3 Dimensionamiento para la PTAR de la alternativa 1. ________________ 77

4.4.4.2.4 Costos ____________________________________________________ 84

4.4.4.3 Alternativa de agua residual 2 ____________________________________ 85

4.4.4.3.1 Balance de cargas ___________________________________________ 85

15

4.4.4.3.1.1 PTAR A _______________________________________________ 85

4.4.4.3.1.2 PTAR B _______________________________________________ 86

4.4.4.3.2 Dimensionamiento __________________________________________ 88

4.4.4.3.2.1 PTAR A _______________________________________________ 88

4.4.4.3.2.2 PTAR B _______________________________________________ 94

4.4.4.3.3 Costos ____________________________________________________ 99

4.4.5 SELECCIÓN DE ALTERNATIVA ___________________________________ 100

4.4.5.1 Alternativa para agua potable ___________________________________ 100

4.4.5.2 Plano para agua potable ________________________________________ 101

4.4.5.3 Alternativa para agua residual ___________________________________ 101

4.4.5.4 Plano para agua residual _______________________________________ 103

4.5 Socialización con la comunidad ________________________________________ 104

4.5.1 Concientización escolar ____________________________________________ 105

4.5.2 Reuniones comunidad ______________________________________________ 107

4.5.3 Adelantos efectuados por la comunidad ________________________________ 108

5 RECOMENDACIONES __________________________________________________ 111

6 CONCLUSIONES ______________________________________________________ 113

7 BIBLIOGRAFIA _______________________________________________________ 115

16

LISTA DE TABLAS

Tabla 1.Marco legal ..................................................................................................................... 24

Tabla 2 Censos vereda Pipiral ...................................................................................................... 43

Tabla 3.Cálculo población futura. ................................................................................................ 43

Tabla 4.Coordenas de los puntos de muestreo para agua potable. ............................................... 45

Tabla 5.Resultados parámetros de agua. ...................................................................................... 47

Tabla 6.Coordenas puntos de muestreo para agua residual. ........................................................ 49

Tabla 7.Resultados parámetros con comparación con la resolución 0631. ................................. 51

Tabla 8.Puntaje de índice de riesgo de calidad de agua. .............................................................. 52

Tabla 9.Clasificación del nivel de riesgo en salud según el IRCA por muestra. ......................... 54

Tabla 10. Caudal de diseño PTAP ............................................................................................... 60

Tabla 11.Medidas del tanque de almacenamiento. ...................................................................... 62

Tabla 12 Medidas del sedimentador ............................................................................................ 63

Tabla 13.Medidas de lecho de secado. ......................................................................................... 65

Tabla 14.Medidas del filtro .......................................................................................................... 67

Tabla 15.Costo de planta de tratamiento para agua potable 1. .................................................... 68

Tabla 16.Medidas del clarifloculador. ......................................................................................... 70

Tabla 17.Costo la planta de tratamiento para agua potable 2. ..................................................... 71

Tabla 18 .Caudal diseño PTAR. .................................................................................................. 73

Tabla 19.Caudales de diseño PTAR. ........................................................................................... 74

Tabla 20.Valores máximos permisibles de los parámetros para realizar balance de carga. ........ 75

Tabla 21. Concentraciones finales. .............................................................................................. 76

Tabla 22.Parámetros iniciales PTAR opción 1. ........................................................................... 76

17

Tabla 23.Balance de carga PTAR opción 1. ................................................................................ 76

Tabla 24 .Medidas rejillas PTAR 1. ............................................................................................. 78

Tabla 25.Medidas tanque de igualación PTAR 1. ....................................................................... 79

Tabla 26.Medidas trampa grasas PTAR 1. .................................................................................. 79

Tabla 27.Medidas del sedimentador de la PTAR 1. .................................................................... 81

Tabla 28.Medidas de las camas de lecho de secado ptar 1. ......................................................... 83

Tabla 29.Valor planta para tratamiento de agua residual PTAR 1. ............................................. 84

Tabla 30.Parámetros iniciales opción 2 PTAR A. ....................................................................... 86

Tabla 31. Balance de carga opción 2 PTAR A. ........................................................................... 86

Tabla 32.Parámetros iniciales opción 2 PTAR B. ....................................................................... 87

Tabla 33. Balance de carga opción 2 PTAR B. ........................................................................... 87

Tabla 34.Medidas de la rejilla opción 2PTAR A. ........................................................................ 88

Tabla 35.Medidas tanque de igualación opción 2 PTAR A. ........................................................ 89

Tabla 36. Medidas trampa grasas opción 2 PTAR A. .................................................................. 90

Tabla 37.Medidas sedimentador opción 2 PTAR A. ................................................................... 91

Tabla 38.Medidas lecho de secado opción 2 ptar A. ................................................................... 93

Tabla 39.Medidas rejillas opción 2 PTAR B. .............................................................................. 94

Tabla 40. Medidas tanque de igualación opción 2 PTAR B. ....................................................... 96

Tabla 41.Medidas del desarenador opción 2 PTARB. ................................................................. 96

Tabla 42.Medidas reactor de lodos activados opción 2 PTAR B. ............................................... 97

Tabla 43.Medidas del lecho de secado de la opción 2 PTAR B. ................................................. 98

Tabla 44.Costo de la planta de tratamiento para agua residual opción 2. .................................... 99

18

LISTA DE IMÁGENES

Imagen 1.Introducción de la temática a los estudiantes. ............................................................ 106

Imagen 2.Estudiantes ejecutando la actividad propuesta. .......................................................... 106

Imagen 3.Resultado final de la actividad. .................................................................................. 107

Imagen 4.Socialización comunidad vereda Pipiral. ................................................................... 108

Imagen 5.Medidor de caudal ...................................................................................................... 109

Imagen 6.Valla informativa vereda Pipiral ................................................................................ 109

LISTA DE GRAFICAS

Gráfica 1.Tipo de vivienda. ......................................................................................................... 38

Gráfica 2. Población que tiene servicio de acueducto ................................................................. 39

Grafica 3.Población que posee servicio de alcantarillado. .......................................................... 40

Grafica 4.Distribución poblacional por estrato. ........................................................................... 40

Gráfica 5.Distribución poblacional por sexo. .............................................................................. 41

Gráfica 6.Cantidad de habitante que dicen tener agua potable. ................................................. 104

Gráfica 7. Cantidad de habitantes que tienen filtro en casa ....................................................... 105

LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1.Diferentes formas de vertederos. ............................................................................ 28

Ilustración 2.Características de las rejillas para los tipos de limpieza. ....................................... 32

Ilustración 3.Ubicación Vereda Pipiral ....................................................................................... 35

Ilustración 4.Asignación del nivel de complejidad. .................................................................... 42

19

Ilustración 5. Métodos de cálculo permitidos según el nivel de complejidad del sistema. ......... 42

Ilustración 6.Puntos de muestro agua potable. ............................................................................ 46

Ilustración 7.Puntos de muestreo agua residual. ......................................................................... 49

Ilustración 8.Dotación neta según en Nivel de complejidad del Sistema ................................... 56

Ilustración 9. Variación a la dotación neta según el clima y el nivel de complejidad del sistema

....................................................................................................................................................... 56

Ilustración 10 .Porcentajes máximos admisibles de pérdidas técnicas. ...................................... 57

Ilustración 11.Coeficiente de consumo máximo diario k1, según el nivel de complejidad del

sistema........................................................................................................................................... 58

Ilustración 12. Coeficiente de consumo maximo horario k2, segun el nivel de complejidad del

sistema y el tipo de red de distribucion ......................................................................................... 59

Ilustración 13.Caudales de vertimiento para la alternativa 2. ..................................................... 85

LISTA DE ECUACIONES

Ecuación 1.IRCA por muestra. .................................................................................................... 53

Ecuación 2.Coeficiente de retorno. .............................................................................................. 54

Ecuación 3.Dotación Bruta. ......................................................................................................... 57

Ecuación 4.Caudal medio diario. ................................................................................................. 57

Ecuación 5.Caudal máximo diario. .............................................................................................. 58

Ecuación 6.Caudal máximo horario. ............................................................................................ 58

Ecuación 7.Aporte domestico al agua residual. ........................................................................... 72

Ecuación 8 Calculo concentración ............................................................................................... 75

20

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1.Encuesta de diagnóstico. .............................................................................................. 119

Anexo 2.Formatos de registro y cadenas de custodia. ................................................................ 120

Anexo 3.Resultados parámetro en el CTAS y en campo. ........................................................... 127

Anexo 4.Plan planta de tratamiento de agua potable alternativa 1. ............................................ 129

Anexo 5.Plano planta de tratamiento de agua residual alternativa 1. ......................................... 130

Anexo 6.Folleto de socialización de la importancia del recurso hídrico. ................................... 131

Anexo 7.Carta descargos a CORMACARENA ......................................................................... 132

21

1 Introducción

La vereda Pipiral del municipio de Villavicencio, es una vereda en donde la población oscila

entre 600-800 habitantes (J.A.C.P., 2011).Pipiral actualmente posee una concesión de agua que

fue otorgada hace 3 años (2013) la cual está vigente hasta el año 2018 según Res. No. PS-

GJ.1.2.6.13.0657., el acueducto de la vereda realiza la captación de agua en la Quebrada

Yarumal, esta no posee ningún tipo de tratamiento; sabiendo que el agua es de vital importancia

para el hombre esta debe de tener una calidad para ser consumida y por ende no causar

enfermedades, la cual está estipulada en la resolución 2115 de 2007.

Por otro lado, las aguas servidas que se generan en la vereda son vertidas al río Negro, pero

de igual manera estas aguas residuales domesticas tampoco cuentan con un tratamiento, lo cual

no hay control en la carga contaminante que llega al rio generada por esta comunidad, habiendo

un incumplimiento con la resolución 0631 de 2015 que establece los valores límites máximos

permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales.

Con relación a lo anterior, se generaron alternativas de dimensionamiento para tratamiento

de agua potable y agua residual doméstica ,a partir de la caracterización realizada en campo y en

el CTAS (Centro tecnológico de ambiente y sostenibilidad), lo cual favoreció a determinar las

operaciones unitarias que le dieran el cumplimiento tanto a la calidad de agua para consumo

humano como para los valores límites permisibles para vertimientos según los parámetros

establecidos por la normatividad colombiana. Con lo cual favorece a la vereda con un adecuado

manejo del recurso hídrico.

22

También es importante establecer en la vereda una conciencia frente a la importancia del uso

racional y eficiente del recurso hídrico, puesto que allí se evidencian un uso indiscriminado del

agua.

23

2 Objetivos

2.1 Objetivo general

Formular alternativas de diseño integral para el uso y vertimiento de aguas de la vereda

Pipiral, municipio de Villavicencio teniendo en cuenta la calidad del agua y la normatividad

vigente.

2.2 Objetivos específicos

Caracterizar el agua residual y el agua de consumo humano según la ley

Formular las unidades para la planta de potabilización y la planta de tratamiento de agua

residual proponiendo dos alternativas en cada caso.

Comparar el Costo-Efectividad que tienen las alternativas propuestas.

Crear conocimiento del uso adecuado del recurso hídrico por medio de la educación

ambiental.

24

3 Marco de referencia

A continuación, se evidencia la reglamentación aplicable al objeto de estudio (marco

legal),la contextualización del lugar en donde se ejecutó el proyecto (marco conceptual) y la

teoría aplicable para la ejecución de alternativas de tratamiento para agua cruda y agua residual

domestica (marco teórico).

3.1 Marco legal

Tabla 1.Marco legal

NORMATIVIDAD FECHA DE

EXPEDICION

ENTIDAD QUE

LA EXPIDE

CONTENIDO

Ley 99 22 de diciembre

de 1993

Congreso de la

Republica de

Colombia

Por la cual se crea el Ministerio

del Medio Ambiente, se

reordena el Sector Público

encargado de la gestión y

conservación del medio

ambiente y los recursos

naturales renovables, se

organiza el Sistema Nacional

Ambiental, SINA, y se dictan

otras disposiciones.

Ley 1549 5 de Julio de

2012

Ministerio de medio

Ambiente y

Desarrollo

Por medio de la cual se

fortalece la institucionalización

De la política nacional de

25


EXPEDICION

ENTIDAD QUE

LA EXPIDE

CONTENIDO

Sostenible;

Ministerio de

Educación

educación ambiental y su

Incorporación efectiva en el

desarrollo territorial

Decreto 1575 9 de Mayo de

2007

Ministerio de

Ambiente, Vivienda

y desarrollo

Territorial

Por el cual se establece el

Sistema para la Protección y

Control de la Calidad del Agua

para Consumo Humano

Decreto 1076 26 de Mayo de

2015

Ministerio de

Ambiente y

desarrollo

Sostenible

Por medio del cual se expide el

Decreto Único Reglamentario

del Sector Ambiente y

Desarrollo Sostenible.

Resolución 2115 22 de Junio de

2007

Ministerio de

Protección;

Ministerio de

Ambiente, Vivienda

y desarrollo

Territorial

Por medio de la cual se señalan

características, instrumentos

básicos y frecuencias del

sistema de control y vigilancia

para la calidad del agua para

consumo humano

Resolución 631 2015 Ministerio de

Ambiente y

desarrollo

Sostenible

Por la cual se establecen

parámetros y valores límites

máximos permisibles en los

vertimientos puntuales a

26


EXPEDICION

ENTIDAD QUE

LA EXPIDE

CONTENIDO

cuerpos de aguas superficiales

y a los sistemas de

alcantarillado público y se

dictan otras disposiciones

RAS

2000

Ministerio de

desarrollo

El Reglamento fija los

requisitos

técnicos que deben cumplir los

diseños, las obras y

procedimientos

correspondientes al Sector de

Agua Potable y Saneamiento

Básico y sus actividades

Complementarias

Fuente: Elaboración propia

3.2 Marco teórico

3.2.1 Plantas de tratamiento de agua potable.

Una planta de tratamiento de agua potable es un conjunto de estructuras en las que se

trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano según unos estándares de

calidad determinados por las autoridades locales e internacionales. (NYF de Colombia, 2017)

27

A continuación, se mencionan las unidades de tratamientos que se determinaron para

componer las dos alternativas para la planta de agua potable de la vereda Pipiral, municipio de

Villavicencio.

3.2.1.1 Vertedero.

Un vertedero es un dique o pared que posee una incisión de forma regular, en el cual

fluye una corriente de agua. Esté tiene como función de interceptar la corriente y se emplea para

controlar niveles como los vertederos de rebose o para medir caudales como los vertederos de

medida. La superficie más exaltada del vertedero, la cual está en contacto con el agua se llama

cresta y la altura h de la lámina de agua sobre la cresta, la cual es responsable de la descarga se

llama carga del vertedero. Según la forma geométrica que tenga el contorno de apertura, se

pueden distinguirse vertederos rectangulares, trapeciales, triangulares, parabólicos, etc. (Pérez,

2010)

Los vertederos de pared delgada tienen como función medir caudales con gran precisión

y los de pared gruesa que hacen parte de una presa u otra estructura hidráulica, tiene como

función de controlar niveles, sin embargo, se pueden usar de igual manera como medidores de

caudales. (Gilberto, 2002)

En la siguiente ilustración se evidencian los diferentes tipos de vertedero.

28

Ilustración 1.Diferentes formas de vertederos.

Fuente. (Pérez, 2010)

3.2.1.2 Sedimentación.

Es la operación por la cual se remueve las partículas sólidas en suspensión. Hay dos

formas de sedimentación usadas para la purificación del agua, las cuales son la sedimentación

simple y sedimentación después de coagulación y floculación. (Rojas, 2006)

La sedimentación simple es generalmente un tratamiento primario el cual tiene como

función reducir la carga de solidos antes de la coagulación, en ese caso se conoce como pre-

sedimentación. En cambio, la sedimentación que se realiza después de los procesos de

coagulación y floculación se emplea para remover los sólidos sedimentables producidos por el

tratamiento químico, como en el caso de remoción de color y turbiedad o en el ablandamiento.

(Rojas, 2006)

3.2.1.3 Clarifloculador.

Elclarifloculador es un tanque que almacena las partículas sólidas que precipitan al

aplicarse los reactivos, estas partículas quedan en el fondo como lodos fisicoquímicos los cuales

pasan a un tratamiento adicional para que sirvan de abono entre otras cosas. (LEON, 2006)

29

Estos también han sido desarrollados para combinar los procesos de floculación,

clarificación y remoción de lodos en una sola unidad. La coagulación tiene lugar en presencia del

floculo preliminarmente formado, el cual es retenido en la unidad para mantener el volumen de

alta concentración de floculo, lo cual ayuda a que aumente la probabilidad de contacto con las

partículas y mejora la floculación. La principal ventaja de esta unidad es la compactación de

procesos de tratamiento, la cual requiere menos espacio y menores costos de instalación.

