UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA

CARRERA DE INGENIERA CIVIL

TESIS DE GRADO PREVIA A LA OBTENCIN DELTTULO DE INGENIERO CIVIL

IDENTIFICACIN DEL PROYECTO:

Tema:

Estudio de un Sistema de Depuracin de Aguas Residuales para reducirla contaminacin de Ro Ambato y los sectores aledaos, en el sector dePisocucho, de la parroquia Izamba, del Cantn Ambato, Provincia deTungurahua

AUTOR: Alex Guillermo Villacis Proao

TUTOR: Msc. Ing. Dilon Moya

Ambato-Ecuador

2011

II

AUTORA

Yo Alex Guillermo Villacis Proao, C.I. 180385713-3 egresado de la Facultad deIngeniera Civil y Mecnica de la Universidad Tcnica de Ambato, certifico por mediode la presente que el trabajo con el tema:

ESTUDIO DE UN SISTEMA DE DEPURACIN DE AGUAS RESIDUALESPARA REDUCIR LA CONTAMINACIN DE RO AMBATO Y LOS SECTORESALEDAOS, EN EL SECTOR DE PISOCUCHO, DE LA PARROQUIA IZAMBA,DEL CANTN AMBATO, PROVINCIA DE TUNGURAHUA es de mi completaautora.

...Alex Guillermo Villacis Proao

III

DEDICATORIA

A mi Madre, por ser el pilar fundamental en mi vida, por haberme apoyado y darmesiempre las palabras de aliento, gracias por el cario y la amistad que me brindas.

A mi Padre por haber sido un apoyo fundamental, a mis hermanos, por poder contar conellos siempre, en los buenos y en los malos momentos, por ser unos verdaderos amigos,a mis tas por ser impulsadoras directas para llegar a este momento, a los grandesamigos por haber contado con ellos en todo momento.

IV

AGRADECIMIENTO

El agradecimiento sincero a todos quienes aportaron en la elaboracin del siguienteproyecto de tesis, y de manera muy especial al Ing. Dilon Moya, por su asesoramiento,colaboracin, y direccin para el desarrollo del presente proyecto.

A la UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO, a la Facultad de Ingeniera Civil yMecnica, y a todos quienes forman parte de la misma, quienes impartieron susconocimientos para mi formacin profesional

NDICE

A.- PGINAS PRELIMINARESPag

1. Cartula2. Certificacin I3. Autora de la tesis II4. Dedicatoria III5. Agradecimiento IV6. ndice V

B.- TEXTO: INTRODUCCIN

CAPTULO IEl problema

1.Problema 11.1. Planteamiento del problema 11.1.2. Contextualizacin general 11.2. Anlisis crtico 31.2.1. Prognosis 31.2.2. Formulacin del problema 31.2.2.1. Interrogantes 41.2.3. Delimitacin 4Delimitacin temporal 4Delimitacin espacial 4Cuadro delimitacin temporal 51.3. Justificacin del problema 61.4. Objetivos 61.4.1. General 61.4.2. Especfico 7

CAPTULO IIMarco Terico

2.1. Antecedentes investigativos 82.2. Fundamentacin terica 82.1.1.Tratamiento de aguas residuales 82.1.2. Aguas residuales 92.1.3. Clases de aguas contaminadas 102.1.4. Caractersticas fsico-qumicas y biolgicas 112.1.5. Estudios bsicos 11

2.1.6. Estudio topogrfico 112.1.7. Trabajos de campo 112.1.8. Perodo de diseo recomendado 122.1.9. Estudio demogrfico 142.1.10. Estacin de tratamiento 142.1.11. Disposicion final de las aguas tratadas 152.2.1. Clasificacin de las aguas residuales 152.3. Ensayos qumicos 172.3.1. Determinacin de nitritos 172.3.2. Demanda bioqumica de oxgeno (DBO) 182.3.3. Demanda qumica de oxgeno (DQO) 182.3.4. Determinacin de grasas y aceites 192.3.5. Determinacion de slidos suspendidos totales y sedimentables 192.3.6. Slidos suspendidos totales 202.3.7. Determinacin de fsforo 222.3.8. Determinacin de nitrgeno 222.3.9. Determinacin de materia flotante 232.3.10. Determinacin de oxgeno disuelto 232.3.11. Determinacin de coliformes fecales 242.3.12. Determinacin del PH 242.3.13. Composicin tpica de las aguas residuales 252.4. Clasificacin de las operaciones de tratamiento de las aguas residuales 252.4.1. Operaciones fsicas 252.4.2 Operaciones qumicas 262.4.3. Opraciones biolgicas 262.5. Microorganismos presentes 272.5.1. Bacterias 272.5.1.1. Digestin Anaerbica 272.5.1.2. Digestin Aerbica 282.5.1.4. Necesidades medioambientales 292.6. Operaciones unitarias comunes para plantas de tratamiento 302.7. Tratamiento de lodos y fangos 312.8. Tipos de plantas de tratamiento 322.8.1. Lodos activados 322.8.2. Lagunas de estabilizacin 352.8.3. Lagunas aireadas 392.8.4. Tratamiento por humedal 422.8.5. Reactor secuencial Batch (SBR) 532.8.6. Zanjas de oxidacin 582.4. Hiptesis 612.4.1.Variables de estudio 612.4.1.1. Variable independiente 612.4.1.2. Variable dependiente 612.4.1.3. Trminos de relacin 61

CAPTULO IIIMetodologa

3.1. Metodologa 623.1.1. Area de influencia 623.1.1.1. Poblacin 623.1.2. Ubicacin 633.1.3. Enfoque general 633.1.4. Variable independiente 633.1.5. Variable dependiente 633.2. Modalidad y tipos de invetigacin 633.2.1. Modalidad 633.2.2. Tipos de investigacin 643.3. Operalizacin de variables 653.3.1. Matriz de variable independiente 663.4. Tcnicas de recoleccin de la informacin 673.4.1. Observaciones 673.4.2. Entrevista 673.4.3. Encuesta 673.5. Anlisis e interpretacin de resultados 673.5.1. Interpretacin de resultados 673.5.2. Comprobacin de la hiptesis 67

CAPTULO IVAnlisis e interpretacin de resultados

4.1. Antecedentes generales 684.1.1. Diagrama de evaluacin de alternativas 694.2. Evaluacin tcnica 704.2.1. Evaluacin superficie necesaria 704.2.2. Evaluacin mantenimiento y operacin 724.2.2. Evaluacin de sistemas de tratamiento 744.2.3. Evaluacin personal, control y frecuencia del control 754.3. Evaluacin medioambiental 764.4. Evaluacin econmica 834.5. Anlisis de resultados 85

CAPTULO VConclusiones y recomendaciones

5.1. Conclusiones 875.2. Recomendaciones 89

CAPTULO VIPropuesta

6.1. Datos informativos 906.1.2. Aspectos socio-econmicos 906.1.3. Aspectos fsicos y topogrficos 916.1.4. Poblacin 926.1.4.1. Aspectos demogrficos 926.1.4.2. Razn o tasa de crecimiento poblacional 936.2. Antecedentes de la propuesta 1006.3. Justificacin 1006.4. Objetivos 1006.4.1. General 1006.4.2. Especficos 1016.5. Fundamentacin 1016.6. Metodologa 1016.6.1. Bases del diseo 1016.6.2.Perodo de diseo 1026.6.4. Areas tributarias 1036.6.5. Densidad poblacional 1036.7. Anlisis de caudales 1036.7.1. Dotacin actual de agua potable 1036.7.2. Dotacin futura de agaua potable 1036.8. Caudal de aguas servidas 1046.8.1. Caudal medio diario sanitario 1046.8.2. Caudal mximo instantaneo sanitario 1056.8.3. Caudal de aguas ilcitas 1096.9.1. Diseo hodralico del canal desarenador 1106.9.2. Clculo de las dimensiones de los canales desarenadores 1106.9.3. Diseo del sistema tratamienro de aguas residuales 1116.9.4. Clculo del volumen de arena depositada en el canal desarenador 1116.9.5. Clculo de la pendiente del canal desarenador 1116.10. Tratamiento primario 1126.10.1. Tanque de sedimentacin primaria 1126.10.2. Velocidad de arrastre 1136.10.3. Remocion de DBO y SST 1136.10.4. Dimensin del tanque de sedimentacin primaria 1146.10.5. Dimensionamiento 1146.10.6. Dimensionamiento del filtro biolgico 1156.11. Tabla para el clculo del sistema de tratamiento de aguas residuales 1186.12. Anlisis de precios unitarios 120Presupuesto 1496.13. Estudio de impacto ambiental 151