(Instituto Nacional de Ecología, 2007)

3.2.1.4 Filtración.

La filtración remueve el material suspendido, como la turbiedad, compuesto de floc,

suelo, métales oxidados y microorganismos. La remoción de microorganismo es de vital

importancia puesto que muchos de ellos son resistentes al proceso de desinfección, y sin

embargo son removibles en la operación de filtración. Para lograr este proceso de clarificación

final del agua se utilizan medios porosos, por lo general son arena o arena y antracita. (Rojas,

2006)

Hay dos tipos de filtración, las cuales son la filtración rápida y la filtración lenta; la

filtración rápida por gravedad es el tipo de filtro más utilizado en tratamiento de aguas. En esta

operación comúnmente se usa la arena como medio filtrante pero el proceso es bastante diferente

al de un filtro lento de arena. Esto se debe a que se utiliza un taño de arena más grueso en el cual

el grano oscila entre 0.4-1.2 mm y su tasa de infiltración varía entre 120-360 m3/m

2/día. Esta

operación posee dos etapas las cuales son la filtración y el lavado; para lavar el filtro se remueve

el material suspendido acumulado dentro del lecho filtrante y así recuperar su capacidad de

filtración. Por lo general, el lavado se realiza invirtiendo el flujo el flujo a través del filtro,

aplicando un flujo de agua suficiente para poder limpiar filtrante y así mover los granos del

30

mismo, para así desechar el material removido por medio de los canales de lavado. (Arboleda,

1972)

En cambio, en la filtración lenta su nombre proviene de la baja velocidad a la que uno

diseña estos filtros, puesto que por lo general es menor a 12 m/comúnmente oscila entre 2 a 8

m/d. Este tipo de operación es apropiado para aguas de turbiedad baja, tampoco son utilizados

cuando la turbiedad es alta no para filtrar aguas coaguladas con cantidades considerables de floc

suspendido. Son muy útiles en plantas pequeñas y gracias a su actividad biológica ayudan a

oxidar materia orgánica y remueven posibles olores y sabores. (Rojas, 2006)

3.2.1.5 Desinfección.

La desinfección es el último proceso que posee el tratamiento del agua y el cual tiene

como objetivo garantizar la calidad del agua desde el punto de vista microbiológico los cuales

son capaces de producir enfermedades. En esta operación unitaria se usa un agente físico o

químico para destruir los microorganismos patógenos. (Quím. Ada Barrenechea Martel, 2014)

3.2.2 Plantas de tratamiento de agua residual.

Las aguas residuales son las que previamente han sido utilizadas y por ende contaminadas

ya que son la combinación de los residuos líquidos procedentes tanto de residencias como de

instituciones públicas y establecimientos industriales y comerciales. A medida que se vaya

presentado estancamiento o acumulación de las aguas residuales, estas generan gases de mal olor

debido a la descomposición orgánica que esta posee. Además estas aguas tienen numerosos

microrganismos patógenos los cuales son causantes de enfermedades. (NYF de Colombia, 2017)

El tratamiento de aguas residuales es muy importante ejecutarlo debido a que después del

uso del agua, en actividades domésticas, industriales o agrícolas su composición biológica se

31

altera. Por talmotivo,se definen operaciones unitarias que ayudan a la eliminación de los

contaminantes utilizando procesos físicos, químicos o biológicos. Cuando se hace referencia a

operaciones y procesos unitarios es porque se agrupan entre sí para constituir los tratamientos

primarios, secundarios y terciarios. (Escuela de Ingenieria de Antioquia, 2011)

A continuación, se señalan las unidades que hacen parte de las dos alternativas que se

determinaron para la planta de tratamiento de agua residual domestica de la vereda Pipiral.

3.2.2.1 Cribado.

Es la operación que se utiliza para separar material grueso del agua, mientras que el flujo

pasa por medio de una criba o rejilla. Con base al método de limpieza de las rejillas este debe ser

de manera manual o mecánica. Para la limpieza manual la longitud de las rejillas no debe

exceder de la que permita su limpieza conveniente por el operador y en la parte superior de la

rejilla debe haber una placa de drenaje temporal para el material removido. (Olarte., 2007)

Las características de principales para la limpieza de rejillas ya sea de tipo manual o

mecánico se evidencian en la Ilustración 2.

Según las aberturas de las rejillas estas se clasifican como gruesas o finas, las gruesas son

aquellas que tiene aberturas iguales o mayores a 0.64 cm, mientras que las finas tienen aberturas

menores a 0.64 cm. Para tratamiento de aguas residuales se usan rejillas gruesas, especialmente

de barras o varillas de acero, para proteger válvulas, bombas, tuberías y equipos del

taponamiento de residuos como trapos, tarros y objetos grandes. Por otro lado, se debe de terne

en cuenta que el canal de acceso a la rejilla debe ser diseño para prevenir la acumulación de

arena u otro material pesado, antes y después de la rejilla. Se recomienda que el canal sea

horizontal, recto y perpendicular a la rejilla, para que haya una distribución uniforme de los

32

sólidos retenidos por ella. El diseño estructural debe ser el apropiado para impedir la falla de la

rejilla cuando esta se tapone. (Olarte., 2007)

Ilustración 2.Características de las rejillas para los tipos de limpieza.

Fuente. (Rojas., 2001)

3.2.2.2 Sedimentador primario.

Esta unidad se utiliza para el tratamiento de aguas residuales para separar sólidos en

suspensión de las mismas. Este proceso se realiza en tanques de tipo rectangular o cilíndricos en

donde se remueve de un 60 a 65 % de los sólidos sedimentables y de un 30 a 35 % de los sólidos

suspendidos en las aguas residuales. La sedimentación primaria funciona como un proceso de

floculación y los lodos producidos están conformados por partículas orgánicas. (Ramalho, 2012)

Un tanque de sedimentación primaria posee profundidades que fluctúan entre 3 y 4 m y

tiempos de detención entre 2 y 3 horas. En esta unidad el agua residual es sometida a condiciones

de reposo para facilitar la sedimentación de los sólidos. (Ramalho, 2012)

3.2.2.3 Desarenador.

El desarenador es una unidad que tiene como función sedimentar las partículas cuyas

dimensiones dependen del caudal de diseño, de la distribución granulometría de los sedimentos

en suspensión y en la eficiencia de remoción la cual oscila entre el 60 y 80 % de los sedimentos

que entran en el tanque. En el fondo de la unidad tiene un espacio disponible para acoger los

33

sedimentos en suspensión que retiene. Los sedimentos son removidos periódicamente mediante

lavado hidráulico o procedimientos manuales. (Universidad Nacional de Colombia, 2002)

3.2.2.4 Trampa grasas.

Esta operación unitaria retiene por sedimentación los sólidos en suspensión y por

flotación el material graso. Esta unidad tiene 2 compartimientos, los cuales están separados por

una rejilla encargada de no dejar pasar sólidos. En el compartimiento más grande, es por donde

llegan los líquidos con sólidos disueltos, la grasa se separa por ser más liviana que el agua. Por la

otra sección, sale el agua ya sin solidos suspendidos ni grasas. (QUIMA , 2014)

3.2.2.5 Lodos activados extendidos.

El lodo activado es un proceso de tratamiento en donde el agua residual y el lodo

biológico son mezclados y aireados en un tanque nombrado reactor. Los floculos biológicos

formados en este proceso se sedimentan en el tanque de sedimentación, en donde son

recirculados nuevamente en el reactor. (Blog Wordpress, 2008)

En esta unidad los microorganismos son completamente mezclados con la materia

orgánica en el agua residual la cual le sirve como sustrato alimenticio. La mezcla o agitación en

esta operación se efectúa por medio mecánicos superficiales o sopladores sumergidos, los cuales

tiene como función producir mezcla completa y agregar oxígeno al medio para que el proceso se

desarrolle. (Blog Wordpress, 2008)

3.2.2.6 DAF.

La flotación por aire disuelto es un proceso de clarificación del agua el cual tiene como

objetivo la separación de sólidos, grasas y aceites. Unas de las ventajas de los DAF se encuentran

en el espesamiento de los lodos de los efluentes y tiene la capacidad de tratar un amplio intervalo

34

de solidos suspendidos en el agua con una alta tasa de remoción. El principio de funcionamiento

de esta unidad consiste en la producción de una corriente de finas micro burbujas las cuales se

adhieren a los sólidos y se elevan hacia la superficie desde son removidos por medio un

mecanismo raspador de tipo superficial. (RWL Water LLC, 2017)

Esta operación es utilizada como pretratamiento para cumplir con los valores admisibles

especificados en la reglamentación Colombiana para aceites, grasa y solidos suspendidos para

los municipios. (RWL Water LLC, 2017)

El DAF tiene como características destacas la reducción de hasta un 97 % de sólidos

suspendido totales, eliminación de hasta un 85% de la demanda química de oxígeno y posee

bajos costos de operación y mantenimiento. (RWL Water LLC, 2017)

3.3 Marco conceptual

3.3.1 Zona de estudio.

3.3.1.1 Localización.

La vereda Pipiral está ubicada en el municipio de Villavicencio el cual pertenece al

departamento del Meta, se encuentra en el Km 12 vía Villavicencio – Bogotá, en la siguiente

imagen se observa su ubicación en Google Earth.

35

Ilustración 3.Ubicación Vereda Pipiral

Fuente. Google Earth

3.3.1.2 Climatología.

La climatología de la vereda Pipiral se estableció a partir de la estación meteorológica

Susumuco de tipo pluviográfica, la cual era la más cercana al lugar de estudio. Mostrando un

comportamiento monomodal, en el cual los periodos con mayor lluvia son en los meses de abril,

mayo, junio, julio, agosto y septiembre. Los meses más secos son enero y febrero. A

continuación, se refleja en el histograma lo anteriormente mencionado. Por otro lado, la

temperatura de la vereda fluctúa entre los 22 °C y los 24 °C. (Instituto de Hidrología,

Meteorología y Estudios Ambientales, 2014)

36

Gráfica 1.Histograma de precipitación.

Fuente. Elaboración propia.

3.3.1.3 Hidrología.

En la vereda se destaca la presencia del rio Guayuriba, los contribuyentes principales de

este son las quebradas Quebradita, Yarumal y San Miguel, el caño la Esperanza perteneciente del

municipio de Acacias, la quebrada Susumuco, Negra y Caño del municipio de Villavicencio. De

la quebrada Yarumal es donde se abastece el agua de consumo humano para la vereda en la

Ilustración 6 se observa la ubicación de la bocatoma, ya que la vereda es en sentido lineal la red

de distribución es en un solo sentido, en la misma imagen se observa los dos puntos más alejados

de la red.

3.3.1.4 Componente biótico.

En la zona veredal se observan bosques secundarios en las cuales se presentan tres

estratos los cuales son: el bajo con alturas promedio que oscilan entre los 6 m, el medio con

promedio de 11 m y el superior con un promedio de 16 m.

Las especies que predominan tanto en el dosel como en el sotobosque son carne vaca

(Virola sebifera , V.elongata), guaque (Clusia grandiflora), guamo (Inga thibaudiana), cajeto

(Citharexylum subflavescens), cambulo (Erithrinapeoppigiana) ,jobo

37

(Spodiasmombin) ,chirimoya (Aberemoaquitarensis) ,tuno (Miconiacf.mattahael) , yarumo

(Cevropaengleriana) , lenguavaca (Monotagmalaxum) .En el sotobosque predominan las familias

Fabace, Morácea,Arecaceae y Melastomatceae , las cuales se destacan por su baja

densidad ,media presencia de lianas y epífetas. En algunos sectores se aprecia pastos de tipo

Brachiera y en una menor proporción pastos de tipo imperial debido a la actividad ganadera.

(Junta de Acción Comunal Vereda Piripal de Villavicencio, 2011)

En cuanto a las especies faunísticas presentes en la región sobresale la presencia de

anfibios, en la zona de piedemonte registra la presencia de sapos, la rana platanera y la ranita,

réptiles como la boa constructora, cazadora, cuatro narices y así mismo gran variedad de

moluscos e insectos. (Junta de Acción Comunal Vereda Piripal de Villavicencio, 2011)

También hay presencia de aves, dentro de las cuales predominan los atrapamoscas,

arrendajos, azulejos, gallineta, jiriguelo, perdices, toches y torcazas, entre otros. Con respecto a

los mamíferos la mayoría corresponden a los murciélagos, primates, ardillas, chucha, ratones,

runchos, tinajos y zorrillos. (Junta de Acción Comunal Vereda Piripal de Villavicencio, 2011)

3.3.1.5 Características y usos del suelo.

Los suelos de la vereda están distribuidos entre los 800 y los 1800 msnm, el horizonte

superficial posee una textura de gravilla, color pardo a pardo rojizo. La siguiente capa también

posee gran cantidad de gravilla y fragmentos rocosos de mayor tamaño, la fertilidad de estos

suelos es baja, con poca reacción y alta saturación de base. Además los suelos se desarrollaron a

partir de sedimentos mixtos aluviales, con presencia de piedra en la superficie, posee un buen

drenaje natural, pertenecen a la zona agroecológica VIII según el sistema de calificación de la

USDA, estas tierras tienen limitaciones severas por topografía, suelos y labores agrícolas. (Junta

de Acción Comunal Vereda Piripal de Villavicencio, 2011)

38

Los usos del suelo solo están definidos en su mayoría por tipo residencial, el otro tipo de

vivienda que predomina es mixto el cual hace referencia a que en el mismo inmueble es vivienda

y comercio como restaurantes, hotelería y tiendas, y en muy poca proporción de tipo comercial.

Como se evidencia en la Gráfica 1. La cual se obtuvo del resultado de la encuesta hecha en

campo Anexo 1.

Gráfica 1.Tipo de vivienda.


4 METODOLOGÍA Y RESULTADOS

4.1 Situacion actual sistema de acueducto y alcantarillado vereda pipiral

4.1.1.1 Estado actual de acueducto y alcantarillado.

Actualmente el 94% de la población cuenta con el sistema de acueducto, y el 6% no

cuentan con este servicio debido en sus viviendas cuentan con su propio sistema de

abastecimiento de agua estos valores son evidenciados en la Gráfica 2, extraída de los resultados

de la encueta Anexo1., el acueducto realiza su captación de agua por medio de una bocatoma

lateral de 3 m de largo por 0.5 m de ancho para después salir a una la tubería de conducción de 2”

74%

2%

24%

residencial

comercial

mixto

39

de diámetro que llega a un tanque donde se encuentra un desarenador tipo flauta el cual ayuda a

retirar las arenas, de allí el agua sale por la tubería de aducción (tubería para la entrega de agua a

los usuarios), la cual tiene un diámetros de 1 ½”, la vereda cuenta con un tanque de

almacenamiento de agua pero actualmente no se hace uso de este. El conteo de agua se realiza a

partir de la cantidad de derechos que posee la vivienda ya sea comercial o residencial.

Gráfica 2. Población que tiene servicio de acueducto

Fuente. Elaboración propia

En cuanto al alcantarillado, el 91% de la población cuenta con el sistema y el otro 9% no

lo posee como lo indica la gráfica 3 basada en la encuesta realizada a la población de la vereda,

esta se encuentra en el Anexo 1. Las tuberías de alcantarillado realizan sus vertimientos al rio

Negro los cuales tienen 4 puntos, los cuales se evidencian en la Ilustración 7.

Con base a la encuesta realizada también se determinó que el 97 % de la población es

estrato 1 lo cual nos indica que tienen las mismas costumbres de consumo y uso del agua, esto se

evidencia en la Gráfica 4.

94%

6%

con acueducto

sin acueducto

40

Grafica 3.Población que posee servicio de alcantarillado.


Grafica 4.Distribución poblacional por estrato.


91%

9%

si

no

estrato 1

97%

estrato 2

1%

estrato 3

2%

estrato 1 estrato 2 estrato 3

41

4.2 Caracterizacion de la población

Para realizar la contextualización de la población existente al momento de la ejecución del

proyecto se realizó una encuesta en conjunto con la Junta de Acción Comunal, la cual se

encuentra en el Anexo1.