C. MATERIALES DE REFERENCIA

1. Bibliografa 1712. Anexos 174Planos 228Indice de Planos 229

NDICE DE TABLAS, DIAGRAMAS Y FIGURASNDICE DE TABLAS

Pag

Tabla #1 Perodos de diseo 13Tabla #2 Rango de contaminacin tpica de las aguas residuales 25Tabla #3 Identificacin y clasificacin bacteriana 29Tabla #4 Resumen comparativo proceso de digestin anaerbica y aerbica 30Tabla #5 Ventajas y desventajas de los lodos activados 35Tabla #6 Ventajas y desventajas de las lagunas de estabilizacin 39Tabla #7 Ventajas y desventajas de las lagunas de aireadas 41Tabla #8 Comparacion entre lodos activados y lagunas de estabilizacin 42Tabla #9 Ventajas y desventajas de los hunedales de flujo subsuperficial (FS) 47Tabla #10 Ventajas y desventajas de los hunedales de flujo libre superficial (FLS) 51Tabla #11 Comparacion entre los humedales FS y FLS 52Tabla #12 Ventajas y desventajas del SBR 57Tabla #13 Ventajas y desventajas de las zanjas de oxidacin 60Tabla #14 Datos censo poblacional 2001 (Ambato) 62Tabla #15 Escala de evaluacin 68Tabla #16 Resumen de la superficie requerida 70Tabla #17 Grado de conveniencia de los sistemas de tratamiento 71Tabla #18 Grado de complicacin de funcionamiento de los sistemas de tratmiento 72-73Tabla #19 Personal requerido para el funcionamiento de los sistemas de tratmiento 73Tabla #20 Grado de complejidad del funcionamiento de los sistemas de aguas residuales 74Tabla #21 Grado de personal requerido 75Tabla #22 Grado de control de los sistemas de tratamiento 75-76Tabla #23 Grado de frecuencia de control de los afluentes 76Tabla #24 Rendimiento en la remocin de contaminantes 78Tabla #25 Rendimiento en la remocin de contaminantes promedio 78Tabla #26 Demanda quimica de oxgeno 79Tabla #27 Demanda bioqumica de oxigeno 79Tabla #28 Slidos en suspensin (S.S) 79Tabla #29 Nitrgeno total (N) 80Tabla #30 Fsforo total (P) 80Tabla #31 Percepcin de olores en los sistemas de tratamiento 81Tabla #32 Grado de generacin de plagas 82Tabla #33 Costo de obra y equipos 84Tabla #34 Resumen 85Tabla #35 Datos censales Cantn Ambato 93

NDICE DE DIAGRAMASPag

Diagrama #1 Delimitacin por contenidos 5Diagrama #2 Composicin tpica de las aguas residuales 16Diagrama #3 Evaluacin de alternativas 69

NDICE DE FIGURASPag

Figura #1 Estructura celular bsica de las bacterias 28Figura #2 Diagrama del proceso de lodos activados 34Figura #3 Principio de funcionamiento de las lagunas de estabilizacin 36Figura #4 Sistemas de lagunas de estabilizacin 38Figura #5 Lagunas de estabilizacin mezcla completa 40Figura #6 Diagrama de flujo laguna aireada 40Figura #7 Procesos de una planta de tratamiento por humedal 43Figura #8 Sistema de flujo subsuperficial 44Figura #9 Sistema de flujo superficial 48Figura #10 Flujo operacional de sistema SBR 54Figura #11 Diagrama tpico de las zanjas de oxidacin 59Figura #12 Alternativas de seleccin 86

-1-

CAPTULO I

TEMA

Estudio de un Sistema de Depuracin de Aguas Residuales para reducir lacontaminacin de Ro Ambato y los sectores aledaos, en el sector de Pisocucho,

de la Parroquia Izamba, del Cantn Ambato, Provincia de Tungurahua

1. PROBLEMA

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.2 CONTEXTUALIZACIN GENERAL

Las aguas contaminadas o aguas negras son generalmente vertidas en aguassuperficiales sin el debido tratamiento.

La existencia de contaminantes ambientales, tales como las aguas residuales, y surespectivo saneamiento, son un problema nacional, en especial en las comunidadesurbanas de baja densidad poblacional las cuales no cumplen en un alto porcentajecon los requerimientos normados sobre los lmites de contaminantes de aguasresiduales.

La situacin mundial de los pases desarrollados en el mbito de la proteccin almedio ambiente, ha influido en la situacin actual de crear modelos de seleccin detecnologa en el tratamiento de aguas, protegiendo as el medio ambiente ygenerando as un mnimo impacto ambiental.

-2-

Existiendo en el pas normativas vigentes, reguladoras de los contaminantesasociados a las descargas de residuos lquidos, ha surgido la necesidad de dictarnormas que regulen y controlen con mayor efectividad, para as alcanzar condicionesambientales libres de contaminacin hidrogrficas.

Otro aspecto a considerar: el de las aguas negras o vertidos residuales lquidosdomsticos y/o industriales. Tambin han de ser sistemticamente analizados ycontrolados debido, de una parte a la valoracin de su posible incidencia negativasobre el medio ambiente, y la necesidad ulterior de su depuracin antes de suexpedicin a aquel. Se intentara evitar de este modo en lo posible, el alto grado depolucin provocado por estas aguas residuales. En segundo lugar, existen otrasregulaciones y normativas (nacionales, autonmicas y municipales) que imponen uncontrol de emisiones encaminado a la preservacin del cada vez ms degradadomedio ambiente. [Ingeniera de aguas Residuales, 2007]

La existencia de distintos mtodos de eliminacin de los contaminantes de las AguasResiduales, que se encuentran ya en aplicacin en distintas partes del mundo y ennuestro pas, sean estas de fase nica de tratamiento o implementados en fases detratamientos primarios, secundarios y/o terciarios.

El tipo de tratamiento a escoger, debe ser aquel, que cumpla con los requerimientosde las normas, y los factores (qumicos, fsicos, biolgicos, nivel de tratamiento,costos, etc.) que guarden relacin directa con la evaluacin de seleccin de la Plantade Tratamiento a sugerir.

Se sabe que las aguas residuales, albergan microorganismos que causanenfermedades infecciosas tales como: hepatitis, gastroenteritis, disentera, clera ymuchas otras enfermedades. Es evidente la necesidad de tener la informacin de lametodologa de seleccin apropiada de las Plantas de Tratamiento, para elsaneamiento y eliminacin de desechos, obteniendo as un mejoramiento de lascondiciones de salud y saneamiento de las poblaciones.

-3-

A esto se debe la necesidad de implementar una metodologa que permita la eleccinde la planta ptima para la localidad objeto de estudio.