4.2.1 Población existente.

El total de la población de la vereda Pipiral es de 756 habitantes, de ellos 253 son niños

(34%), 273 mujeres (30%) y 230 hombres (36%), con una población flotante del1,02%, este

valor es bajo debido a que la vereda no tiene un crecimiento poblacional alto ya que no hay

territorio suficiente para una expansión mayor. Por otro lado, la población juvenil tiende a

emigrar a ciudades más grandes con instalaciones de educación superior ya que la vereda no

cuenta con universidades ni colegios a gran escala. (Junta de Acción Comunal Vereda Piripal de

Villavicencio, 2011) .Como se muestra en la siguiente gráfica.

Gráfica 5.Distribución poblacional por sexo.


36%

30%

34%

hombre mujer niño

42

4.2.1 Nivel de complejidad.

En todo proyecto se debe establecer el nivel de complejidad que está definido en el RAS

título A, el cual define el nivel de complejidad por el número de habitantes y su capacidad

económica. (Ministerio de Desarrollo economico, 2000)

Ilustración 4.Asignación del nivel de complejidad.

Fuente. RAS 2000

La vereda Pipiral por la cantidad de habitantes que tiene, la cual es menor a 2500

habitantes y ellos poseen en su mayoría una capacidad económica baja, tiene un NIVEL DE

COMPLEJIDAD BAJO.

4.2.2 Población futura.

Para realizar el cálculo de la población futura se mira el nivel de complejidad, que en este

caso es bajo. Para poblaciones de rango bajo el método a emplear lo establece el RAS 2000.

Ilustración 5. Métodos de cálculo permitidos según el nivel de complejidad del sistema.

Fuente. RAS 2000

43

Pipiral es una vereda en la cual se tiene una información escasa, en la búsqueda de

información se encontró solo una cuantificación de la población, fue en el trabajo realizado por

la Junta de Acción Comunal Vereda Piripal de Villavicencio en el año 2011 para el tramite de la

concesión a la quebrda Yarumal, en este año la comunidad contaba con 624 habitantes. El

segundo censo fue efectuado en este proyecto con el Anexo 1 y en su analisis se obtuvo que en

el año 2016 el numero de habitantes era de 756 habitantes.

Tabla 2 Censos vereda Pipiral

CENSOS

AÑO TOTAL

TOTAL HOMBRE MUJER

2011 624 - -

2016 756 348 408

Fuente. (Junta de Acción Comunal Vereda Piripal de Villavicencio, 2011), Anexo 1

Tabla 3.Cálculo población futura.

AÑO

GEOMETRICO ARITMETICO EXPONENCIAL

POBLACION

TOTAL

2017 786 782 786 785

2018 816 809 816 814

2019 848 835 848 844

2020 881 862 881 875

2021 916 888 916 907

2022 952 914 952 939

2023 989 941 989 973

2024 1.028 967 1.028 1.008

2025 1.068 994 1.068 1.043

2026 1.110 1.020 1.110 1.080

2027 1.153 1.046 1.153 1.118

2028 1.198 1.073 1.198 1.156

2029 1.245 1.099 1.245 1.196

2030 1.294 1.126 1.294 1.238

2031 1.344 1.152 1.344 1.280

2032 1.397 1.178 1.397 1.324

2033 1.452 1.205 1.452 1.369

44

AÑO

GEOMETRICO ARITMETICO EXPONENCIAL

POBLACION

TOTAL

2034 1.508 1.231 1.508 1.416

2035 1.567 1.258 1.567 1.464

2036 1.629 1.284 1.629 1.514

2037 1.693 1.310 1.693 1.565

2038 1.759 1.337 1.759 1.618

2039 1.828 1.363 1.828 1.673

2040 1.899 1.390 1.899 1.729

2041 1.973 1.416 1.973 1.788


La proyección de la población futura según la resolución 2320 de 2009 para complejidad

baja debe realizarse a 25 años, por programación de las inversiones y por los proyectos que se

están ejecutando en la región como la ampliación de la doble calzada puede que la tasa de

crecimiento sea mayor a la calculada en este proyecto se ve conveniente este tiempo. Por otro

lado, como se observa en la Tabla 3, el método exponencial y método geométrico poseen la

misma población, esto se debe a que solo se tienen dos censos ocasionando que no se evidencie

un cambio en la población de los dos métodos por falta de datos.

4.3 Caracterización hídrica

4.3.1 Muestreo

Los muestreos fueron realizados los días 11, 12, 13 y 14 de noviembre de 2016, se

realizaron muestreos puntuales en dos puntos de agua potable en la red de distribución, se

escogió los dos puntos más alejados del punto de llegada; el muestreo en la bocatoma fue de tipo

compuesto al igual que en los cuatro puntos de vertimientos que tiene la vereda, los formatos de

campo y las cadenas de custodia se encuentran en el Anexo 2.Las muestras 1 a 4 en campo

corresponden al agua residual y las muestras 5 a 7 corresponden a agua para consumo humano,

45

los análisis que se realizan fuera de campo, se ejecutaron en el CTAS (Centro tecnológico

ambiental y sostenible) los días 15, 16 y 17 de noviembre de 2016,el resultado de estos análisis

se ve reflejado en el Anexo 3 tanto para agua potable como para agua residual doméstica.

4.3.1.1 Puntos de muestreo de agua potable.

Los puntos de muestreo que se realizaron para agua potable fueron tres. En la Ilustración

6 se evidencia los puntos de muestreo para agua potable.

Tabla 4.Coordenas de los puntos de muestreo para agua potable.

Punto de

muestra

Descripción Coordenadas Altitud

Muestra 5

La muestra se toma

directamente de la llave de

la casa de la señora Lilia

Chingate.

04° 12’ 16.488”N

73° 43’ 50.195”E

846 m

Muestra 6 Bocatoma

4° 11’ 50.424”N

73° 43’ 8.789”E

956 m

Muestra 7

La muestra se toma

directamente de la llave de

la casa del señor parra.

4° 11’ 50.338” N

73° 43’ 8.579”E

890 m


46

Ilustración 6.Puntos de muestro agua potable.

Fuente. Google Earth

4.3.1.2 Resultados parámetros agua potable

A continuación, se evidencian los resultados obtenidos en el CTAS, los cuales fueron

comparados con la resolución 2115 de 2007 para evidenciar si los parámetros tenían un valor

admisible o no, con respecto a la norma. Los parámetros que se analizaron son los que la

legislación les otorga un puntaje para garantizar la calidad de agua para consumo humano debido

al cálculo del IRCA (Índice de riesgo de calidad de agua), se puede calificar las condiciones en

las que se encuentra el agua.

A partir de los resultados obtenidos y evidenciados en la tabla 5, se observa que el agua

de abastecimiento para consumo humano no se encuentra apta ya que los parámetros que no

cumplen con la normatividad colombiana son la turbiedad, nitritos, cloro libre residual y

47

coliformes totales y debido a que en el cuerpo de agua cruda la población en su mayoría fincas

cercanas realicen vertimientos o por escorrentía las deposiciones fecales llegan a la quebrada ,por

tal motivo haya presencia de coliformes y de nitritos; el parámetro de la turbiedad es alto debido

a arrastre de arenas , piedras y plantas que hacen parte del cuerpo de agua y el parámetro de color

libre residual es bajo con respecto a la resolución debido a que el agua no posee un tratamiento

desinfección .También teniendo en cuenta el puntaje de riesgo de calidad de agua ,el cual se

indica en la tabla 8 está en el 51.08 % dando un resultado de un nivel de riesgo alto, se puede

concluir lo anteriormente mencionado .Por lo cual se debe plantear un tratamiento de agua

potable en donde en cada una de las alternativas que se vaya a plantear tenga la capacidad y

eficiencia para remover la carga que ocasiona el no cumplimiento de los parámetros

anteriormente descritos.

Tabla 5.Resultados parámetros de agua.

RESULTADOS PARAMETROS RESOLUCION 2115

PARAMET

ROS

UNIDA

DES METODO

ANÁLITICO

VALOR

ADMISI

BLE

Punto 1 Punto 2 Punto 3

casa Sr

Lilia C.

Cum

ple

RES.

2115

Bocat

oma

Cum

ple

RES.

2115

Casa finca Sr

Parra

Cumple

RES.

2115

Ph

Electrométrico

S.M 4500-H+B 6,5 - 9,0 7,01 SI 6,13 NO 7,12 SI

Conductivid

ad (µS/cm)

Electrométrico

S.M 2510B 1000 25,9 SI 20,06 SI 18,51 SI

OD (mg)L) Oxidimetro

8,08

6,49

7,99

Turbiedad (NTU)

Nefelométrico

S.M 2130B 2 4,78 NO 3,13 NO 5,45 NO

Color

Aparente (UPC)

Colorimetría

S.M. 2120 B 15 0

0

0,00

Olor y Sabor

Aceptable

o no

aceptable Aceptable SI

Acepta

ble SI Aceptable SI

Cloro

residual libre

(mg/L

F)

Fotómetro

método 8021

HACH

0,3-2,0 0,01 NO 0 NO 0,00 NO

Alcalinidad

total

(mg/L

CaCO3)

Volumétrico S.M

2320 B 200 0 SI 0 SI 0,00 SI

48


PARAMET

ROS

UNIDA

DES METODO

ANÁLITICO

VALOR

ADMISI

BLE


casa Sr

Lilia C.

Cum

ple

RES.

2115

Bocat

oma

Cum

ple

RES.

2115

Casa finca Sr

Parra

Cumple

RES.

2115

Calcio (mg/L

Ca) 60 6,9 SI 7,1 SI 7,00 SI

Magnesio (mg/L

Mg) 36 2,14 SI 2,16 SI 2,16 SI

Zinc (mg/L

Zn)

Nanocolor test 0-

95. 3 2 SI 1,9 SI 0,80 SI

Dureza total (mg/L

CaCO3)

Complexométric

o con EDTA.

S.M. 2340 C. 300 27 SI 16 SI 12,50 SI

Sulfatos (mg/L

SO4)

Fotómetro

método 8061

HACH

250 8 SI 8 SI 8,00 SI

Hierro total (mg/L

Fe)

Fotómetro

método 8008

HACH

0,3 0,21 SI 0,08 SI 0,09 SI

Cloruros (mg/L

Cl)

Nanocolor test 0-

21. 250 <0,1 SI <0,1 SI <0,1 SI

Nitratos (mg/L

N-NO3)

Fotómetro

método 8039

HACH

10 8 SI 7 SI 4,00 SI

Nitritos (mg/L

NO2)

Fotómetro

método 8153

HACH

0,1 0,38 SI 0,32 NO 0,40 NO

Aluminio (mg/L

Al)

Fotómetro

método 8012

HACH

0,2 0,006 SI 0 SI 0,00 SI

Floruros (mg/L

F)

Nanocolor test 0-

40. 1 0,1 SI 0,1 SI 0,10 SI

COT (mg/L

C)

(mg/L

COT)

Fotómetro

Método 10128

HACH

5 4,2 SI 2,2 SI 4,30 SI

Coliformes

totales

UFC/10

0 CM3

Placas de

Petrifilm 0 183 NO 100 NO 220,00 NO

E.Coli UFC/10

0 CM3

Placas de

Petrifilm 0 0 SI 0 SI 0,00 SI


4.3.1.3 Puntos de muestreo de agua residual

Los puntos de muestreo se ejecutaron para agua residual domestica fueron cuatro, los

cuales son los vertimientos del alcantarillado. En la Ilustración 7, se muestra la ubicación de los

puntos de muestreo.

49

Tabla 6.Coordenas puntos de muestreo para agua residual.

Punto de muestra Descripción Coordenadas Altitud

Muestra 1

-

4° 11’ 53.55” N

73° 43’ 12.82”E

833 m

Muestra 2

-

4° 11’ 53.344”N

73° 43’ 13”E

889 m

Muestra 3 Para obtener la muestra se

debe ingresar por la vivienda

del señor Alfredo Velázquez.

4° 11’ 53.268” N

73° 43’ 13.152”E

745 m

Muestra 4 Para adquirir la muestra se

ingresa por la vivienda del

señor Armando Villamarin.

4° 11’ 50.424” N

73°43’ 8.579” E

896 m


Ilustración 7.Puntos de muestreo agua residual.


50

4.3.1.4 Resultados parámetros agua residual

En la siguiente tabla se muestran los resultados de los parámetros evaluados, con los cuales

se realizó una comparación con la resolución 0631 de 2015, para especificar qué resultados de

los parámetros obtenidos sobrepasan los valores límites permisibles que especifica la norma para

los vertimientos que se ejecutan a cuerpos de agua superficiales.

Con base en los resultados obtenidos en el laboratorio y evidenciados en la tabla 7, se

observa que a pesar de que el agua es de tipo de residual domestica no posee un alto contenido

de carga contaminante y esto puede estar asociado al alto consumo de agua potable que se realiza

ocasionando una dilución de contaminantes presentes en el agua ya que con base en los valores

admisibles los contaminantes no tiene un valor elevado en sus concentraciones. En cuanto al

parámetro de grasas y aceites en el punto 2 el caudal de vertimiento es mayor con respecto a los

otros puntos ya que este posee un caudal de 3.82 L/s como se evidencia en el anexo 3, por tal

motivo la concentración de grasas es mayor 55.4 mg/L con respecto a los otros puntos debido a

que en ese punto de vertimiento comprende dos restaurantes en ese punto del vertimiento. En

cuanto a los parámetros de DBO y de DQO se evidencia la relación entre concentraciones ya que

la DBO degrada biológicamente la materia orgánica y la DQO representan los necesarios para la

degradación química de la materia orgánica, pero el valor de DQO siempre será superior al de la

DBO debido a que muchas sustancias orgánicas pueden oxidarse químicamente pero no

biológicamente. En el caso de la DBO en los puntos2, 3y 4 no cumple con la normatividad ya

que sobrepasa en valor límite permisible indicando que hay una cantidad mayor de oxigeno que

los microrganismos consumen para degradar las sustancias orgánicas presentes en el agua .En

cambio en la DQO solo el punto 4 no cumple con la normatividad indicando que hay una

cantidad de oxigeno mayor a la necesaria para oxidar químicamente la materia orgánica en

51

dióxido de carbono y agua. Si estos valores tanto de la DQO como de la DBO no se encuentran

en valor permisible estaría ocasionando al cuerpo receptor un cambio en el ciclo ecosistémico.

Tabla 7.Resultados parámetros con comparación con la resolución 0631.


Parámetros Unidade

s

Método

analítico

Valor

admisibl

e

Punto 1 Punto 2 Punto 3 Punto 4

Casa

teja 2

Cu

mpl

e

RES

.

063

1

Cas

a

teja

1

Cu

mpl

e

RES

.

063

1

Cas

a sr

Alfr

edo

Cum

ple

RES.

0631

Casa

Sr

Arman

do

Cum

ple

RES.

0631

pH

Electromét

rico S.M

4500-

H+B 6,0-9,0 7,8 SI 7,92 SI 7,65 SI 8,54 SI

SST (mg/L)

Cono

imhoff 90 69 SI 68 SI 20,4 SI 26,25 SI

SSD sólidos

sedimentabl

es (ml/L)

Electromét

rico S.M

4500-H+B 5 5,6 NO 3,8 SI 1,76 SI 0,72 SI

DQO (mg/L

O2)

Fotómetro

método

8000

HACH

180 40 SI 140 SI 140 SI 334

NO

DBO5 (mg/L

O2) 90 32 SI 112 NO 112 NO 267,2

NO

Grasas y

Aceites (mg/L)

Extracció

n de

solventes

20 12,2 SI 55,4 NO 17,4 SI 1,8

SI

Detergentes

Anionicos

(mg/L)

Determina

ción

fotometría

con azul

de

metileno

análisis y

reporte >5,0 - 1,2 - 0,1 - 0,7

-

Detergentes

Catiónicos

(mg/L)

Determina

ción

fotometría

con azul

de

bromofeno

l.

análisis y

reporte <0,2 - <0,2 - <0,2 - <0,2

-

Ortofosfatos (mg/L

(PO4)3

Fotómetro

método

8048

análisis y

reporte 1,46 - 0,4 - 1,06 - 2,45

-

52


Parámetros Unidade

s

Método

analítico

Valor

admisibl

e

Punto 1 Punto 2 Punto 3 Punto 4

Casa

teja 2

Cu

mpl

e

RES

.

063

1

Cas

a

teja

1

Cu

mpl

e

RES

.

063

1

Cas

a sr

Alfr

edo

Cum

ple

RES.

0631

Casa

Sr

Arman

do

Cum

ple

RES.

0631

HACH

Nitratos (mg/L N-

NO3)

Fotómetro

método

8039

HACH

análisis y

reporte 44 - 32 - 25 - 62 -

Nitrógeno

total

(mg/L)

Fotómetro

método

8155

HACH

análisis y

reporte 18 -

25 -

12 -

18

-


4.3.2 IRCA

Se determinó el nivel de índice de riesgo de calidad de agua, con los parámetros

anteriormente evidenciados en la Tabla 7, los cuales el IRCA les asigna un puntaje para realizar

el cálculo y así establecer en qué condiciones el agua se encuentra ya se sin riesgo, bajo, medio,

alto o inviable sanitariamente y posterior a esto tomar medidas de tratamiento.

Tabla 8.Puntaje de índice de riesgo de calidad de agua.

IRCA

PARAMETROS Unidades Punto 1

Rango

admisible

Puntaje de

riesgo

Puntajes asignados

Res. 2115 Bocatoma

pH pH 6,13 6,5 - 9,0 1,5 1,5

Turbiedad (NTU) 3,13 2 15 15

Color Aparente (UPC) 0 15 6 0

Cloro residual

libre mg/L 0 0,3-2,0 15 15

Alcalinidad total mg/L 0 200 1 0

Calcio mg/L 7,1 60 1 0

Magnesio mg/L 2,16 36 1 0

53

IRCA

PARAMETROS Unidades Punto 1

Rango

admisible

Puntaje de

riesgo

Puntajes asignados

Res. 2115 Bocatoma

Zinc mg/L 1,9 3 1 0

Dureza total (ml) mg/L 16 300 1 0

Sulfatos mg/L 8 250 1 0

Hierro total mg/L 0,08 0,3 1,5 0

Cloruros mg/L <0,1 250 1 0

Nitratos (mg/L N-

NO3) 7 10 1 0

Nitritos (mg/L NO2) 0,32 0,1 3 3

Aluninio mg/L 0 0,2 3 0

Floruros mg/L 0,1 1 1 0

COT (mg/L C) 2,2 5 3 0

Coliformes totales UFC/100

CM3 100 0 15 15

E.Coli UFC/100

CM3 0 0 25 0

Total puntuación 97 49,5


Para determinar el porcentaje de índice de riesgo de calidad de agua se utiliza la siguiente

ecuación:

Ecuación 1.IRCA por muestra.

Fuente. Resolución 2115 de 2007.

𝐼𝑅𝐶𝐴 % =∑ 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑠𝑔𝑜 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑎 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠

∑ 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑠𝑔𝑜 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑎 𝑡𝑜𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎𝑠𝑥100

𝐼𝑅𝐶𝐴 % =49,5

97 𝑋100 = 51,03

Nivel de riesgo alto.

54

Según la clasificación que especifica el IRCA, el nivel de riesgo que presenta el agua cruda en la

vereda Pipiral, es alto, es decir, no es apta para consumo humano. A continuación, se evidencia

la categorización del riesgo.

Tabla 9.Clasificación del nivel de riesgo en salud según el IRCA por muestra.

Fuente. Resolución 2115 de 2007.

4.3.3 Coeficiente de retorno.

El caudal que está siendo entregado a la comunidad junto con el caudal que está siendo

vertido al río Negro, que fue monitoreado en el mes de noviembre de 2016, se encuentra en el

Anexo 3.

Caudal de agua de consumo humano: 8.2 L/s monitoreo noviembre 2016

Caudal agua servida: 7.41 L/s monitoreo noviembre 2016

Ecuación 2.Coeficiente de retorno.

𝐶𝑅 = 𝑄𝑜𝑢𝑡 ∗ 100

𝑄𝑖𝑛

Fuente. RAS 2000

55

𝐶𝑅 = 7.4 ∗ 100

8,2

𝐶𝑅 = 0.90

La diferencia entre el caudal aforado en la bocatoma y el caudal aforado en los

vertimientos, es de 0,9L/s, este puede darse por infiltración desde la red sanitaria, perdidas en la

red de abastecimiento y por hábitos de consumo, en cuanto a una fracción del agua suministrada

a los usuarios es utilizada para bebida, elaboración de alimentos y riego de zonas verdes, de tal

forma que el agua vertida al sistema de alcantarillado debe ser menor al agua del sistema de

abastecimiento .De acuerdo con la Resolución 1096 de 2000 este coeficiente varia entre 0.70 y

0.85.

4.4 Dimensionamiento de unidades

En este capítulo se muestran los cálculos que ayudaron para el dimensionamiento de cada

unidad de tratamiento tanto para agua potable como para agua residual. En el Anexo 8 se

evidencia la base de cálculo de las alternativas, proyección de población y balance de cargas.

4.4.1 Calculo de la dotación.

La dotación máxima y la dotación minina se establecen de acuerdo al nivel de

complejidad, lo establece el RAS 2000, al igual que los porcentajes admisibles para pérdidas

técnicas.

56

Ilustración 8.Dotación neta según en Nivel de complejidad del Sistema

Fuente. Resolución 2320 de 2009

Ilustración 9. Variación a la dotación neta según el clima y el nivel de complejidad del sistema

Fuente. RAS 2000

𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎 + 10%

𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 99 𝑙

ℎ𝑎𝑏 − 𝑑

Dotación bruta

Para el cálculo de la dotación bruta es necesario tener en cuenta el porcentaje de pérdidas

técnicas admisibles según el nivel de complejidad, según la siguiente ilustración el porcentaje de

pérdidas para nivel de complejidad bajo es del 40%, con este dato se lleva a cabo el cálculo de la

dotación bruta.

57

Ilustración 10 .Porcentajes máximos admisibles de pérdidas técnicas.

Fuente. RAS 2000

Ecuación 3.Dotación Bruta.

Fuente. RAS 2000

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =99

𝑙

ℎ𝑎𝑏−𝑑

1 − 40%

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = 165𝑙

ℎ𝑎𝑏 − 𝑑

Caudal medio diario

Ecuación 4.Caudal medio diario.

Fuente. RAS 2000.

𝑄𝑚𝑑 = 1788ℎ𝑎𝑏 ∗ 165

𝑙

ℎ𝑎𝑏−𝑑

86400𝑠

𝑑

𝑄𝑚𝑑 = 3,41𝑙

𝑠

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎

1 − %𝑝

𝑄𝑚𝑑 = 𝑝𝑓 ∗ 𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

86400

58

Caudal máximo diario

Ecuación 5.Caudal máximo diario.


Ilustración 11.Coeficiente de consumo máximo diario k1, según el nivel de complejidad del

sistema

Fuente. RAS 2000

𝑄𝑀𝐷 = 3,41𝑙

𝑠∗ 1,30

Caudal máximo horario

Ecuación 6.Caudal máximo horario.

Fuente. RAS 2000.

𝑄𝑀𝐷 = 𝑄𝑚𝑑 ∗ 𝑘1

𝑄𝑀𝐷 = 4,44𝑙

𝑠

𝑄𝑀𝐻 = 𝑄𝑀𝐷 ∗ 𝑘2

59

Ilustración 12. Coeficiente de consumo maximo horario k2, segun el nivel de complejidad del

sistema y el tipo de red de distribucion

Fuente. RAS 2000

𝑄𝑀𝐻 = 4,43𝑙

𝑠∗ 1,60

𝑄𝑀𝐻 = 7,10 𝑙

𝑠

4.4.2 Calculo caudal de diseño.

Para obtener el caudal con que se diseñan las alternativas se tuvo en cuenta el consumo de

la población para prevenir problemas de abastecimiento ya que al hacer calculo con el

procedimiento del RAS 200 el caudal es de 4,44 l/s, pero la comunidad tiene un uso excesivo del

recurso por lo cual se hace necesario tener esto en cuenta al momento de la selección de caudal

para el diseño de las plantas.

Teniendo el caudal aforado en noviembre del 2016 que fue de 8,2 l/s para consumo

humano se obtuvo el consumo por habitante que corresponde a 0,0108 l/s, con este caudal y

junto con la proyección de habitantes se obtuvo los caudales para los próximos 25 años; teniendo

en cuenta este último dato y que la comunidad debe comenzar una mejora hacia el uso adecuado

del recurso se fijan metas de reducción de consumo partiendo del 5% para el 2017 esto

llevándose a cabo a partir de campañas de concientización ambiental ,contadores de agua y

reestructuración de las tarifas de consumo .

60

Para seleccionar el caudal de diseño de las alternativas para agua de consumo humano se

toma el caudal más crítico con metas de reducción que es de 8.16 l/s.

Tabla 10. Caudal de diseño PTAP

CALCULO DE CAUDALES AGUA PARA CONSUMO VDA. PIPIRAL

Dotación (l/hab-d)

según RAS 2000

165 Aforo Nov. 2016 (l/hab-

día)

933.1

AÑO POBLACIÓN DBRUTA CON

PORCENTAJE DE

REDUCCION (5%)

Qmd (L/s)

2016 756 933,1 8,16

2017 785 886,4 8,05

2018 814 842,1 7,93

2019 844 800,0 7,81

2020 875 760,0 7,70

2021 907 722,0 7,58

2022 939 685,9 7,45

2023 973 651,6 7,34

2024 1.008 619,0 7,22

2025 1.043 588,1 7,10

2026 1.080 558,7 6,98

2027 1.118 530,7 6,87

2028 1.156 504,2 6,75

2029 1.196 479,0 6,63

2030 1.238 455,0 6,52

2031 1.280 432,3 6,40

2032 1.324 410,7 6,29

2033 1.369 390,1 6,18

2034 1.416 370,6 6,07

2035 1.464 352,1 5,97

2036 1.514 334,5 5,86

2037 1.565 317,8 5,76

2038 1.618 301,9 5,65

2039 1.673 286,8 5,55

2040 1.729 272,5 5,45

2041 1788 258,8 5,36


61

4.4.3 Alternativas para agua potable.

Las unidades que se formularon para el tratamiento de agua potable con base en los

resultados de los parámetros evaluados, fueron determinadas para que dieran cumplimiento con

la resolución 2115 de 2007, la vereda cuenta con un medidor de caudal que fue adquirido durante

la ejecución del proyecto y por tal motivo no se cuenta al momento con ningún registro, esto es

explicado completamente en el ítem 4.5.3., por esto no se diseña ninguna unidad medidora de

caudal, las observaciones son valores tomados de Purificación del Agua de Jairo Alberto Romero.

4.4.3.1 Dimensionamiento alternativo de agua potable 1.

A continuación, se evidencian las operaciones unitarias que hacen parte de la alternativa 1 de

la planta de tratamiento de agua potable con sus respectivas medidas. En primera instancia se

encuentra un desarenador en la línea de conducción (actualmente en operación) el cual es de tipo

flauta y tiene como función remover las arenas que posee el agua captada. Por consiguiente la

primera unidad que se adicionara al sistema de potabilización es el tanque de almacenamiento el

cual se localizara aguas abajo del desarenador y tendrá como función controlar el caudal y

mantenerlo constante, posterior a esta unidad continua el sedimentador el cual tiene a cargo la

remoción de sedimentos y partículas discretas , el tratamiento continua con cuatro filtros lentos

de arena los cuales remueven las partículas que el sedimentador no removió y los

microrganismos presentes en el agua; tanto el sedimentador como los filtros garantizan la

eliminación de la turbiedad. Por último, se encuentra la unidad de desinfección la cual elimina

los coliformes fecales presentes en el agua y microorganismos patógenos que afecten la salud del

ser humano.

62

Tanque de almacenamiento

Se diseña el tanque de almacenamiento para poseer control del caudal antes de que entre a la

unidad del sedimentador. A continuación, se presentan las medidas de este tanque.

Tabla 11.Medidas del tanque de almacenamiento.

PARÁMETROS INICIALES

PARÁMETRO CONVENCIONES VALOR UNIDAD OBSERVACIONES

Caudal de agua cruda

Q

8,2 L/s Caudal máximo

Caudal de agua cruda 705,0 m3/d

Caudal de agua cruda 29,4 m3/h

Tiempo de retención tr 12,0 h 12-24 horas

Volumen v 352,5 m3

Profundidad h 5,0 m

Borde libre Bl 0,3 m

Nivel mínimo de operación 1,5 m

Área A 70,5 m2

Ancho a 8,4 m

longitud l 8,4 m


Sedimentador

El sedimentador se diseña para remover los sedimentos y partículas más pequeñas, ya que

estas aumentan la turbiedad un parámetro con el cual no se cumple en el momento, en la

siguiente tabla se exponen las medidas correspondientes a esta unidad. Teniendo en cuenta que la

planta se diseña con dos unidades de sedimentación para facilitar operaciones de lavado y

mantenimiento, el caudal para cada unidad será de 4.11 l/s.

63

Tabla 12 Medidas del sedimentador


PARÁMETRO CONVENCIO

NES

VALOR UNIDA

D

OBSERVACIONES

Caudal de aguas residuales QMD 4,08 L/s Caudal máximo

Caudal de aguas residuales 352,5 m3/d

Diámetro de la partícula dp 0,020 cm

Temperatura T 21,30 ⁰C

Velocidad de

sedimentación

Vs 0,023 cm/s

20-->

20 m3/m2/d

<vs<30m3/m2/d

Tasa de Recolección

Entrada

2,15 l/s/m

Longitud entre vertedero y

cortina

L2 0,8 m Longitud entre el

vertedero de entrada y la

cortina difusora debe ser

no menor de 0.80m.

Relación largo-ancho L/B 5,32

Velocidad Horizontal vh 0,12

Velocidad limite 0,55

cm/s

64

Vh/Vs: 5,16 Rango 5 a 20

Tiempo de retención tr 2,16 hora Periodo mínimo 2 h,

máximo 6 h

DIMENSIONES


NES

VALOR UNIDA

D

OBSERVACIONES

Área de sedimentación As 17,7 m2

Ancho de la unidad B 1,9 m

Longitud zona de

sedimentación

L1 9,3 m

longitud total L 10,10 m

Profundidad H 1,80 m 2m a 5m

Altura máxima H¨ 1,89 m

RECOLECCIÓN DE LODOS

Altura máxima de la tolva

de lodos

H1 0,47 m

Pendiente b 5%

Tiempo de Vaciado

T1

74,6

min

Caudal a evacuar

Q1

7,72

L/s

65

ZONA DE SALIDA

Ancho vertedero Bv 1,4 m salida = entrada

Altura de agua sobre el

vertedero

H2 0,01108

475

m

1,10847

48

cm

PANTALLA DIFUSORA

Velocidad de paso Vo 0,1 m/s

Área requerida Ao 0,0408 m2

Área de cada orifico A'o 2,761,E-

04

m2 Se adoptará orificios de

3/4" de diámetro

numero de orificios n 148 Orificios


Lechos de secado

Los lodos generados por el sedimentador irán a las camas de secado, las cuales tendrán la

función de eliminar el agua que poseen estos y dejarlos para manejo de material sólido.

Tabla 13.Medidas de lecho de secado.

PARAMETROS INICIALES

PARÁMERO CONVENC

IÓN

UNIDA

D

VAL

OR

OBSERVACIONES/FÓ

RMULA

Datos de arranque

Caudal de diseño: Qd m3/día 705,0

2

Solidos Suspendidos SS mg/L

Solidos Suspendidos SS (kg/m3) 0

Densidad lodo kg/L 1,2

66

% de solidos contenidos en el

lodo

10%

Tiempo de digestión td días 43

Profundidad de Aplicación P m 0,66

Carga de sólidos que ingresa al

sedimentador

C Kg de

ss/día

0 C=Q X SS

Masa de solidos que conforman

los lodos

Msd kd/día 0 Msd=0,5*0,7*0,5*C

Volumen diario de lodos

digeridos

Vld L 0

volumen de lodos a extraerse del

tanque

V m3 0

Área del lecho de secado A m2 0

Geometría de la cama de secado

Longitud m 2

Ancho m 1,5

Alto m 1,5

Capa de grava m 0,5

Capa de arena m 0,3

Área del lecho m2 3

Profundidad de lodo aplicado m 1,5

Diseño de 2 camas


Filtro

El filtro que se dimensiono fue un filtro lento de arena y para tener un mejor

funcionamiento de la unidad se diseñaron cuatro filtros, estos poseen cuatro capas de grava

de diferente diámetro que oscilan entre (3-50 mm) y el lecho de arena con altura de la capa

de 0.80 m. En la Tabla 13 se muestra las medidas de la unidad.