1.2 ANLISIS CRTICO

La creacin de un sistema de Depuracin de Aguas Residuales, en el sector de laQuebrada Pisocucho, al ser este el lugar de descarga de los alcantarillados de lasparroquias: Atahualpa, Martnez e Izamba, sera de gran importancia ya que lasaguas servidas se descargan en el ro Ambato sin haber tenido el tratamiento previo,causando as un grave dao al ecosistema del ro.

Cabe mencionar tambin que estos alcantarillados descargan aguas residuales defbricas, especficamente curtiembres cuyos desechos contienen varios qumicosaltamente contaminantes y peligrosos.

El ro Ambato al ser un ecosistema altamente vulnerable, no puede recibir tal gradode contaminacin, por lo cual resulta de vital importancia la creacin de un Sistemade Depuracin de Aguas Servidas.

1.2.1 PROGNOSIS

Si no se llegara a realizar el Sistema de Depuracin de Aguas Residuales, estasaguas seguirn contaminando el ecosistema del rio y provocara un dao ecolgicoirreparable; adems, las personas, agricultura, acuicultura, etc., que dependen del riose veran gravemente afectadas ya que no podran continuar con sus actividades.

1.2.2 FORMULACIN DEL PROBLEMA

Cul ser la alternativa ms viable para reducir la contaminacin del ro Ambato,mejorar la calidad de vida de las personas que viven a en las orillas del ro y asevitar enfermedades?

-4-

1.2.2.1 INTERROGANTES

Por qu es importante tratar las aguas servidas?

Cul es el impacto ambiental producido al ro Ambato?

Qu impactos positivos generar la planta de tratamiento?

Cul es el nivel de contaminacin del ro Ambato?

Qu enfermedades produce un ro contaminado?

Qu afluentes son los contaminantes de un ro?

1.2.3 DELIMITACIN DELIMITACIN TEMPORAL

Para realizar este estudio se tabularan datos facilitados por la Empresa Municipal deAgua Potable y Alcantarillado desde el mes de Mayo del 2008 hasta el mes deNoviembre del 2009, para tratar en lo posible de representar los datos con la mayoraproximacin y veracidad.

Con los valores antes mencionados se podr determinar la vida til del proyecto.

DELIMITACIN ESPACIAL

El presente estudio se lo realizar en el sector de Pisocucho perteneciente a laparroquia Izamba, del cantn Ambato de la provincia de Tungurahua.

Este proyecto tendr estudios de campo los mismos que sern realizados en el sectorantes mencionado, especficamente en la quebrada Pisocucho, sector del paso lateralde Ambato.

-5-

Las actividades complementarias se las realizara en la oficina ubicada en el cantnAmbato, provincia del Tungurahua.

Diagrama 1. Delimitacin por contenidos

Ingeniera Civil

Sanitaria AmbientalHidrulica

Tratamiento SaneamientoImpactoAmbiental

ContaminacinDegradacin de

la calidad devida

Reutilizacin Salud

Depuracin de Aguas Residuales para reducir la contaminacin deRo Ambato y los sectores aledaos, en el sector de Pisocucho, de la

parroquia Izamba, del Cantn Ambato, Provincia de Tungurahua

Dao al ecosistemaContaminacin

Enfermedades a lapoblacin

-6-

Elaborado por: Egresado: Alex Villacis

1.3 JUSTIFICACIN DEL PROBLEMA

BENEFICIARIOS:

La descarga de las aguas servidas de los sectores de Atahualpa, Martnez e Izamba,no cuenta con una planta de tratamiento, por lo cual se requiere de estudios y diseospara este proyecto.

Por medio de este proyecto sern beneficiados, todos los moradores que viven aguasabajo del ro Ambato, ya que los mismos utilizan las aguas del rio para sus diferentesactividades, al estar esta agua contaminada, ya no se podr continuar con laagricultura, ganadera, turismo, pesca, etc.

El factor ecolgico se beneficiara en gran magnitud, ya que las aguas producto delalcantarillado que se viertan al rio sern ya tratadas.

Disminuir en gran medida con las enfermedades, que atacan a la poblacin msvulnerable como son los nios.

Otro aspecto muy importante es que se beneficiara a la agricultura; ya que el caudaltratado podr ser reutilizado para el cultivo de productos, y tambin podr serutilizado para la crianza de animales acuticos, que ya existen en el sector.

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Establecer una metodologa que permita orientar a una seleccin de la plantade tratamiento de aguas residuales optimizando todos los recursos existentespara la descontaminacin del ro Ambato.

-7-

1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Determinar qu tipo de tratamiento se debe realizar en el sector Obtener datos reales de la poblacin y del sitio mismo donde se realizara el

proyecto.

Satisfacer las exigencias tanto de seguridad, diseo, economa y factibilidadoperacional, para la creacin de una planta de tratamiento de aguas servidas.

-8-

CAPTULO II

MARCO TERICO

2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS

La contaminacin ambiental es un mal que est aquejando al mundo entero, y en elmomento actual en el que nuestro pas no se ve todava gravemente afectado, esdonde debemos tomar acciones para prevenir que nuestros ecosistemas no colapsen yel dao se vuelva irreparable.

Es inminente y de gran importancia la creacin de una planta de tratamiento de aguasservidas para descontaminar el ro y ayudar a la salubridad de las comunidades.

2.2 FUNDAMENTACIN TERICA

2.1.1 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

CONCEPTO. El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesosfsicos, qumicos y biolgicos que tienen como fin eliminar los contaminantesfsicos, qumicos y biolgicos presentes en el agua efluente del uso humano. Elobjetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable enel ambiente y un residuo slido o fango (tambin llamado bioslido o lodo)convenientes para su disposicin o reutilizacin. Es muy comn llamarlo depuracinde aguas residuales

-9-

2.1.2 AGUAS RESIDUALES

CONCEPTO.- Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones ylocales comerciales e industriales. stas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cualson generadas (por ejemplo: tanques spticos u otros medios de depuracin) o bienpueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberas - y eventualmentebombas - a una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para colectar y tratarlas aguas residuales domsticas de la descarga estn tpicamente sujetos aregulaciones y estndares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). Amenudo ciertos contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residualesrequieren procesos de tratamiento especializado.

Se define como aguas que se descargan despus de haber sido usadas en un proceso

o producidas por este, y no tienen ningn valor inmediato para este proceso.

Los contaminantes que describen el agua residual son generalmente una mezcla decompuestos orgnicos e inorgnicos.

Se pueden clasificar de acuerdo a sus componentes en: fsicos, qumicos ybiolgicos.

El agua contaminada se caracteriza por sus propiedades fsicas como:

Color: Determina cualitativamente el tiempo de las aguas residuales. Lasaguas residuales recientes toman un color gris, en cambio en perodosprolongados de conservacin, las aguas residuales se tornan de color negro(ausencia de oxgeno, proliferacin de microorganismo anaerbico).

Olor: Los olores son debidos a los gases liberados durante procesos dedescomposicin de la materia orgnica. Estos tienen relacin directa con laconcentracin de materia orgnica presente en aguas contaminadas y elentorno de degradacin en que se descompone (entorno anaerbico generasulfuro de hidrogeno, componente caracterstico de olores spticos).

-10-

Temperatura: parmetro bsico para el funcionamiento adecuado de4 lossistemas de tratamiento en su fase secundaria (tratamiento biolgico).

Turbidez: grado de turbidez del agua, los slidos se presentan en suspensindebido a su densidad y caractersticas en el medio receptor.

Slidos: Se presentan como slidos floculados, suspendidos y sedimentados.Estos pueden dar lugar al desarrollo de depsitos de fango y condicionesanaerbicas en entornos acuticos sin tratar. La remocin de slidossedimentados permite proteger los equipos (bombas, tuberas, etc) de efectosde abrasin. [Menndez Gutirrez, Carlos Prez Olmo, Jess M, 2008]

A su vez los componentes biolgicos como: microorganismos, plantas y qumicos,sean estos orgnicos (carbohidratos, pesticidas) o inorgnicos (pH, nitrgeno,metales pesados, otros).Dando estos elementos las caractersticas de contaminantes a las aguas residuales.

2.1.3 CLASES DE AGUAS CONTAMINADAS Aguas Residuales Domsticas.- Desechos Lquidos Provenientes de

viviendas Instituciones y establecimientos comerciales. [Gonzles, 2006]

Aguas Residuales Industriales. - Desechos lquidos provenientes de laindustria. Dependiendo de las industrias podran contener, adems deresiduos tipo domstico, desechos de los procesos industriales.[Gonzles,2006]

Aguas Pluviales.- Son las aguas de la escorrenta superficial, provocada porlas precipitaciones atmosfricas (lluvia, nieve, granizo). Las cargascontaminantes se incorporan al agua al atravesar la atmsfera y Por el lavadode superficies de terreno. [Gonzles, 2006].

Aguas Agrarias. - Son aguas procedentes de actividades agrcolas yganaderas. La denominacin de aguas agrarias se debe reservar a lasprocedentes exclusivamente de la actividad agrcola, aunque est muygeneralizada (impropiamente) su aplicacin tambin a las procedentesactividades ganaderas. La contaminacin de las aguas agrarias es muyimportante, perjudicando sensiblemente las caractersticas del cauce o medioreceptor. [Gonzles, 2006]

-11-

2.1.4 CARACTERSTICAS FSICO-QUMICAS Y BIOLGICASTPICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

Las aguas residuales domsticas provienen principalmente de aguas de lavado de

ropa, lavado de platos, cocina, aseo personal y usos sanitarios. Esta caractersticaaltera el peso especfico, lo cual tiene importancia en la determinacin de la potenciarequerida del motor cuando sea necesaria la instalacin de una estacin de bombeo.

La gravedad especfica del agua cloacal se puede estimar en 1,04. Adema, estacondicin del agua residual toma importancia en el diseo de los colectores,dimetro, y pendiente porque de estos parmetros depende que los sedimentos s seanarrastrados y no se sedimenten en el colector. [Los problemas de las aguascontaminadas, 2009]

2.1.5 ESTUDIOS BSICOSEn el diseo de un sistema de alcantarillado sanitario, el proyectista deber tener unbuen conocimiento del rea donde se pretende implantar el sistema, tomando encuenta todas sus potencialidades y limitaciones. Los estudios bsicos deben incluiraspectos relacionados a la parte tcnica de las obras, aspectos socioeconmicos yculturales. [Moya. 2010]

2.1.6 ESTUDIO TOPOGRFICOEl levantamiento plani-altimtrico del rea de proyecto y de sus zonas de expansinser presentado en una escala mnima de 1: 1000, con curvas de nivel cada metro ycotas de nivel de la rasante del terreno en todas las intersecciones de calle (crucero) ypuntos importantes. [Moya, 2010]

2.1.7 TRABAJOS DE CAMPOEstas investigaciones previas en sitio establecen los datos necesarios para el estudioy se pueden agrupar dentro de los apartados siguientes:

1.-Estudios demogrficos.2.-Estudios topogrficos.3.-Estudios sanitarios4.-Estudios de obras existentes.

-12-

2.1.8 PERODO DE DISEO RECOMENDADO

Los sistemas de abastecimiento de alcantarillado deben garantizar la rentabilidad detodas las obras del sistema durante el perodo de diseo escogido.

Se debe estudiar la posibilidad de construccin por etapas de las obras deconduccin, redes y estructuras; as como tambin prever el posible desarrollo delsistema y sus obras principales, por sobre la productividad inicialmente estimada.En general se considera que las obras de fcil ampliacin deben tener perodos dediseo ms cortos, mientras que las obras de gran envergadura o aquellas que sean dedifcil ampliacin, deben tener perodos de diseo ms largos.

En ningn caso se proyectaran obras definitivas con perodos menores a 15 aos.

El diseo de obras definitivas podr prever la construccin por etapas, las mismasque no sern ms de tres.

El perodo de diseo de obras de emergencia se escoger tomando en cuenta laduracin de esta, es decir, considerando el lapso de tiempo previsto para que la obraentre en operacin.

La vida til de las diferentes partes que constituyen un sistema, se establecen en lasiguiente tabla.

-13-

Tabla 1. Perodos de diseo

COMPONENTE VIDA TIL EN (AOS)

Diques grandes y tneles 50 a 100

Obras de captacin 25 a 50

Pozos 10 a 25

Conduccin de hierro dctil 40 a 50

Conduccin de asbesto cemento o PVC 20 a 30

Planta de tratamiento 30 a 40

Tanques de almacenamiento 30 a 40

Tuberas principales y secundarias de la red

de hierro dctil 40 a 50

de asbesto cemento o PVC 20 a 25

Otros materiales Variables de acuerdo a

especificaciones del

fabricante

Fuente: Curso, Manejo del Programa AutoCad Civil Land Desktop

Todas las soluciones tcnicas adoptadas en el diseo de sistemas de aguas potable yalcantarillado, deben sustentarse en la comparacin de los distintos indicadorestcnicos-econmicos de las variantes analizadas. Se debe evaluar costos deconstruccin, gastos anuales de operacin, costos por metro cubico por da de aguatratada, costos del tratamiento de un metro cbico de agua, plazos y etapas deconstruccin, etc.

La variante ptima ser aquella que tenga los menores gastos, considerando loscostos de inversin, los gastos de operacin del sistema y los gastos empleados en laproteccin sanitaria de las fuentes de abastecimiento. [ IEOS, 1986 ]

EN FUNCIN DE LA POBLACIN Localidades de 1000 a 15000 habitantes: 15 aos. Localidades de 15000 a 50000 habitantes: 20 aos.

-14-

Localidades con ms de 50000 habitantes: 30 aos.2.1.9 ESTUDIO DEMOGRFICO

Se deber realizar el estudio demogrfico con base en datos censales e informacinlocal y regional. Se deber determinar para el inicio y final de proyecto la poblaciny las densidades poblacionales de acuerdo a zonas de ocupacin homognea,siguiendo las categoras residencial (unifamiliar o multifamiliar), comercial,industrial y publica. [Moya, 2010]

2.1.10 ESTACIN DE TRATAMIENTOTpicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separacin fsicainicial de slidos grandes (basura) de la corriente de aguas domsticas o industrialesempleando un sistema de rejillas (mallas), aunque tambin pueden ser triturados esosmateriales por equipo especial; posteriormente se aplica un desarenado (separacinde slidos pequeos muy densos como la arena) seguido de una sedimentacinprimaria (o tratamiento similar) que separe los slidos suspendidos existentes en elagua residual. A continuacin sigue la conversin progresiva de la materia biolgicadisuelta en una masa biolgica slida usando bacterias adecuadas, generalmentepresentes en estas aguas. Una vez que la masa biolgica es separada o removida(proceso llamado sedimentacin secundaria), el agua tratada puede experimentarprocesos adicionales (tratamiento terciario) como desinfeccin, filtracin, etc. Esteefluente final puede ser descargado o reintroducidos de vuelta a un cuerpo de aguanatural (corriente, ro o baha) u otro ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc).

Los slidos biolgicos segregados experimentan un tratamiento y neutralizacinadicional antes de la descarga o reutilizacin apropiada.