67

Tabla 14.Medidas del filtro


PARÁMETRO CONVENCION

ES

VALO

R

UNIDAD OBSERVACIONES

Caudal de aguas residuales Q 8,16 L/s Caudal máximo

705,0 m3/d

29,38 m3/h

Tasa de filtración 8 m3/(m

2.di

a)

Tasa de filtración <2 -

8> m3/(m2.dia)

Velocidad de filtración (Vf) 0,33 m/h

Numero de turnos 2

Ci 1

Horas por turno 12 h

Número de unidades (N) 4 und

ZONA DE FILTRACIÓN


ES

VALO

R


Área de filtración (As) 22,032 m2

Largo (B) 4 m

Ancho (A) 5,6 m

Altura total del filtro H 4 m

Altura del Filtro adoptada H 3 m

ALTURA Y GRANULOMETRIA DEL LECHO FILTRANTE


ES

VALO

R


Lecho de arena 0,8 m espesor arena (80 a

100mm)

Grava (3 - 9.5mm) 0,05 m 1 capa

Grava (9.5 - 19mm) 0,05 m 1 capa

Grava (19 - 31.5mm) 0,1 m 1era capa

Grava (31.5 - 50mm) 0,1 m

Altura del lecho filtrante HF 1,1 m

Diámetro efectivo d10 0,2 mm Granulometría

Coef de uniformidad Cu 2

Altura de viguetas

prefabricadas

0,2

Altura de canal de drenaje 0,4

Altura de agua 1 m

Borde libre 0,3 m


68

Desinfección

Para la unidad de desinfección se disponen de dos tanques, uno es en el cual llega el agua de

los filtros y se le dosifica el hipoclorito de sodio (NaHCl) y el otro tanque es el que posee la

solución de cloro, este tiene como función dosificar el cloro al primer tanque por medio de

bombas dosificadoras empleadas de tipo diafragma en donde es importante calibrar la

dosificación. La dosis recomendada para desinfección oscila entre 1–5 mg/L de cloro, (Rojas,

2006) por tal motivo la dosificación de cloro se debe realizar la curva de calibración cuando sea

construida y puesta en marcha la planta de tratamiento y así no incurrir en algún error de cálculo.

En la curva de calibración se debe tener en cuenta que el cloro residual libre debe tener una

concentración de 2,0 mg/L. (Rojas, 2006)

4.4.3.1.1 Costos.

A continuación, se exhiben el valor que se ha calculado en las cantidades de obra, en este

no se tiene en cuenta tuberías, accesorios, bombas y demás elementos necesarios para el correcto

funcionamiento, el valor fijado es con base en las unidades diseñadas en este proyecto.

Tabla 15.Costo de planta de tratamiento para agua potable 1.

PROYECTO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS POTABLE VEREDA PIPIRAL

CIUDAD: BOGOT

A

FECHA: 02-abr-17

UNIDADES A DISEÑAR: tanque de almacenamiento, sedimentador, filtros, equipo desinfección

UNIDAD DESCRIPCIÓN CANTID

AD

UNIDA

D

VALOR

UNITARIO

VALOR

TOTAL

Tanque de

almacenamiento

Cemento Piso 71 m2 $

95,308

$

6.766,868

Muro 50,56 m3 $

423,477

$

21.410,997

Sedimentador Cemento Piso 19,38 m2 $

95,308

$

1.847,069

Muro 13,72 m3 $

423,477

$

5.810,104

Lecho de secado Cemento Piso 3 m2 $

95,308

$

285,924

69

Muro 3,15 m3 $

423,477

$

1.333,953

Arena 3 m3 $

27,840

$

83,520

Grava 3 m3 $

19,140

$

57,420

Filtro Cemento Piso 89,6 m2 $

95,308

$

8.539,597

Muro 92,16 m3 $

423,477

$

39.027,640

Arena 71,68 m3 $

27,840

$

1.995,571

Grava 26,88 m3 $

19,140

$

514,483

Desinfección Cemento Piso 2,56 m2 $

95,308

$

243,988

Muro 3,072 m3 $

423,477

$

1.300,921 0

Excavación 1500 m3 $

17,740

$

26.610,000

Imprevistos 15 % $

17.374

TOTAL $

133.202,265


4.4.3.2 Dimensionamiento Alternativa de agua potable 2.

Esta opción lleva las unidades que se diseñaron para la alternativa 1, ya que el caudal en

ambas opciones es el mismo las unidades tienen las mismas dimensiones, en lo que difiere de la

alternativa 1, es que en esta se plantea la construcción de un clarifloculador, el cual va entre el

sedimentador y los filtros.

Clarifloculador

En la Tabla 16.Medidas del clarifloculador Se evidencia las dimensiones de esta unidad, en

donde se tiene en cuenta el caudal, la carga hidráulica y el tiempo de retención en todas las partes

del clarifloculador. Teniendo en cuenta que esta unidad posee una secuencia de operaciones de

sedimentación-precipitación- coagulación -floculación.

70

Tabla 16.Medidas del clarifloculador.


PARÁMETRO CONVENCIÓN VALO

R


Caudal Qm 705,02 m3/día

Caudal unitario Qm 12 m3/día

Caudal unitario Qm 0,00014 m3/s

Carga hidráulica So 30 m3/m2*dí

a

Qav: 12-40

Tiempo de retención Tr 2 h 2-3h

Área A 23,50 m2

Aceleración de la gravedad G 9,81 m/s2

Tiempo de retención tr1 0,57 h Parte Troncoconica

Tiempo de retención tr1 1,42 h Parte superior

Tiempo de retención tr2 30 s Cono de Mezcla

Rapida

Tiempo de retención tr3 2 s

Velocidad Clarifloculacion V 0,015 m/s 0,01-0,02

Carga sobre el Vertedero WL < 500 m3/m-dia Max Q* m de

Longitud

DIMENSIONES

CLARIFLOCULADOR

PARAMETRO CONVENCION

ES

VALO

R


Carga Hidraulica So 120 m3/m2*di

a

Área Menor A 5,88 m2

Longitud Mayor L 4,85 m

Longitud Menor L 2,42 m

Angulo Ɵ 45 grados

Altura de la parte

troncocónica

h2 1 h=x

Distancia de la parte

triangular

X 1,21 m x=h

Volumen Troncocónico V2 17,29 m3

Volumen Superior V1 41,7 m3

Altura Superior h1 1,78 m

Altura Total Ht 3,58 m (h2+h1)*1,20


𝑉2= ℎ

3* (𝐴 + 𝑎 + √𝐴 ∗ 𝑎

71

4.4.3.2.1 Costos

A continuación, se muestra la evaluación económica de las unidades de tratamiento de la

alternativa 2, en donde se tiene en cuenta la cantidad de materiales y el valor unitario de estos.

Tabla 17.Costo la planta de tratamiento para agua potable 2.

PROYECTO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS POTABLE VEREDA PIPIRAL

CIUDAD: BOGOT

A

FECHA: 02-abr-17

UNIDADES A DISEÑAR: tanque de almacenamiento, sedimentador, filtros, equipo desinfección

UNIDAD DESCRIPCIÓ

N

CANTIDA

D

UNIDA

D

VALOR UNITARIO VALOR

TOTAL

Tanque de

almacenamiento

Cemento Piso 71 m2 $

95,308

$

6.766,868

Mur

o

50,56 m3 $

423,477

$

21.410,997

Clarifloculador Cemento Piso 23,67 m2 $

95,308

$

2.255,940

Mur

o

84,97 m3 $

423,477

$

35.982,841

Sedimentador Cemento Piso 19,38 m2 $

95,308

$

1.847,069

Mur

o

13,72 m3 $

423,477

$

5.810,104

Lecho de secado Cemento Piso 3 m2 $

95,308

$

285,924

Mur

o

3,15 m3 $

423,477

$

1.333,953

Arena 3 m3 $

27,840

$

83,520

Grava 3 m3 $

19,140

$

57,420

Filtro Cemento Piso 89,6 m2 $

95,308

$

8.539,597

Mur

o

92,16 m3 $

423,477

$

39.027,640

Arena 71,68 m3 $

27,840

$

1.995,571

Grava 26,88 m3 $

19,140

$

514,483

Desinfección Cemento Piso 2,56 m2 $

95,308

$

243,988

Mur

o

3,072 m3 $

423,477

$

1.300,921


17,740

$

26.610,000

Imprevistos 15 % $

23.110,026

TOTAL $

177.176,863

72


4.4.4 Alternativas para agua residual.

En este capítulo se presentan los cálculos principales para determinar el caudal de diseño

de las alternativas, la ubicación de las plantas de tratamiento en el caso de la alternativa 2, los

balances respectivos para cada una de las opciones y los costos pertinentes para la construcción

de las mismas.

4.4.4.1 Estimación caudal medio diario de aguas servidas.

Se realiza el cálculo del caudal medio diario con el fin de conocer la diferencia entre el

caudal que se muestreo y el que bajo indicaciones del RAS 2000 debería ser. El volumen de agua

que se va a tratar en la planta está dado por aguas residuales domésticas, para estimar este aporte

se sigue la siguiente ecuación:

Ecuación 7.Aporte domestico al agua residual.

Fuente. RAS 2000.

𝑄𝐷 = 394.30

𝑙

ℎ𝑎𝑏∗𝑑𝑖𝑎∗ 1788 ℎ𝑎𝑏 ∗ 90,24%

86400

𝑄𝐷 = 7.37𝑙

𝑠

El caudal que se obtuvo al momento de muestrear fue de 7,448 l/s, sumando cada uno de

los caudales de los cuatro puntos de vertimientos con que cuenta la vereda Pipiral, la ubicación

de los puntos se encuentra en la Tabla5, estos caudales se proyectaron a 25 años obteniendo el

𝑄𝐷 =𝐶 𝑥 𝐷 𝑥 𝐴 𝑥 𝑅

86400 𝑜 𝑄𝐷 =

𝐶𝑥 𝑃 𝑥 𝑅

86400

73

caudal de diseño proyectado con base a la meta de reducción del 5 %, la cual fue tomada para la

dotación que le pertenece a cada habitante de la vereda como se observa en la Tabla 17, y de ahí

se toma el total de los caudales aforados por los cuatro puntos de vertimiento y se calcula el

porcentaje por cada caudal de los puntos aforados , y con el caudal de agua residual proyectado y

los porcentajes de cada punto se determinan los caudales proyectados por cada punto de

muestreo como se observa en la Tabla 18. La proyección se realizó teniendo en cuenta que

dentro de 25 años Pipiral tendrá 1788 habitantes, según las proyecciones realizadas en este

trabajo, en la opción 1 se realizará una sola planta por lo cual se pretende unir todos los puntos

de vertimiento; para la opción dos se pretende unir de a dos puntos de vertimientos el primero es

los puntos de muestreo uno y dos y el siguiente caudal son los puntos de muestreo 3 y 4 en la

Ilustración 13 se observa los puntos y el punto donde se ubicarían las plantas.

Tabla 18 .Caudal diseño PTAR.

CALCULO DE CAUDALES AGUAS SERVIDAD VRD.PIPIRAL

TOTAL CAUDALES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3 PUNTO 4

0,0098 0,0025 0,0051 0,0009 0,0013

Qmd (L/s) Qr(L/s)

PORCENTAJE DE CAUDALES PRO CADA PUNTO

0,26 0,52 0,09 0,13

CAUDAL DE DISEÑO POR CADA ´PUNTO (L/S)

8,16 7,35 1,87 3,82 0,67 0,97

8,05 7,25 1,85 3,77 0,67 0,96

7,93 7,14 1,82 3,72 0,66 0,95

7,81 7,03 1,79 3,66 0,65 0,93

7,7 6,93 1,77 3,60 0,64 0,92

7,58 6,82 1,74 3,55 0,63 0,90

7,45 6,71 1,71 3,49 0,62 0,89

7,34 6,60 1,68 3,44 0,61 0,88

7,22 6,50 1,66 3,38 0,60 0,86

7,1 6,39 1,63 3,33 0,59 0,85

6,98 6,29 1,60 3,27 0,58 0,83

74

6,87 6,18 1,58 3,22 0,57 0,82

6,75 6,07 1,55 3,16 0,56 0,81

6,63 5,97 1,52 3,11 0,55 0,79

6,52 5,87 1,50 3,05 0,54 0,78

6,4 5,76 1,47 3,00 0,53 0,76

6,29 5,66 1,44 2,95 0,52 0,75

6,18 5,56 1,42 2,90 0,51 0,74

6,07 5,47 1,39 2,85 0,50 0,73

5,97 5,37 1,37 2,79 0,49 0,71

5,86 5,28 1,35 2,75 0,48 0,70

5,76 5,18 1,32 2,70 0,48 0,69

5,65 5,09 1,30 2,65 0,47 0,67

5,55 5,00 1,27 2,60 0,46 0,66

5,45 4,91 1,25 2,55 0,45 0,65

5,36 4,82 1,23 2,51 0,44 0,64


Los caudales que se van a emplear para el diseño de las dos alternativas de tratamiento de

agua residual es el punto más crítico en el caudal que se afora con las metas de reducción

propuestas para la comunidad proyectado a 25 años como se ve en la Tabla 17; estos caudales

de diseño se observan a continuación.

Tabla 19.Caudales de diseño PTAR.

Opción 1 Opción 2

caudal (l/s) caudal (l/s) caudal (l/s)

7.35 5.70 1,65


Se observa que el caudal que es calculado bajo el RAS 2000 y el muestreado en campo

tiene una diferencia del 177 %, ya que la comunidad no realiza un uso adecuado del recurso.

% 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝑄𝑀𝑃 ∗ 100

𝑄𝑅𝐴𝑆

75

% 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 7.35 ∗ 100

4.15

% 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 177

Por otro lado, para el balance de cargas que se presenta a continuación se evalúa con la

resolución 0631 de 2015:

Tabla 20.Valores máximos permisibles de los parámetros para realizar balance de carga.

Resolución 0631 Limite

DBO (mg/L) 90

DQO (mg/L) 180

SST (mg/L) 90

GyA (mg/L) 20

Fuente. Resolución 0631 de 2015

4.4.4.2 Alternativa 1 de tratamiento para agua residual.

En esta opción se desea implementar una planta que trate todo el caudal del agua servida

por la comunidad, es decir, los 4 puntos de vertimientos, el caudal es de 7,50 l/s tomado de la

Tabla 18.

4.4.4.2.1 Calculo de concentraciones

El cálculo de las concentraciones se realizó con la siguiente ecuación:

Ecuación 8 Calculo concentración

𝐶𝑓 =𝑄1𝐶1 + 𝑄2𝐶2 + ⋯ + 𝑄𝑛𝐶𝑛

𝑄1 + 𝑄2 + ⋯ + 𝑄𝑛

Fuente. (Hernandez, 2015)

76

Con la anterior ecuación se realiza el cálculo de las concentraciones que se realizara el

balance de cargas y las cuales se esperan tratar en las alternativas propuestas, las concentraciones

finales al realizar la unión de los puntos de vertimientos se encuentran en la siguiente tabla:

Tabla 21. Concentraciones finales.

PARAMETROS opción 1 opción 2

DQO (mg/L) 141,06 106,78 254,51

DBO (mg/L) 112,85 85,43 203,61

Grasas y Aceites 33,43 41,05 8,19

SST (ml/g) 68,50 74,65 48,17


4.4.4.2.2 Balance de cargas.

A continuación, se exhiben los parámetros iniciales que se tienen en cuenta para realizar

el balance de cargas, el cual se puede observar en la Tabla 18.

Tabla 22.Parámetros iniciales PTAR opción 1.

Parámetros Valor

Caudal (L/s) 7,35

Caudal

(m3/h) 27,0

DBO (mg/L) 112,85

DQO (mg/L) 141,06

SST (mg/L) 68,50

GyA (mg/L) 33,43


Tabla 23.Balance de carga PTAR opción 1.

REJILLAS

Parámetro mg/L Kg/d Eficiencia

DBO 112,85 71,66 0

DQO 141,06 89,58 0

SST 68,50 43,50 0

G y A 33,43 21,23 0

TRAMPA GRASAS

77


DBO 110,59 70,23 2

DQO 138,24 87,79 2

SST 65,08 41,33 5

G y A 20,06 12,74 40

SEDIMENTADOR PRIMARIO


DBO 77,41 49,16 30

DQO 96,77 61,45 30

SST 32,54 20,66 50

G y A 14,04 8,92 30


4.4.4.2.3 Dimensionamiento para la PTAR de la alternativa 1.

Para la alternativa 1 de la planta de tratamiento para agua residual las unidades son la rejilla

la cual tiene la función de atrapar o remover solidos de tamaño superior a 3 cm, el tratamiento

continua con un trampa grasas el cual remueve las grasa y aceites en su mayoría y en un bajo

porcentaje como se evidencia en el balance de cargas Tabla 22, los parámetros de DBO, DQO Y

SST. Por último la planta termina su tratamiento con un sedimentador primario el cual tiene a

cargo remover los parámetros de DBO, DQO, SST y GYA, el cual permite que estos parámetros

lleguen al valor límite permisible de carga de contaminante para vertimiento a cuerpo de agua. A

continuación se presentan el dimensionamiento de cada operación unitaria de esta alternativa.

Rejillas

Esta unidad que se dimensiono tiene un espaciamiento de 3 cm y un espesor de barras de ¼”,

posee un solo canal y una sola rejilla la cual removerá todos los sólidos de mayor tamaño con un

sistema de limpieza manual.

78

Tabla 24 .Medidas rejillas PTAR 1.


PARÁMETRO CONVENCIONES VALO

R

UNIDA

D

OBSERVACIONE

S



Número de canales 1,0

Caudal x canal 7,4

Pendiente del canal p% 0,1% %

Espaciamiento b 3 cm (15 a 50 mm)

Espaciamiento 0,03 m

Espesor de las barras de 1/4" S 0,64 cm Asumido

Espesor de las barras 0,0064 m

Coeficiente de pérdida para

rejillas

b 2,42

Angulo de la rejilla con la

horizontal q

Ɵ 45 Grados

Ancho del canal An 0,40 m Para fácil

mantenimiento,

adoptado el de

desarenador de 40 a

50 cm

Coeficiente de Manning mn 0,011 Coeficiente para

concreto

DIMENSIONES


ES

VALOR UNIDA

D

OBSERVACIONE

S

Perdida de energía normal H 0,0010 m Ecuacion de

Kirschmer

Perdida de energía normal 0,10 cm

Perdida de energía obstruida

(doble de la velocidad)

Hobs 0,00 m

Perdida de energía obstruida

(doble de la velocidad)

0,20 cm

Velocidad de aproximación V 0,3 m/s (0,3 a 0,6 m/s)

Área Rejilla Ar 2,45E-02 m2 Caudal sobre

Velocidad

Área Rejilla 245 cm2

Altura de la lámina de agua h 6,13E-02 m

Altura de la lámina de agua 6,13 cm

numero de barras n 12 barras


79

Tanque de igualación

Se diseña el tanque de igualación para que el caudal y la carga contaminante sean

equilibradas antes del ingresar a las siguientes unidades de tratamiento.

Tabla 25.Medidas tanque de igualación PTAR 1.





Caudal de aguas residuales 26,5 m3/h


Volumen v 317,5 m3

Mezcla 5,0 W/m 4 a 8 W/m

Profundidad h 5,0 m



Área A 63,5 m2

Ancho a 8,0 m

Longitud l 8,0 m


Trampa grasas

La unidad de trampa grasas tiene una eficiencia en remoción de grasas y aceites del 40%

(Rojas., 2001), el tanque posee un volumen de 2,04 m3 y en su interior dos bafles que ayudan

a remover las grasas que tenga el agua.

Tabla 26.Medidas trampa grasas PTAR 1.


PARÁMETRO CONVENCIÓN VALOR UNIDAD OBSERVACIONES

Caudal de aguas residuales

Q

26,46 m3/hr Caudal máximo

Caudal de aguas residuales 0,007 m3/s

Caudal de aguas residuales 7,4 L/s

80

Tiempo de retención tr 5 min

Valor que deberá estar

entre 2,5 - 3 minutos

según CEPIS - Valor

asumido de 5 a 20, Otras

experiencias

Carga hidráulica

13 m3/m

2-h

Valor asumido de 3 a

14, experiencias

consultores referencia

Baying S.A.S.

DIMENSIONES


Área A 2,04 m2 Q/qh

Volumen v 2,04 m3 Q*tr

Altura h 1,00 m V/A

Borde libre bl 0,30 m Experiencia Baying

S.A.S.

Altura Total Ht 1,30 m H+bl - altura mínima

según CEPIS de 0,8 m

Altura bafle 1 Hb1 0,43 m

Altura bafle 2 Hb2 0,87 m

Relación largo:ancho L:W 2,00

Ancho W 0,8 m Asumido por espacio

disponible

Largo interno Eb 1,6 m (A/W) - relación de

largo/ancho de 2:1 a 5:1

Espacio libre a la salida Ees 0,6 m Valor asumido (0,3-0,5)

Ancho del bafle de salida Asf 0,02 m

Longitud total Lt 2,27 m Eb+Ees+ Asf


Sedimentador primario

Se dimensiono dos sedimentadores para tener un factor de confiabilidad en el funcionamiento

de estos, por si se presenta algún daño en uno el otro pueda suplir el funcionamiento del que no

tiene un trabajo óptimo.

81

Tabla 27.Medidas del sedimentador de la PTAR 1.



NES

VALO

R






Velocidad de

sedimentación

Vs 0,0231 cm/s

20-->

20 m3/m2/d

<vs<30m3/m2/d

Tasa de Recolección

Entrada

1,9342 l/s/m


cortina

L2 0,8 m Longitud entre el

vertedero de entrada y la

cortina difusora debe ser

no menor de 0.80m.



velocidad limite 0,55

cm/s

Vh/Vs: 4,6518 Rango 5 a 20


máximo 6 h

DIMENSIONES


NES

VALO

R




Longitud zona de

sedimentación

L1 8,4 m

longitud total L 9,2000 m

82



RECOLECCION DE LODOS

Altura máxima de la tolva

de lodos

H1 0,42 m

pendiente b 5%

Tiempo de Vaciado T1 66,4 min

Caudal a evacuar Q1 7,90 l/s

ZONA DE SALIDA

Ancho vertedero Bv 1,4 m salida = entrada


vertedero

H2 0,010 m

1,03 cm

PANTALLA DIFUSORA




04

m2 Se adoptará orificios de

3/4" de diámetro

numero de orificios n 133 orificios


Lechos de secado

Los lechos de secado tienen como función eliminar la cantidad de agua que poseen los lodos

para poder ser manejados como material sólido, el cual debe contener una humedad inferior al

80% y su material filtrante está conformado por grava y arena, también posee una tubería

recolectora de fondo en PVC con diámetro de 4” con orificios de 1”de diámetro, para el drenaje

del agua filtrada. (Inegeniero Horacio Muñoz Amed., 2013)

83

La unidad de lecho de secado posee tres camas, las cuales tienen de longitud de 2.5 m, ancho

de 1.5 metros y una profundidad de 1.5 m, con un área del lecho de 3.75 m2.A continuación se

evidencian las medidas del lecho de secado.

Tabla 28.Medidas de las camas de lecho de secado ptar 1.


PARÁMERO CONVENC

IÓN

UNIDA

D

VALO

R

OBSERVACIONES/FÓ

RMULA

Datos de arranque

Caudal de diseño: Qd m3/dia 648

Solidos Suspendidos SS mg/L 68,5

Solidos Suspendidos SS (kg/m3) 0,0685



lodo

10%

Tiempo de digestión Td días 43

Profundidad de aplicación P m 0,662

carga de sólidos que ingresa al

sedimentador

C Kg de

ss/día

44,388 C=Q X SS


los lodos

Msd kd/día 7,7679 Msd=0,5*0,7*0,5*C


digeridos

Vld L 6473,2

5


tanque

V m3 278,34

975

Área del lecho de secado A m2 420,46

79


Longitud m 2,5

Ancho m 1,5

Alto m 1,5

Área del lecho m2 3,75

Capa de grava m 0,5

Capa de arena m 0,3

𝑉𝑙𝑑 =𝑀𝑠𝑑

𝜌𝑙𝑑 ∗ %𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 /100

𝐴 =𝑉

𝑃

𝑉 =𝑉𝑙𝑑 ∗ 𝑡𝑑

1000

84


Diseño de 3 camas


4.4.4.2.4 Costos

En la siguiente tabla se evidencia el costo total para la construcción de las unidades para

la alternativa 1 de la ptar, los materiales que se requieren y el valor unitario de cada uno de estos.

Tabla 29.Valor planta para tratamiento de agua residual PTAR 1.

PROYECTO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUAL VEREDA PIPIRAL

CIUDAD: BOGOTÁ FECHA: 02-abr-17

UNIDADES A DISEÑAR: Rejillas, tanque de igualación, trampa grasas, sedimentador, reactor lodos activados y

lechos de secado

UNIDAD DESCRIPCIÓN CANTID

AD

UNID

AD

VALOR

UNITARIO

VALOR

TOTAL

Rejilla Varilla 1/2" 12 m $

11,600

$

139,200

Cemen

to

Piso 0,76 m2 $

95,308

$

72,434

Muros concreto

4000 psi

2,07 m3 $

423,477

$

876,597

Tanque de

igualación

Cemen

to

Piso 64,8 m2 $

95,308

$

6.175,958

Muros 48,3 m3 $

423,477

$

20.453,939

Trampa grasas Cemen

to

Piso 1,90 m2 $

95,308

$

181,085

Muros 1,54 m3 $

423,477

$

652,155

Sedimentador Cemen

to

Piso 17,67 m2 $

95,308

$

1.684,092

Muros 12,70 m3 $

423,477

$

5.378,497

Lechos de secado Cemen

to

Piso 11,25 m2 $

44,115

$

496,294

Muros 10,8 m3 $

423,477

$

4.573,552

Arena 3,375 m3 $

27,840

$

93,960

Grava 5,625 m3 $

19,140

$

107,663


17,740

$

47.614,160

Imprevistos 15 % $

13.274,938

85

TOTAL $

101.774,523


4.4.4.3 Alternativa de agua residual 2

Para la alternativa dos se plantea dividir el caudal principal en dos, uniendo de a dos

puntos de vertimientos como se observa en la Ilustración 13.

Ilustración 13.Caudales de vertimiento para la alternativa 2.


4.4.4.3.1 Balance de cargas

En este ítem se presentarán los balances de cargas respectivos para las plantas de

tratamiento A y B, las cuales componen esta segunda alternativa. Las eficiencias para realizar el

balance de cargas fueron tomadas de la empresa Baying S.A.

4.4.4.3.1.1 PTAR A

Como se observa en la Tabla 27, las unidades que determina el balance de cargas que

harán parte esta alternativa será una rejilla la cual removerá sólidos, posterior a esto estará un

trampa grasas el cual remueve grasas y aceites y por ultimo un sedimentador primerio el cual

86

realiza la mayor remoción de la carga contaminante puesto que tiene una eficiencia alta y los

lodos generados en el sedimentador llegan a dos camas de lecho de secado.

Tabla 30.Parámetros iniciales opción 2 PTAR A.

Parámetros Valor

Caudal (L/s) 5,70

Caudal (m3/h) 20,7

DBO (mg/L) 85,43

DQO (mg/L) 106,78

SST (mg/L) 74,65

GyA (mg/L) 41,05


Tabla 31. Balance de carga opción 2 PTAR A.

REJILLAS


DBO 85,43 42,07 0

DQO 106,78 52,59 0

SST 74,65 36,76 0

G y A 41,05 20,22 0

TRAMPA GRASAS


DBO 83,72 41,23 2

DQO 104,65 51,54 2

SST 70,91 34,92 5

G y A 24,63 12,13 30

SEDIMENTADOR PRIMARIO


DBO 58,60 28,86 30

DQO 73,25 36,08 30

SST 35,46 17,46 50

G y A 17,24 8,49 30


4.4.4.3.1.2 PTAR B

En la planta de agua residual B posee un caudal a tratar de 1.65 L/s. A partir de los

parámetros iniciales que se tiene en cuenta para realizar el balance de cargas, este dio como

87

resultado que las operaciones unitarias serian una rejilla, un desarenador el cual tiene la función

de remover los sólidos de un tamaño menos a 3 cm. Por último, la planta culmina con un

tratamiento biológico de lodos activados el cual tiene como función remover la mayor carga

contaminante de DBO, DQO, SST y GYA como se puede apreciar en las siguientes tablas.

Tabla 32.Parámetros iniciales opción 2 PTAR B.

Parámetros Valor

Caudal (L/s) 1,65

Caudal (m3/h) 6,3

DBO (mg/L) 203,61

DQO (mg/L) 254,51

SST (mg/L) 48,17

GyA (mg/L) 8,19


Tabla 33. Balance de carga opción 2 PTAR B.

REJILLAS


DBO 203,61 29,03 0

DQO 254,51 36,28 0

SST 48,17 6,87 0

G y A 8,19 1,17 0

DESARENADOR


DBO 204 29,0 0

DQO 255 36,3 0

SST 48 6,9 0

G y A 8 1,2 0

LODOS ACTIVADOS


DBO 20,36 2,90 90

DQO 25,45 3,63 90

SST 9,63 1,37 80

G y A 4,92 0,70 40


88

4.4.4.3.2 Dimensionamiento

Con base al balance de cargas que fue realizado, este nos ayuda a determinar que

unidades son las que nos darán un óptimo rendimiento para las dos plantas de tratamiento de

agua residual que se plantearon en la segunda alternativa.

4.4.4.3.2.1 PTAR A

A continuación, se presenta el dimensionamiento de las unidades que hacen parte de la ptar a.

Rejilla

El caudal de diseño para esta planta es de 5,70 L/s, con base en este parámetro la rejilla tiene

un espaciamiento de 3 cm con un espesor de barras de ¼” y posee un solo canal como se

evidencia en la siguiente tabla.

Tabla 34.Medidas de la rejilla opción 2PTAR A.


PARÁMETRO CONVENC

IONES

VAL

OR

UNID

AD

OBSERVACIONES

Caudal de aguas

residuales

Q 5,70 L/s Caudal maximo

Caudal de aguas

residuales

492,5 m3/d


Caudal x canal 5,7




Espesor de las barras de

1/4"

S 0,64 cm Asumido

Espesor de las barras 0,006

4

m

Coeficiente de pérdida

para rejillas

b 2,42

Angulo de la rejilla con

la horizontal q

Ɵ 45 Grado

s

Ancho del canal An 0,40 m Para fácil mantenimiento, adoptado el de

desarenador de 40 a 50 cm

89

Coeficiente de Manning mn 0,011 Coeficiente para concreto

DIMENSIONES

PARÁMETRO CONVENC

IONES

VAL

OR

UNID

AD

OBSERVACIONES

Perdida de energía

normal

H 0,001

0

m Ecuación de Kirschmer

Perdida de energía

normal

0,10 cm

Perdida de energía

obstruida (doble de la

velocidad)

Hobs 0,00 m

Perdida de energía


velocidad)

0,20 cm

Velocidad de

aproximación

V 0,3 m/s (0,3 a 0,6 m/s)

Área Rejilla Ar 1,90E

-02

m2 Caudal sobre Velocidad


Altura de la lámina de

agua

h 4,75E

-02

m


agua

4,75 cm

numero de barras n 12 barras



Se dimensiono un tanque de igualación para nivelar la carga contaminante y tener un

mejor funcionamiento de las unidades posteriores a este.

Tabla 35.Medidas tanque de igualación opción 2 PTAR A.


PARÁMETRO CONVENCIONE

S

VALO

R

UNIDA

D

OBSERVACIONE

S





Volumen v 246,2 m3


Profundidad h 5,0 m

90


Nivel mínimo de

operación

1,5 m

Área A 49,2 m2

Ancho a 7,0 m

Longitud l 7,0 m


Trampa grasas

En la siguiente tabla se aprecian las medidas y los parámetros iniciales que son la base para

el dimensionamiento de la unidad.

Tabla 36. Medidas trampa grasas opción 2 PTAR A.



Caudal de aguas residuales Q 20,52 m3/hr Caudal máximo

Caudal de aguas residuales 0,006 m3/s

Caudal de aguas residuales 5,7 L/s

Tiempo de retención tr 5 Min Valor que deberá estar entre 2,5

- 3 minutos según CEPIS - Valor

asumido de 5 a 20, Otras

experiencias

Carga hidráulica 13 m3/m

2-h Valor asumido de 3 a 14,

experiencias consultores

referencia Baying S.A.S.

DIMENSIONES


Área A 1,58 m2 Q/qh

Volumen v 1,58 m3 Q*tr

Altura 1,00 M V/A

Borde libre bl 0,30 M Experiencia Baying S.A.S.