Estos procesos de tratamiento son tpicamente referidos a un:

Tratamiento primario (asentamiento de slidos) Tratamiento secundario (tratamiento biolgico de la materia orgnica disuelta

presente en el agua residual, transformndola en slidos suspendidos que seeliminan fcilmente)

-15-

Tratamiento terciario (pasos adicionales como lagunas, micro filtracin odesinfeccin)2.1.11 DISPOSICIN FINAL DE LAS AGUAS TRATADAS

La disposicin final del agua tratada puede ser:Llevada a un ro o arroyo;Vertida al mar en proximidad de la costa;Utilizada para la agricultura;Vertida sobre una superficie de terreno al aire libre.

2.2.1 CLASIFICACIN DE LAS AGUAS RESIDUALES

Las aguas residuales se clasifican segn su origen en: aguas domsticas, aguaspluviales y aguas industriales. Dadas las caractersticas de la poblacin se tiene aguasde origen domestico; Estas suelen estar constituidas por desechos humanos yanimales, desperdicios cultivados que pueden tener grasas y detergentes sintticos,como tambin agua de lavado de calles y corrientes pluviales donde se arrastranpartculas que se encuentran en la superficie.

Las aguas industriales son aportadas por diversas fuentes de contaminacin, comopor ejemplo la industria agropecuaria, pesquera, forestal y otros. Estas secaracterizan por un alto contenido de material orgnico e inorgnico y metalespesados.

Para determinar el tipo y cantidades de contaminantes contenidos en las aguasresiduales, es necesario realizar una serie de anlisis que se pueden clasificar en:

Anlisis fsicos. Anlisis qumicos. Anlisis biolgicos.

Los anlisis fsicos detectan parmetros que se manifiestan por sus propiedades comopor ejemplo: color, olor y concentracin de slidos-sedimentabilidad.

-16-

Las que tienen propiedades qumicas orgnicas, detectan los carbohidratos, grasas,aceites, pesticidas, fenoles, protenas y otros y los anlisis qumicos inorgnicosmiden la alcalinidad, cloruros, metales pesados, nitrgeno, pH, fosforo, azufre, sales,compuestos txicos y cidos entre otros.

Los anlisis biolgicos detectan aquellas substancias producidas por la actividad ymateria orgnica viva, conocida como biomasa, en especial los microorganismospatgenos que tienen impacto sobre la salud humana.

Diagrama 2. Composicin tpica de las aguas residuales

Fuente: Vernica Jorquera, Metodologa para la seleccin de sistemas dealcantarillado particular

100% AguaResidual

99.9% Agua

0.1 % Agua

30% Inorgnico

70% OrgnicoProtenas

CarbohidratosGrasas

ArenasSales

Metales

-17-

2.3 ENSAYOS QUMICOS DETERMINANTES SOBRE LA CALIDADDEL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES:

2.3.1 DETERMINACIN DE NITRITOSEl nitrito se forma en la etapa intermedia del ciclo del nitrgeno, se encuentranAguas Residuales como resultado de la accin bacteriana sobre el nitrgenoamoniacal. El nitrito es un nutriente bioestimulador. Debido a que el nitrito denitrgeno (NO2-N) es un nutriente esencial para organismos fotosintticos, esimportante su control de estos tipos de descargas al medio ambiente. En los sistemasde tratamiento biolgico, regula la tasa de reproduccin bacteriana. [Metcalf & Eddy,1996]Para el anlisis correspondiente, se ocupara el mtodo Cromatografa Inica conSupresin Qumica de Conductividad del Afluente, para determinar Nitrito (NO2-) yNitrato (NO3-).

a) Procedimiento:Para este ensayo, el mtodo espectro-fotomtrico determina la concentracin de losniveles de nitrgeno de nitritos sobre las aguas Residuales Domesticas. Losintervalos aceptados de concentracin de nitritos son 0.01mg/lt-1mg/lt. Se realizauna calibracin utilizando solucin estndar de nitritos, se obtiene diluyendo 10 mlde la solucin intermedia de nitrgeno de nitrito (NO2-NO) tomando 50ml de lasolucin stock.

Se consigue una relacin 1ml=0.5g NO2-NO. Seis matraces volumtricos de 50 mlson empleados, donde se realiza el muestreo con ciertas cantidades de solucinestndar. Se debe conseguir un Ph=7 aumentando el Ph con hidrxido de sodio(nitritos presentes reaccionan en medio acido). A esta solucin se aade 1ml deSulfanilamida y luego 1ml de N-(1-naftil)-Etilendiamina y se agitan muestras enambas ocasiones para generar la reaccin. Despus de reposar por ms de 10minutos, las substancias toman un color purpura. Se realiza la lectura de absorcin a543 nm en el espectro fotmetro. El nitrgeno de nitrito aparece normalmente en

-18-

concentraciones menores a 1mg/lt. En aguas superficiales y subterrneas susconcentraciones normalmente no varan de los 0.1 mg/lt.

2.3.2 DEMANDA BIOQUMICA DE OXIGENO (DBO):Demanda bioqumica de oxigeno (DBO5) es un indicador de cantidad de materiaorgnica presente en las aguas residuales. Es la estimacin de la cantidad de oxigenorequerido en una poblacin micro bacteriana heterognea para oxidar la materiaorgnica de una muestra de agua en un periodo de cinco das a 20C. La demandabioqumica de oxigeno permite determinar la fraccin biodegradable de la materiaorgnica presente en una muestra. Es tambin un indicador de alimentacin microbacteriano que est disponible para el sistema biolgico. [Ingeniera de aguasresiduales, 2007].La oxidacin biolgica completa de la materia orgnica, lleva aproximadamente 20das. La experiencia muestra que el anlisis de la demanda bioqumica de oxigenorealizada por 5 das de incubacin es suficiente. La oxidacin se realiza en dosetapas: en la primera etapa se oxidan los compuestos carbonaceos, y en la segunda,los compuestos nitrogenados. La demanda bioqumica de oxigeno (DBO) se calculade la diferencia entre el oxgeno disuelto inicial y final. Suele emplearse paracomprobar la carga orgnica de las aguas residuales e industriales biodegradables,sin tratar y tratadas. [Ingeniera de aguas residuales, 2007].

2.3.3 DETERMINACIN DE LA DEMANDA QUMICA DEOXGENO (DQO):

Demanda qumica de oxgeno, presenta la cantidad de materia orgnica e inorgnicaque hay en el agua y es susceptible a ser oxidada. Es la necesidad de oxgeno almargen de un proceso biolgico. Este es un indicador de la cantidad de materiaorgnica oxidable presente en el agua residual, de origen orgnico y residual.

a) Procedimiento:Las muestras obtenidas deben estar filtradas, sin presentar tipo alguno de turbidez. Sepresentan seis tubos de ensayo de 50 ml cada uno. Se introduce un blanco repetido ydos repeticiones de cada muestra. Se toma 2.5 ml de la muestra y se aade 1.5 ml desolucin de dicromato y 3.5 ml de la solucin de cido sulfrico-sulfato de plata(H2SO4-Ag2SO4). Se agitara y se introduce en el digestor durante dos horas s 150 C.se adiciona una gota de indicado de ferroina. Finalmente se aade sulfato ferroso

-19-

amoniacal. La medicin se realiza cuando el color verde pasa a ser color rojo-caf. Eldicromato no reducido se puede medir por titulacin. As se determina la cantidad deeste cido consumido y se calcula la materia oxidable en trminos de oxgenoconsumido. [Ingeniera de aguas residuales, 2007].

2.3.4 DETERMINACIN DE GRASAS Y ACEITES:La eliminacin del contenido de grasas y aceites antes del vertido evita interferir conla vida biolgica en aguas superficiales, crear partculas y acumulacin de materiaflotante desagradable.