Altura Total Ht 1,30 M H+bl - altura mínima según

CEPIS de 0,8 m

Altura bafle 1 Hb1 0,43 M

Altura bafle 2 Hb2 0,87 M

Relación largo: ancho L:W 2,00

91

Ancho W 0,9 M Asumido por espacio disponible

Largo interno (entre

bafles)

Eb 1,8 M (A/W) - relación de largo/ancho

de 2:1 a 5:1

Espacio libre a la salida Ees 0,6 M Valor asumido (0,3-0,5)

Ancho del bafle de salida Asf 0,02 M

Longitud total Lt 2,40 M Eb+Ees+ Asf


Sedimentador.

La siguiente tabla se evidencia las dimensiones de esta operación unitaria.

Tabla 37.Medidas sedimentador opción 2 PTAR A.



ES

VALO

R






Velocidad de sedimentación Vs 0,023 cm/s 20-

->

20 m3/m2/d

<vs<30m3/m2/d

Tasa de Recolección Entrada 1,50 l/s/m


cortina

L2 0,8 m Longitud entre el vertedero

de entrada y la cortina

difusora debe ser no menor

de 0.80m.



Velocidad limite 0,55 cm/s Vh/Vs: 3,61 rango 5 a 20


máximo 6 h

92

DIMENSIONES


ES

VALO

R




Longitud zona de

sedimentación

L1 6,5 m

Longitud total L 7,30 m



RECOLECCION DE LODOS

Altura máxima de la tolva de

lodos

H1 0,33 m

pendiente b 5%

Tiempo de Vaciado T1 50,4 min

Caudal a evacuar Q1 8,25 l/s

ZONA DE SALIDA

Ancho vertedero Bv 1,4 m Salida = Entrada


vertedero H2

0,0087 m

0,87 cm

PANTALLA DIFUSORA




04

m2 Se adoptará orificios de 3/4"

de diámetro

Número de orificios n 103 Orificios


93

Lecho de secado

En esta unidad llegan los lodos generados en la unidad del sedimentador. A continuación se

presentan sus medidas.

Tabla 38.Medidas lecho de secado opción 2 ptar A.


PARÁMERO CONVENC

IÓN

UNIDA

D

VAL

OR

OBSERVACIONES/FÓ

RMULA

Datos de arranque


8

Solidos Suspendidos SS mg/L 74,65




lodo

10%

Tiempo de digestión Td días 43



sedimentador

C Kg de

ss/día

36,76 C=Q X SS


los lodos

Msd kd/día 6,43 Msd=0,5*0,7*0,5*C


digeridos

Vld L 5361,

36

Volumen de lodos a extraerse

del tanque

V m3 230,5

4


5


Longitud m 2

Ancho m 1,5

Alto m 1,5

Capa de grava m 0,5

Capa de arena m 0,3


1000

𝐴 =𝑉

𝑃

𝑉𝑙𝑑 =𝑀𝑠𝑑


94



Diseño de 2 camas

4.4.4.3.2.2 PTAR B

A continuación se presentan los dimensionamientos correspondientes a las unidades de esta

planta de tratamiento.

Rejilla

Esta será la primera unidad de ingreso para la PTAR B, el canal será de 40 cm de ancho para

facilitar la limpieza de las 12 barras, con un espaciamiento de 3 cm entre ellas, las medidas

completas de esta unidad están en la Tabla 39.

Tabla 39.Medidas rejillas opción 2 PTAR B.


PARÁMETRO CONVEN

CIONES

VAL

OR

UNI

DAD

OBSERVACIONES

Caudal de aguas

residuales Q

1,65 L/s Caudal máximo

Caudal de aguas

residuales

142,

6

m3/d


caudal x canal 1,7




Espesor de las barras

de 1/4"

S 0,64 cm Asumido

Espesor de las barras 0,00

64

m

Coeficiente de pérdida

para rejillas

b 2,42

Angulo de la rejilla

con la horizontal q

Ɵ 45 grado

s

Ancho del canal An 0,40 m Para fácil mantenimiento, adoptado el de

95

desarenador de 40 a 50 cm

Coeficiente de

Manning

mn 0,01

1

Coeficiente para concreto

DIMENSIONES

PARÁMETRO CONVEN

CIONES

VAL

OR

UNI

DAD

OBSERVACIONES

Perdida de energía

normal H

0,00

10

m Ecuación de Kirschmer

Perdida de energía

normal

0,10 cm

Perdida de energía


velocidad) Hobs

0,00 m

Perdida de energía


velocidad)

0,20 cm

Velocidad de

aproximación V

0,3 m/s (0,3 a 0,6 m/s)

Área Rejilla

Ar

5,50

E-03

m2 Caudal sobre Velocidad



agua

h 1,38

E-02

m


agua

1,38 cm

numero de barras n 12 barra

s



Esta unidad es fundamental en el funcionamiento de este diseño ya que el caudal a tratar no

es homogéneo durante las 24 horas del día, aquí se busca igualar las cargas y caudales para el

ingreso de las siguientes unidades, las dimensiones de este tanque se visualizan en la siguiente

tabla.

96

Tabla 40. Medidas tanque de igualación opción 2 PTAR B.






Tiempo de retención Tr 12,0 h 12-24 horas

Volumen V 71,3 m3


Profundidad H 3,0 m



Área A 23,8 m2

Ancho a 4,9 m

Longitud l 4,9 m


Desarenador

Los caudales que se van a tratar en esta planta son los de los puntos de muestreo 3 y 4, ya que

se diseñan 2 unidades por motivos de funcionamiento y mantenimiento el caudal es divido en 2,

estos contienen partículas que pueden ser removidas en esta unidad, de la cual vemos sus

medidas en la Tabla 41.

Tabla 41.Medidas del desarenador opción 2 PTARB.

DIMENSIONES

PARÁMETRO CONVENCIÓN UNIDAD VALOR OBSERVACIONES

Caudal Qmax m3/hr 2.97 Caudal máximo

Unidad de control y

aforo

Un 2,00

Para mantenimiento y

limpieza

Profundidad A Qmax Hmax M 0,13 Asumido

Tiempo Retención

Desarenador

Td S 10,00

10 - 90 seg

Área Desarenador Ad m2 0,01 Qmax/vh

97

Velocidad Horizontal vh m/s 0,15 0,15 - 0,4 m/s

Ancho Del Desarenador w M 0,4 0 Ad/Hmax

Velocidad Horizontal vh m/s 0,15

reconfirmación

Q/(Hmax*w)

Longitud Del

Desarenador

ld M 1,50

(Qmax*Td)/(w*Hmax)


Lodos activados

El reactor de lodos activados será de aireación extendida que se dimensiono para esta

alternativa da una eficiencia completa a la planta, el agua al salir de esta unidad cumple con la

normatividad, las medidas se observan en la siguiente tabla:

Tabla 42.Medidas reactor de lodos activados opción 2 PTAR B.


PARÁMERO CONVENC

IÓN

UNIDAD VAL

OR

OBSERVACIONES/FÓ

RMULA

Datos de arranque

Caudal hacia el reactor Qd m3/d 142,56

DBO IN Ci mg/l 358,91 Luego del tratamiento

primario Según balance de

cargas

Eficiencia esperada E % 90% Acuerdo 43 de la CAR,

clase IV

DBO efluente Ce mg/l 35,891

DBO a remover L kg/d 46

N-NH4 NH4 mg/L 40

Carga NNH4 LNH4 kg/d 5,70

Volumen del reactor

Relación

Alimento/Microorganismo

F/M Kg DBO/Kg

SS-d

0,25 Aireación Extendida

Concentración de

microorgnismos en el licor

mezclado

M SSLM/m3 6 Según fuerza del

contaminante

Volumen del reactor V m3 34,11

Carga volumétrica Lv KgDBO/m3-

d

0,40 Comparar con tabla

T ret Tr hr 5,74

98

Altura efectiva reactor Href m 4,46 Para reducir espacio a

emplear ( dependiendo de

aireación max 5m Bogotá)

Área reactor Ar m2 7,64

Diámetro reactor Dr m 3,12

Lado reactor Lr m 2,76

Relación L:W L:W 2,00 2:1 a 4:1

Ancho reactor W m 1,95

Longitud rectangular L m 3,91


Lechos de secado

En el dimensionamiento de una planta de tratamiento de agua residual es fundamental la

unidad de lecho de secado, el que se dimensiono para esta planta tiene las dimensiones en la

Tabla 43.

Tabla 43.Medidas del lecho de secado de la opción 2 PTAR B.


PARÁMERO CONVENC

IÓN

UNIDA

D

VAL

OR

OBSERVACIONES/FÓ

RMULA

Datos de arranque


6

Solidos Suspendidos SS mg/L 48




lodo

10%

Tiempo de digestión td días 43



sedimentador

C Kg de

ss/día

6,84 C=Q X SS


los lodos

Msd kd/día 1,19 Msd=0,5*0,7*0,5*C


digeridos

Vld L 997,9

2

𝑉𝑙𝑑 =

𝑀𝑠𝑑


99


tanque

V m3 42,91



Longitud m 2

Ancho m 1,5

Alto m 1,5

Capa de grava m 0,5

Capa de arena m 0,3



Diseño de 1 cama


4.4.4.3.3 Costos

A continuación, se evidencia el costo de la construcción de las dos plantas de tratamiento

que componen la alternativa 2, teniendo en cuenta cantidades de obra.

Tabla 44.Costo de la planta de tratamiento para agua residual opción 2.

PROYECTO: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUAL VEREDA PIPIRAL

CIUDAD: BOGOTÁ

FECHA: 02-abr-17

UNIDADES A DISEÑAR: Rejillas, tanque de igualación, desarenador ,trampa grasas, sedimentador , lodos activados y

lechos de secado

UNIDAD DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDAD VALOR UNITARIO VALOR TOTAL

Rejilla ptar A Varilla 1/2" 12 m $ 11,600 $ 139,20

Cemento Piso 0,76 m2 $ 95,308 $ 72,434

Muro 2,07 m3 $ 423,477 $ 876,597

Rejilla ptar B Varilla 1/2" 12 m $ 11,600 $ 139,200

Cemento Piso 0,76 m2 $ 95,308 $ 72,434

Muro 2,07 m3 $ 423,477 $ 876,597


ptar A

Cemento Piso 49,8 m2 $ 95,308 $ 4.746,338

Muro 42,33 m3 $ 423,477 $ 17.925,781

Tanque de igualación Cemento Piso 25,1 m2 $ 95,308 $ 2.392,231


1000

𝐴 =𝑉

𝑃

100

ptar B Muro 18,02 m3 $ 423,477 $ 7.631,056

Desarenador Cemento Piso 4,2 m2 $ 95,308 $ 400,294

Muro 4,61 m3 $ 423,477 $ 1.952,229

Trampa grasas Cemento Piso 2,15 m2 $ 95,308 $ 204,912

Muro 2,57 m3 $ 423,477 $ 1.088,336

Sedimentador Cemento Piso 14,06 m2 $ 95,308 $ 1.340,030

Muro 10,55 m3 $ 423,477 $ 4.467,682

Lodos activados Cemento Piso 8,06 m2 $ 95,308 $ 768,182

Muro 16,13 m3 $ 423,477 $ 6.830,684

Lecho de secado ptar A Cemento Piso 6 m2 $ 95,308 $ 571,848

Muro 6,3 m3 $ 423,477 $ 2.667,905

Arena 3 m3 $ 27,840 $ 83,520

Grava 3 m3 $ 19,140 $ 57,420

Lecho de secado ptar B Cemento Piso 3 m2 $ 95,308 $ 285,924

Muro 3,15 m3 $ 423,477 $ 1.333,953

Arena 0,9 m3 $ 27,840 $ 25,056

Grava 1,5 m3 $ 19,140 $ 28,710

Excavaciónptar A 2500 m3 $ 17,740 $ 44.350,00

Excavaciónptar B 3500 m3 $ 17,740 $ 62.090,00

Imprevistos 15 % $ 24.512,78

TOTAL $ 187.931,338


4.4.5 SELECCIÓN DE ALTERNATIVA

4.4.5.1 Alternativa para agua potable

Las alternativas que se plantearon para tratar el agua cruda de la vereda hacen que el agua

tenga la calidad requerida por la normatividad Colombia (Resolución 2115/2007).La alternativa

1 y 2 se dimensionaron con base al caudal de diseño que se formuló a partir de los aforos de

caudal ejecutados en campo y con los porcentajes de reducción ,determinando así que el caudal

de diseño es de 8.16 L/s y también con la respectiva caracterización del agua, con la cual se

determinó que la opción 1 tuviese las unidades de sedimentador primario, el cual tiene una

pendiente del 5 % y un área de sedimentación de 17,8 m2y un tiempo de retención de 2.16 horas;

101

se diseñaron cuatro filtros para tener un mejor funcionamiento los cuales poseen una velocidad

de filtración de 0.33 m/h , cada uno tiene una operación de 12 horas ,los cuatro tienen cuatro

capas de grava de diferente diámetro y una capa de lecho de arena con un altura de 0.80 m .Por

último la unidad de desinfección que tiene dos tanques, uno es el que posee la solución de cloro

y el otro en donde se ejecuta la dosificación para este ser entregado a la red de distribución. El

costo de construcción de esta alternativa es de $ 133.202.265.En cambio la opción 2 solo difiera

de la opción 1 en la implementación de un clarifloculador después de la unidad de

sedimentación, el cual tiene un tiempo de retención en el tanque de 2 horas y en la parte

tronconica tiene un tiempo de retención de 0.57 horas, una velocidad de clarifloculación de 0.015

m/s y un volumen de 17.29 m3; el costo de construcción esta opción es de$ 177.176.863.

Para la selección de la alternativa se eligió con base a la evaluación económica de las

alternativas puesto que las dos alternativas tienen una alta eficiencia y con estas se garantiza un

excelente tratamiento del agua, por ende, solo se tuvo en cuenta el costo de construcción ya que

la vereda solo cuenta con recursos que ellos mismos poseen. Por tal motivo, la alternativa que se

selecciono fue la 1 ya que posee un valor de ejecución menor como ya se mencionó

anteriormente.

4.4.5.2 Plano para agua potable

El plano de la alternativa seleccionada se encuentra en el anexo 4.

4.4.5.3 Alternativa para agua residual

Las alternativas planteadas para el tratamiento de agua residual en la vereda fueron dos,

las cuales tienen la eficiencia necesaria para remover los contaminantes y llevar las cargas hasta

los valores límites permisibles que determinan la resolución 0631/2015 para realizar vertimientos

a cuerpos de agua en este caso al río Negro. La alternativa 1 opera con el caudal de diseño que se

102

calculó con base a los aforos realizados en los cuatro puntos de vertimientos de la vereda y con

las metas de reducción propuestas dando como resultado un caudal de diseño de 7.35 L/s. A

partir del balance de cargas se determinaron las unidades que hacen parte del tratamiento, el cual

está compuesto por las unidades de rejilla la cual tiene una inclinación de 45°, espaciamiento de

3 cm, un espesor de ¼” ubicada en un solo canal; la unidad posterior a esta es un tanque de

igualación el cual tiene como función nivelar las cargas contaminantes, el agua allí tiene un

tiempo de retención de 12 horas, con un área de 64.8m2

y una altura de 5 m. Continúa el

tratamiento con una trampa grasas el cual tiene un tiempo de retención de 5 minutos, en su

interior posee dos bafles que tienen una altura de 0.43 m y el otro de 0.87 m los cuales ayudan a

la remoción de grasas y aceites, la unidad tiene un volumen de 2.04 m3.El tratamiento culmina

con la unidad de un sedimentador primario el cual tiene un tiempo de retención de 2.16 horas,

con una velocidad de sedimentación de 0.0231 cm/s y posee un área de sedimentación de 16.2

m2yuna altura de 1.89 m, los lodos generados en esta unidad llegan a los lechos de secado los

cuales tiene un área de 3.75 m2 y un medio filtrante de grava y arena. Después que el agua haya

pasado por el sedimentador esta ya puede ser vertida al cuerpo del agua. El costo de esta

alternativa es de $ 101.774.523, teniendo en cuenta solo cantidades de obra.