Estas incluyen cidos grasos, jabones, grasas, ceras, hidrocarburos, aceites ycualquier otra substancia susceptible a hacer extrada con hexano. Los lmitesmximos permitidos para la descarga de aceites y grasas son de 20 mg/lt. [Metcalf -Eddie; 1996]

a) Procedimiento:Se toma una muestra simple llenando un recipiente mbar (evitar el contacto con laluz solar) de 1 lt. Se coloca un filtro de papel y una solucin de tierra de diatomeas(retiene grasas y aceites de la muestra). La solucin debe quedar uniformementerepartida por todo el filtro. Se filtra a continuacin el litro de muestra, una vezfiltrado se toma el filtro y se guarda en cartucho de extraccin (Thimbles). Se limpiael embudo y el frasco con hexano y se ocupa otro filtro para el siguiente muestreo. Elcartucho Thimbles se sella con fibra de vidrio y se introduce en la estufa a 105Cdurante 30 minutos. Luego las grasas son extradas en equipo Soxhlet empleandohexano como disolvente (en mg/lt). Finalmente el disolvente es extrado empleandorota vapor. [Ingeniera de aguas residuales, 2007].

2.3.5 DETERMINACIN DE SLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES YSEDIMENTABLES:

Una de las caractersticas ms importantes del agua residual es el contenido total deslidos, trmino que engloba la materia en suspensin, materia sedimentable, materiacoloidal y disuelta. De acuerdo a su composicin se tienen:

-20-

a) Slidos orgnicos.- Slidos que contienen material orgnico del tipo animal yvegetal, incluyendo compuestos orgnicos sintticos. Estos slidos estn

b) sujetos a degradacin o descomposicin por la actividad biodegradable de losmicroorganismos-bacterias, protozoos, hongos y otros. Mientras mayor sea laconcentracin de slidos orgnicos, se hablara de aguas servidas fuertes.

Slidos inorgnicos.- Los slidos inorgnicos son substancias inertes nobiodegradables. Estas son substancias minerales como. Arena, grava, metales y salesminerales. Cuando existe poca cantidad de slidos orgnicos y mayor de inorgnicosse habla de aguas servidas dbiles. En su mayora corresponde a aguas residualesindustriales. [Ingeniera de aguas residuales, 2007].

2.3.6 SLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (S.S.T.):La turbidez es debida a la existencia en el agua de materia en suspensin de pequeotamao. Limos, arcillas, material coloidal, otros. Segn la Organizacin mundial dela Salud, la turbidez del agua para consumo humano no debe superar en ningn casola 5 NTU (Unidades Nefelomtricas de Turbidez). Los slidos totales puedenclasificarse en filtrantes y no filtrantes.

1) Slidos en suspensin filtrantes: los slidos en suspensin son aquellos queson retenidos por un filtro de fibra de vidrio con un tamao nominal de poro de1.2 micras(Filtro Whatman GF/C) o filtro de membrana de policarbonato detamao nominal de poro de 1.0 micras

a) Procedimiento:Cada muestra es analizada por triplicado. Se utiliza crisoles Gooch con papel fieltroWhatman grado GF/C.El primer muestreo es inducido a estufa a 103-105 C durante dos horas. Luego seenfra a temperatura ambiente, se obtiene el peso 1 (P1).Segunda muestra. Se filtra (filtro Whatman, 1.2 micrmetros) 100 ml de ella y secoloca a la estufa a 105 C, durante cinco horas. . Luego se enfra a temperaturaambiente, se obtiene el peso 2 (P2).

-21-

Tercera muestra. Se introduce los crisoles a 550 C durante 20 minutos. Liego seenfra a temperatura ambiente, se obtiene peso 3 (P3), se registran tres pesos y segenera el anlisis correspondiente.

2) Slidos disueltos coloidales no filtrantes: corresponden a la fraccin deslidos que no es retenida por el filtro y que queda como residuo, despus desometer a evaporacin a temperaturas controladas. Determinado este parmetronos da una estimacin del contenido de sales disueltas presentes en la muestra.[Metcalf & Eddy; 1995].Los slidos disueltos, estn constituidos por slidos orgnicos e inorgnicos, lafraccin coloidal (disuelta) est compuesta por las partculas de materia detamao entre 0.001 y 1.0 micrmetro. La fraccin coloidal no puede eliminarsepor sedimentacin. Por lo general, se requiere una coagulacin u oxidacinbiolgica contemplada con la sedimentacin para eliminar la fraccin coloidal.Los slidos coloidales orgnicos y un 30% de slidos inorgnicos.

b) Procedimiento.Se utiliza el filtrado obtenido en los crisoles para slidos suspendidos. Seutilizan capsulas de porcelana. La muestra se realiza por duplicados y setoman 50 ml de muestra.Al igual para los slidos suspendidos, se anotan tres pesos. Se secan encapsulas a una temperatura constante de 180C.

3) Slidos Sedimentables: Corresponden a los slidos de tamao mayor a 10- mm que se sedimentan en el fondo de un recipiente en forma de cono, llamadosedimentador Imhoff.Estn constituidos aproximadamente de un 75 % de slidos orgnicos y 25 % deinorgnicos. Los slidos sedimentables, expresados en unidades de ml/l,constituyen una medida aproximada de la cantidad de lodos que se obtendr enla decantacin primaria del agua residual.

-22-

a) Procedimiento: La sedimentacin se produce cuando se depositan partculasslidas suspendidas contenidas en un medio lquido debido a la fuerza degravedad. El anlisis de las muestras se debe realizar antes de 24 horas. En ellaboratorio se toma el cono sedimentador Imhoff por cada muestra. Sevierten 1000 ml en cada cono. La muestra debe ser bien mezclada. Despus

b) de 45 minutos transcurridos, se agita suavemente los lados del conomediante leve rotacin.Se deja reposar 15 min. La duracin total del proceso es de una hora.

2.3.7 DETERMINACIN DEL FSFORO (P):El fosforo es un nutriente bio-estimulador, esencial para el crecimiento de algas yotros organismos biolgicos. En general, se considera al fosforo como principalelemento limitante en el crecimiento de la plantas. Este genera nocivas eincontroladas proliferaciones de algas y microorganismos en el medio ambienteacuoso. Sin embargo es un nutriente esencial para el correcto funcionamiento deprocesos biolgicos de depuracin.

a) Procedimiento: Para la determinacin de la concentracin del fsforo seaplicara el mtodo cido vanadomolibdo fosfrico. En una disolucin de ortofosfatos, el molibdato de amonio reacciona en condiciones cidas para formarun heteropolicido. En la presencia de vanadio, se forma cidovanadomolibdo fosfrico de color amarillo. El grado de este color esdirectamente proporcional a la concentracin de fosfato, que se mide usandouna longitud de onda.

[ Menndez Gutirrez, Carlos Prez Olmo, Jess M. 2008]

2.3.8 DETERMINACIN DE NITRGENO (N):Nutriente bio-estimulador. Los componentes nitrogenados se encuentranampliamente distribuidos en la naturaleza. Las fuentes de nitrgeno incluyen ladegradacin de materia orgnica, fertilizantes, productos de limpieza y tratamientode agua potable.

-23-

Es importante el control de su concentracin en el afluente debido a que es unelemento esencial para el crecimiento de protistas y plantas. Factor de importancia enel tratamiento de aguas residuales.

a) Procedimiento: el mtodo utilizado es el de digestin con persulfato (HACH).Se adiciona el reactivo de persulfato de nitrgeno al recipiente que contienehidrxido, luego se aaden los 2 ml de muestra a este. Se sella el recipiente y

se mueve continuamente durante 30 segundos. Enseguida se colocan en el reactorde digestin con persulfato y se calienta durante 30 minutos a 105C. Una veztranscurrido ese tiempo se retiran los recipientes del reactor y se dejan enfriar atemperatura ambiente. Se programa el colormetro para obtener la concentracinde nitrgeno total. [ Menndez Gutirrez, Carlos Prez Olmo, Jess M. 2008]

2.3.9 DETERMINACIN DE MATERIA FLOTANTE:Este anlisis consiste en analizar la materia flotante que pasa por un tamiz de 2.3mm. Para poder realizar este anlisis se necesita tomar el agua residual del puntoen un recipiente de 3 a 5 litros con una apertura de un dimetro mayor a 7 cm. Seobserva la cantidad de materia flotante.

2.3.10 DETERMINACIN DE OXGENO DISUELTO:El oxgeno disuelto, es necesario para los procesos de oxidacin de losmicroorganismos aerbicos, as como para otras formas de vida. Evita la formacinde olores desagradables en las aguas residuales. Es deseable y conveniente disponerde cantidades suficientes de oxgeno disuelto para permitir la digestin aerbica.[Metcalf & Eddie; 1996].

a) Procedimiento: La determinacin del oxgeno disuelto se efecta tomando elagua residual en un recipiente que quede bien sellado y con la extraccincompleta del aire.Se debe determinar el oxgeno hasta 8 horas despus de la toma de la muestra,Manteniendo a 4 C el material de anlisis. En el momento de determinar lacantidad de oxgeno disuelto la muestra se debe encontrar a temperatura,ambiente. Luego con el oxmetro se efectan las mediciones correspondientes

-24-

2.3.11 DETERMINACIN DE COLIFORMES FECALES:La contaminacin de las aguas por materia fecal, presenta el factor de mayorimportancia en la determinacin de la calidad del agua. Las heces contienen variedadde microorganismos patgenos. Los organismos patgenos justifican la raznprincipal del tratamiento de las aguas residuales. Los organismos patgenos sepresentan en las aguas residuales contaminadas en cantidades reducidas y resultandifciles de identificar como de aislar. Es por ello que se emplea el organismocoliforme como organismo indicador. Se considera que la presencia de coliformeslogra ser un indicador de la posible presencia de organismos patgenos, y que laausencia de aquellos, indica que las aguas estn libres de organismos que puedencausar enfermedades a los organismos multicelulares (humanos, animales y otros).[Metcalf & Eddie; 1996].

a) Procedimiento: la muestra es tomada con un recipiente de vidrio estril de250ml. Se llenan las partes. El anlisis de la muestra debe realizare entre 6y 8 horas despus de su recoleccin. El mtodo de anlisis es el mtodorpido Quanti-Tray/2000. El material utilizado para este mtodo es unacharola estril, una ampolleta (reactivo Colisure) y un frasco desechableestril con aforo de 100 ml y que contiene tiosulfato de sodio. Se adicionan100 ml de muestra al frasco y se le aade el reactivo que se mezcla, acontinuacin se introduce el recipiente incubador que es sellado y mantenidoa 35 C en una incubadora durante 24 horas.

2.3.12 DETERMINACIN DEL PH:Mide la concentracin de iones de hidrogeno en el agua, teniendo valores que vandesde muy cido a muy alcalino (0 pH 12), siendo pH=7 el valor neutro. Laaproximacin del pH a valores cero, indica lo cido del medio, en cambio, un pHelevado indica una baja concentracin de iones de hidrogeno, y por consecuencia unaalcalinizacin del medio. El pH es un factor clave en el crecimiento de losorganismos. Solo un estrecho rango del pH representa un medio ambiente ideal parael crecimiento de los organismos. El agua con una concentracin desfavorable de ionde hidrogeno es difcil de tratar por medios biolgicos y si la concentracin no se

-25-

altera antes de su tratamiento, el efluente puede no cumplir con las concentracionesmximas.

2.3.13 COMPOSICIN TPICA DE LAS AGUAS RESIDUALES:Los contaminantes de las aguas residuales son en general mezclas complejas decompuestos orgnicos e inorgnicos. Debido a que la composicin y la concentracinde las aguas residuales van variando segn el transcurso del tiempo, la siguiente tablaclasifica los contaminantes en fuerte, media, dbil.[Gestin y uso racional delagua,2009]

Tabla 2. Rango de contaminacin tpica de las aguas residuales

CONTAMINANTES UNIDADES FUERTE MEDIA DBIL

Slidos totales mg/lt 1200 720 2350

Disueltos totales mg/lt 850 500 250

Suspendidos totales mg/lt 350 220 100

DBO mg/lt 400 220 110

Nitrgeno mg/lt 85 40 20

Amoniaco Libre mg/lt 50 25 12

Fosforo mg/lt 20 10 6

Alcalinidad mg/lt 200 100 50

Grasa mg/lt 150 100 50

Fuente: Metcalf & Eddie, 1996

2.4 CLASIFICACIN DE LAS OPERACIONES DE TRATAMIENTO DELAS AGUAS RESIDUALES.

2.4.1 OPERACIONES FSICAS:A partir de las primeras observaciones hechas por el hombre ha habido una evolucinde estos mtodos. Estos fueron los primeros en ser aplicados al tratamiento de lasaguas residuales. Las operaciones unitarias tpicas de este tratamiento son:

-26-

Desbaste: Eliminacin de slidos gruesos y sedimentables por intercepcin. Mezclado: Homogenizacin de los caudales mediante mixtura, utilizado en

procesos qumicos y biolgicos del agua residual, manteniendo los slidos ensuspensin.

Floculacin: Aumento de tamao de las partculas por agregado: mejora lasedimentacin y su eliminacin.

Sedimentacin: Eliminacin de slidos sedimentables y espesados porfangos.

Flotacin. Eliminacin de slidos en suspensin. Filtracin: Eliminacin de slidos en suspensin residual. Transferencia de gases: Adicin y eliminacin de gases.

2.4.2 OPERACIONES QUMICAS:En esta operacin, la eliminacin de los contaminantes se consigue a travs deprocesos qumicos unitarios.

Las operaciones tpicas en este mtodo son:

Precipitacin qumica: Mejora de la eliminacin de slidos en suspensin.Utilizado en la remocin del fsforo-proceso fsico-qumico.

Adsorcin: Eliminacin de materia orgnica mediante mtodosconvencionales de cloracin de agua residual antes de su vertido.

Desinfeccin: destruccin selectiva de organismos (bacterias, protozoos,rotferos, otros.) causantes de enfermedades.

2.4.3 OPERACIONES BIOLGICAS:El, objetivo principal de esta operacin es la reduccin de la materia orgnicacarbonosa presente en el agua, esta conlleva a la eliminacin de nutrientes como elfsforo, nitrgeno mediante nitrificacin y desnitrificacin y la estabilizacin de losfangos. La principal aplicacin de este proceso es la eliminacin de substanciasorgnicas biodegradables presentes en las aguas residuales que se efectan en elreactor biolgico.

-27-

El tratamiento biolgico consiste en separar mediante bacterias la materia orgnicade las aguas residuales, esto mediante la coagulacin y precipitacin de los slidoscoloidales no sedimentables. La labor de los microorganismos es la reduccin de lamateria orgnica carbonosa, coagulacin de slidos coloidales no sedimentables y laestabilizacin de la materia orgnica. Esto se consigue biolgicamente, gracias a laaccin de variedad de microorganismos presentes en el tratamiento de las aguasresiduales. Los microorganismos son utilizados para convertir la materia carbonosa(coloidal y disuelta) en gases y tejido celular. [Gestin y uso racional del agua, 2009]

2.5 MICROORGANISMOS PRESENTES EN EL TRATAMIENTO DEAGUAS RESIDUALES:

Para comprender las actividades de los microorganismos presentes en las aguasresiduales es fundamental el proceso de tratamiento biolgico.A continuacin se detallaran los microorganismos bsicos presentes en el tratamientobiolgico. [Gestin y uso racional del agua,2009]

2.5.1 BACTERIAS:Las bacterias son organismos procariotas unicelulares. Su reproduccin se efectamediante la fisin binaria (divisin), esta puede ser sexual o por gemacin. Existentres procesos de digestin bacteriana: digestin aerbica, anaerbica y facultativa.