Para la alternativa 2 se dividió el caudal en dos, una planta de tratamiento posee un

caudal de 5.70 L/s la cual compone los puntos de vertimiento1 y 2; la segunda planta tiene un

caudal de 1.65 L/s esta dispone de los puntos de vertimiento 3 y 4 como se evidencia en la

ilustración 13. A partir del balance de cargas se determinaron las unidades para las dos plantas, la

ptar A contiene las unidades de rejillas esta posee un espaciamiento de 3 cm con un espesor de

1/4”, la cantidad de barras es 12 y una altura de la rejilla de 50 cm .Continua con un tanque de

igualación el cual tiene una altura de 5 m y un tiempo de retención de 12 horas y un volumen de

103

248.8 m3. La unidad posterior al tanque, es el trampa grasas este tiene la función de remover las

grasas y los aceites este tiene su interior dos bafles uno tiene una altura de 0.43 m y el otro de

0.87 m con un tiempo de retención de 5 minutos y un volumen de 1.58 m3. El tratamiento

culmina con un sedimentador el cual permite remover la mayor carga de contaminante, a partir

de su alta eficiencia, el cual tiene un tiempo de retención de 2.16 horas y los lodos generados esta

operación unitaria llegan a una unidad de lechos de secada el posee 2 camas con un área de 3

m2.En cuanto a la ptar B posee las unidades de rejilla la cual posee las mismas medidas de la ptar

A. De igual manera también posee un tanque de igualación el cual posee un tiempo de retención

de 12 horas y un volumen de 71.3m3. Posterior a esta continua el desarenador el cual tiene un

tiempo de retención de 120 segundos, un ancho de 1.02 m y una longitud de 4.09 m. Por ultimo

esta la unidad de lodos activados el cual posee un tiempo de retención de 5,74 horas, en cuanto a

dimensiones tiene una altura de 4.46 m y un área de 8.06 m2, los lodos generados en esta unidad

se disponen en un lecho de secado que tiene medida de 2 m2 con un medio filtrante de grava y

arena. El costo de construcción de esta segunda opción es de $ 187.931.338.

Para determinar la alternativa más óptima, se tuvo en cuenta la evaluación económica de

cada una de las opciones puesto que las dos alternativas tienen una alta eficiencia y con estas se

garantiza un excelente tratamiento del agua basándonos en los resultados obtenidos en los

balances de cargas, por tal motivo como en la selección de la alternativa de agua potable solo se

tuvo en cuenta el costo de construcción ya que la vereda solo cuenta con recursos que ellos

mismos poseen .Por ende, la alternativa que se selecciono fue la 1 ya que posee un valor de

ejecución menor como ya se evidencio anteriormente.

4.4.5.4 Plano para agua residual

El plano de la alternativa seleccionada se encuentra en el Anexo 5.

104

4.5 Socialización con la comunidad

Un proyecto debe ir de la mano de la comunidad para que la efectividad en su ejecución

sea la mejor, por tal motivo se quiso saber de una manera superficial el concepto que tienen los

habitantes sobre el agua potable, si tienen filtros en su casa y si cuentan con alcantarillado, esto

fue investigado por medio de la encuesta que se encuentra en el Anexo 1.

A la pregunta ¿posee servicio de agua potable?, ellos respondieron así:

Gráfica 6.Cantidad de habitante que dicen tener agua potable.


El 81% de los encuestados no poseen servicio de agua potable, solo el 19% afirman que

si poseen la calidad para que el agua pueda ser consuma ya que disponen de filtros caseros como

se evidencia en la gráfica 7,que el 5 % de la población cuentas con estos filtros.

19%

81%

¿Posee servicio de agua potable?

si

no

105

Gráfica 7. Cantidad de habitantes que tienen filtro en casa


4.5.1 Concientización escolar

Para crear conciencia en el plantel educativo de la vereda, se realizó una actividad

didáctica a los estudiantes, la cual consistió en primera instancia en una pequeña introducción, la

cual se basó en cómo llega el agua a nuestros hogares y de la importancia de que el agua sea

tratada a partir de un planta de tratamiento, utilizando como material videos animados y posterior

a los videos se realizó una dinámica con pinturas en la cual ellos plasmaran lo que habían

aprendido con los videos la importancia de tratar el agua .En este caso los videos que se

emplearon fueron “Descubriendo el agua potable” y “Aprendamos con Paquito: ¿Sabes cómo

llega el agua a tu casa? Proceso de tratamiento”. Posterior a estos videos, se realizaron 4 grupos

con 6 integrantes en cada uno ,en los cuales se les entrego temperas ,pinceles y una cartelera en

donde se plasmó una gota de agua la cual hacía alusión a el agua cruda y sin ningún tratamiento

después pasaba por la planta de tratamiento la cual la purificaba , de esta salía otra gota de agua

la cual representaba el agua potable .Esto se hizo con el objetivo de que los niños pintaran la gota

de agua antes de entrar a la planta de tratamiento “sucia” y la gota de agua que salía de la planta

la pintaran “limpia”, dando un resultado satisfactorio puesto que los estudiantes comprendieron

5%

95%

¿Cuenta con un filtro de agua?

si

no

106

la importancia de la planta de tratamiento de agua potable ,pintando la cartelera como se tenía

determinado y explicando la importancia de que el agua sea potabilizada.

Imagen 1.Introducción de la temática a los estudiantes.


Imagen 2.Estudiantes ejecutando la actividad propuesta.


107

Imagen 3.Resultado final de la actividad.


4.5.2 Reuniones comunidad

Las reuniones que se realizaron de la vereda Pipiral durante la ejecución del proyecto

fueron con el fin de involucrar a la comunidad con el mismo y apropiarlos del buen uso del

recurso hídrico, la primera reunión realizada se llevó a cabo con el fin de presentar la propuesta a

la comunidad del proyecto que se pretendía ejecutar allí.

Las siguiente dos reuniones tuvieron como objetivo la socialización a la comunidad

sobre el buen uso de los recursos, allí se dieron breves informes del uso desmedido que hacen en

la comunidad con el agua, se informo acerca de medidas sobre ahorro del agua y ciertas

recomendaciones para darle un uso más eficiente a un recurso tan vital, como lo es el agua, se

entregó un folleto anexo 6, el cual contiene información sobre datos del agua.

108

Imagen 4.Socialización comunidad vereda Pipiral.


4.5.3 Adelantos efectuados por la comunidad

La comunidad de Pipiral mediante Res. No. PS-GJ.1.2.6.13.0657 de 2015 fue notificada

de las acciones que debería llevar a cabo para el debido cumplimiento de las obligaciones por

haber sido otorgada la concesión de agua del caño Yarumal en el año 2013, estas acciones son:

Realizar actividades de reforestación (200 árboles cada año)

Colocar una valla informativa

Realizar aforos de caudal en verano cada año

Elaborar el plan de uso eficiente y ahorro del agua

Para el año 2016 la comunidad no había cumplido con ninguno de los requisitos

anteriormente mencionados. Durante la ejecución de este proyecto se han venido realizando

acciones por parte de la comunidad para la ejecución de estas acciones. En el mes de febrero del

2017 se instaló el medidor de caudal que se observa en la imagen 5. Antes de instalar el medidor

se realizó una inspección a la tubería para descartar fugas y tener errores en la medición del

109

caudal; otra de las acciones adelantadas es la valla informativa imagen 6. Que fue puesta en el

tanque de almacenamiento.

Imagen 5.Medidor de caudal


Imagen 6.Valla informativa vereda Pipiral


110

Aunque la comunidad ha venido haciendo esfuerzos para el cumplimiento de los

requisitos no cumplen aun ni con el 50% de estos, la autoridad ambiental realizo la visita que se

sugiere en la Res. No. PS-GJ.1.2.6.13.0657 en el mes de julio de 2016, tras la visita y no

encontrar ninguno de los requerimientos se publicó la Res. No. PS- 61.1.2.6.16 de 2017 en la

cual se notifica a la junta de acción comunal de la vereda Pipiral que se va a proceder a sanción,

la junta de acción responde con una carta de descargos anexo 7, explicando que después de la

visita se han adelantado las acciones anteriormente mencionadas y por qué no se han adelantado

las otras.

111

5 RECOMENDACIONES

Es de vital importancia que la comunidad realice una reestructuración de su servicio

público de agua con el propósito de lograr reducir la dotación de agua doméstica a una

tasa mínima del 5% anual, incluyendo alternativas como la implementación de medidores

del consumo por vivienda y cambio de las tarifas que se tienen ya que son de bajo costo

al gasto de agua que realizan. Por otro lado, para aportar con la disminución de consumo

del servicio es importante realizar e implementar el plan de uso eficiente y ahorro del

agua, no solo por el requerimiento de la autoridad ambiental CORMACARENA, sino por

la falta de educación ambiental que posee la comunidad frente al uso responsable del

recurso hídrico ya que realizan un uso excesivo del mismo.

Es importante realizar la curva de dosificación de cloro, cuando se vaya a construir la

planta de tratamiento de agua potable en el proceso de desinfección.

En época de invierno los tanques de captación que tienen ubicados en el caño de la

quebrada Yarumal se obstruyen por los deslizamientos generados por el aumento de

caudal del caño, ocasionando que la comunidad quede un tiempo sin el suministro de

agua, por ende se recomienda la construcción de un muro de contención antes de los

tanques y así prevenir el taponamiento de los mismos.

Basándose en la alternativa seleccionada para tratamiento de agua potable, la unidad que

se podría realizar en este momento es el filtro ya que este remueve los parámetros de

turbiedad y coliformes, ya que son los que poseen los valores más altos según la

caracterización realizada. También teniendo en cuenta el costo total de la planta, se

recomienda por el momento realizar la operación unitaria ya mencionada puesto que es

112

un costo menor y de igual manera se garantiza a la comunidad una calidad de agua

óptima para consumo.

Para realizar la planta de tratamiento de agua residual se deben unificar los cuatro puntos

de vertimiento.

113

6 CONCLUSIONES

El caudal de diseño se formuló a partir de los aforos realizados en campo ,no se tuvo en

cuenta el cálculo planteado por el RAS debido a que no daba como resultado un caudal

real puesto que el valor era de 4.44 L/s y los aforos del caudal captado son en promedio

de 8.2 L/s, es decir, que con esto se evidencia un exceso de consumo de agua .Por

ende ,se plantearon metas de reducción de consumo proyectadas a 25 años para así poder

tener un caudal de diseño real frente al consumo que la comunidad ejecuta.

Las alternativas de tratamiento para agua potable para la vereda Pipiral, se diseñaron con

base a los aforos ejecutados en campo y a la caracterización de parámetros físico –

químicos, las dos siendo muy eficientes en cuanto a remoción de carga contaminante. Sin

embargo la alternativa seleccionada fue por motivos económicos ya que la opción A tiene

un costo de $133.202,265 y la opción B tiene un costo $177.176,863.

Para el tratamiento de agua residual las alternativas planteadas fueron formuladas a partir

del balance cargas en el cual se tienen en cuenta la carga contaminante de los parámetros

fisicoquímicos como lo son el caudal, DBO, DQO, GyA y SST. Las dos dando

cumplimiento con los límites permisibles trazados en la resolución Colombiana. Con base

en esto la opción seleccionada fue la que representa menos costo ya que tiene un valor de

$101.774,523.

La comunidad realiza un uso excesivo del recurso hídrico para consumo humano puesto

que vierten 180% del agua que deberían estar vertiendo realmente al cuerpo de agua, esto

se evidencia también en la caracterización de agua residual que se realizó, en la cual las

cargas de contaminante de los puntos de vertimientos dan como resultado un agua fresca,

114

pero si se disminuye el consumo probablemente la caracterización de los vertimientos

cambiaria.

Se dimensiono un sistema de potabilización para un caudal de 8.16 L/s proyectado al año

2041 momento en el cual se proyecta una población 1788 habitantes. El sistema incluye

tanque almacenamiento, sedimentador, lechos de secado, filtros y desinfección.

Se dimensiono un sistema de tratamiento de agua residual para un caudal de 7.35 L/s

proyectado al año 2041 momento en el cual se proyecta una población de 1788 habitantes.

La planta incluye rejilla, tanque de igualación, trampa grasas, sedimentador y camas de

lecho de secado.

115

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119

ANEXOS

Anexo 1.Encuesta de diagnóstico.

DIAGNÓSTICO ELABORACIÓN PROPUESTA USO DEL RECURSO

HÍDRICO VEREDA PIPIRAL

Encuesta No. Fecha:

DATOS QUE CADA UNA DE LA PERONA QUE HABITAN EL INMUEBLE

Nombres Apellidos Sexo Edad

Mujeres ________ Hombres ________ Niños ________

Residencial ____________ La vivienda es: Tipo de

vivienda:

Comercial ____________ Propia SI__ NO__ Casa

__________

Mixto ____________ Arriendo SI__ NO__ Apartamento

__________

Tipo de establecimiento:

_________________________________

Familiar SI__ NO__

Estrato socioeconómico al cual pertenece: 1__ 2__ 3__ 4__ OTRO_____

¿Cuántos derechos de agua tiene la vivienda? 1__ 2__ 3__ 4__ OTRO_____

Posee servicio de:

Agua potable: SI__ NO__ Alcantarillado SI__ NO__

¿Paga usted por usar el agua? NO ____ SI___

¿Cuanto? $_________________, por: semana____ mes ___

año___

¿La casa cuenta con algún tipo de filtro? SI __ NO __


120

Anexo 2.Formatos de registro y cadenas de custodia.

Agua potable

- Formato de registro en campo para pruebas in situ, muestra 5.


121



122



123

Agua residual



124



125



126



127

Anexo 3.Resultados parámetro en el CTAS y en campo.

Agua Potable

Resultados agua potable, realizados en el centro tecnológico ambiental y sostenible.

RESULTADOS AGUA POTABLE

PARAMETROS


casa Sr Lilia

C. Bocatoma Casa finca Sr Parra

Q (L/s) NA 8,2 NA

Temperatura (⁰C) 24,4 21,3 25,00

pH 7,01 6,13 7,12

Conductividad

(µS/cm) 25,9 20,06 18,51

OD (mg)L) 8,08 6,49 7,99

Turbiedad (NTU) 4,78 3,13 5,45

SST (ml/L) 0 0 0,00

Color Aparente

(UPC) 0 0 0,00

Cloro residual libre 0,01 0 0,00

Alcalinidad total 0 0 0,00

Calcio 6,9 7,1 7,00

Manganeso 2,14 2,16 2,16

Zinc 2 1,9 0,80

Dureza total (ml) 27 16 12,50

Sulfatos 8 8 8,00

Hierro total 0,21 0,08 0,09

Cloruros <0,1 <0,1 <0,1

Nitratos (mg/L N-

NO3) 8 7 4,00

Nitritos (mg/L NO2) 0,38 0,32 0,40

Aluminio 0,006 0 0,00

Fluoruros 0,1 0,1 0,10

COT (mg/L C) 4,2 2,2 4,30

Coliformes totales 183 100 220,00

E.Coli 0 0 0,00


128

Agua Residual

Resultados agua residual, realizados en el centro tecnológico ambiental y sostenible.

RESULTADOS AGUA RESIDUAL

PARAMETROS Punto 1 Punto 2 Punto 3 Punto 4

casa teja

2

casa teja

1

Finca

gallinas casa Sr Armando

Q (L/s) 1,9 3,82 0,708 1,02

Carga diaria (Kg/ día DBO5) 5,25 36,97 6,85 23,55

Temperatura (⁰C) 21,92 23,64 21,28 24,07

pH 7,8 7,92 7,65 8,54

Conductividad (µS/cm) 378,95 477,18 351,8 733

OD (mg)L) 5,22 4,47 5,72 4,52

Turbiedad (NTU) 187,6 113,26 60,41 89,66

SSED sólidos sedimentables

(ml/L) 5,6 3,8 1,76 0,72

SST (ml/g) 86 69 34 58

Color Aparente (UPC) 69 68 20,4 26,25

DQO (mg/L) 40 140 140 334

DBO (mg/L) 32 112 112 267,2

Grasas y Aceites 12,2 55,4 17,4 1,8

Detergentes Anionicos (mg/L) >5,0 1,2 0,1 0,7

Detergentes Cationiocos(mg/L) <0,2 <0,2 <0,2 <0,2

Ortofosfatos (mg/L (PO4)3 2.03 0,4 1,06 2,45

Nitratos (mg/L N-NO3) 44 32 25 62

Nitrógeno total 18 25 12 18


129

Anexo 4.Plan planta de tratamiento de agua potable alternativa 1.

130

Anexo 5.Plano planta de tratamiento de agua residual alternativa 1.

131

Anexo 6.Folleto de socialización de la importancia del recurso hídrico.


132

Anexo 7.Carta descargos a CORMACARENA

Fuente. (Junta de Acción Comunal Vereda Piripal de Villavicencio, 2011)

133


134


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