Su forma general se ajusta dentro de las categoras de:a) Esfricas: 0.5 - 1m dimetro.b) Cilndricas: de 0.5 - 1 m de ancho, 1.5 3 m longitud, forma de bastn.c) Helicoidales: de 0.5-5 m de ancho, 6-15 m longitud, forma de espiral.

2.5.1.1 DIGESTIN ANAERBICA:En el proceso de digestin anaerbica, la materia orgnica contenida en la mezclaresidual, es biolgicamente convertida en gas metano y dixido de carbono mediantetres etapas:

a) Primera etapa: La transformacin se efecta va enzimtica (hidrlisis). Ungrupo de microorganismos se ocupa de la hidrolizacin de los polmeros

-28-

orgnicos y de los lpidos para formar elementos estructurales bsicos (monosacridos, aminocidos, compuestos relacionados).

b) Segunda etapa: Las bacterias anaerbicas no metanognicas (Bifidobacteriumspp, Lactobacillus, otras), fermentan los productos de la materia orgnicapara producir cidos orgnicos simples (cido actico).

c) Tercera etapa: Los microorganismos convierten el hidrgeno y el cidoactico en gas metano (Methanobacterium, Methanococcus, otros).

Los microorganismos anaerbicos generan olores caractersticos de las aguasresiduales spticas, este olor es debido a la presencia de sulfuro de hidrgeno. Losinconvenientes del tratamiento anaerbico de las aguas residuales, en comparacincon el tratamiento aerbico, vienen condicionados por los olores y el lentocrecimiento de las bacterias formadoras de metano. Este obliga a superficies detratamiento extensas y tiempos de retencin dilatados para conseguir la adecuadaestabilizacin de los residuos (30 a 60 das).Las ventajas en cambio, residen en la produccin de metano, que es un gascombustible y, por ello un producto final til.La ecuacin que describe el proceso anaerbico de descomposicin de la materiaorgnica es:

, 2 + 3 + 2 + 42.5.1.2 DIGESTIN AERBICA:

La digestin aerbica consiste en la oxidacin de la materia orgnica mediante uncultivo bacteriano aerobio en suspensin generada en un reactor.En la oxidacin aerbica los microorganismos estn en fase respiratoria endgenadonde los materiales contenidos en las clulas son oxidados, teniendo como resultadouna reduccin de la materia orgnica degradada biolgicamente. De esta manera, laestabilizacin aerbica genera un consumo de energa y la digestin de la materiaorgnica. El cultivo bacteriano convierte la materia orgnica (COHNS) del aguaresidual en concordancia con la estequiometria de las siguientes ecuaciones.

+ 2 + 2+ 3+ 5 7 2+

-29-

La regin del citoplasma (Figura 1) contiene cido ribonucleico (ARN), cuya misines la sntesis de protenas.En la zona nuclear se encuentra el cido desoxirribonucleico (ADN), este contienetoda la informacin necesaria para la reproduccin total de los componentes de laclula bacteriana.Figura 1. Estructura celular bsica de las bacterias

Fuente: Moreno, Josefa M , 2007

2.5.1.3 NECESIDADES AMBIENTALES:Las condiciones ambientales de temperatura y de pH tienen un papel importante en lasupervivencia y crecimiento de las bacterias. Segn el intervalo de temperatura en elque el desarrollo bacteriano es ptimo, las bacterias se pueden clasificar enpsicrfilas, mesfilas, y termfilas (Tabla 3). En general el pH ptimo para elcrecimiento bacteriano se sita entre 6.5 7.5 y los niveles de tolerancia del pH sondel orden del 4.0 9.5.

Tabla 3: Identificacin y clasificacin bacteriana

TEMPERATURA C

TIPO INTERVALO TEMPERATURA PTIMA

PSICRFILAS 10 - 30 12 - 18

MESFILAS 20 - 50 25 - 40

TERMFILAS 35 - 75 55 - 65

Fuente: Metodologa para la seleccin de sistemas de alcantarillado Vernica Jorquera.

-30-

Tabla 4: Resumen comparativo entre procesos de digestin anaerbica y aerbica

SISTEMAS DE TRATAMIENTO

ANAERBICOS AERBICOS

Menor velocidad de degradacin de

materia orgnica

Mayor velocidad de degradacin de

materia orgnica

Mayor tiempo de retencin de slidos Mayor tiempo de retencin de slidos

Presencia de malos olores Ausencia de olores

Genera biogs No genera biogs

Baja necesidad de nutrientes Necesidad de nutrientes

Fuente: Metodologa para la seleccin de sistemas de alcantarillado Vernica Jorquera.

2.6 OPERACIONES UNITARIAS COMUNES PARA PLANTAS DETRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES:

Estas son las operaciones tpicas presentes en la mayora de los de los diagramas deflujo la las plantas de tratamiento de las aguas residuales.

Desbaste: Previo al tratamiento de las aguas, se retienen los slidos gruesosexistentes en estas. Los dispositivos separadores estn constituidos por barras,alambres, alambres, varillas, rejillas, placas perforadas, otros. Los sistemasexistentes son varios entre los ms empleados existen los tamices de malla decua, tambor filtrador rotatorio horizontal, disco filtrador rotatorio y tamborfiltrador rotatorio vertical.

Desengrasador: cmara rectangular que retiene lquidos, pastas, grasas nomiscible con el agua. Las grasas tienen un peso especfico menor al agua ypor lo tanto tienden a flotar y por ende, es posible su evacuacin.

Medicin del caudal: Un aspecto considerable en una planta, es la correctaseleccin, uso y mantenimiento de aparatos de medicin de caudales. Estesistema consta de dos elementos: sensor y convertidor. La medicin delcaudal se efecta en la entrada de las aguas residuales y en el efluente o salidadel agua tratada. En el efluente, la medicin del caudal tiene relacin directacon la dosificacin de desinfectante (cloro, cloro-gas y otros).

-31-

Desarenado: esta etapa elimina toda partcula superior a los 200 micrones,esto evita la acumulacin de sedimentos en los canales y conducciones,protege tambin las bombas y otros aparatos contra la abrasin. Su clculo dediseo est sujeto al fenmeno de sedimentacin de las partculas granularesno floculantes. Los desarenadores eliminan partculas de arena de tamaosuperior a 0.2 mm, su porcentaje de eliminacin es del 90 % con un pesoespecfico granular medio de 1.5 gr/cm.

Sedimentador: Consiste en la separacin de las partculas suspendidas en elagua residual, cuyo peso especfico es mayor que el del agua. Esta operacinse emplea para la eliminacin de arenas y la eliminacin de flculosbiolgicos decantados. El objetivo principal es eliminar toda partculasedimentada generada en un efluente clarificado.

Digestor: Recipientes, tanques y depsitos en los que tiene lugar ladescomposicin de la materia orgnica mediante la interaccin de bacterias.

Reactor: Recipientes, tanques y depsitos en los que tiene lugar reaccionesqumicas y biolgicas. Cada planta de tratamiento precisa de al menos, untipo de reactor para el tratamiento qumico y/o biolgico. En la eleccin delreactor se debe considerar: la naturaleza del agua a tratar, el proceso detratamiento, condiciones medioambientales, costos constructivos y otros. Losreactores empleados en el tratamiento de las aguas residuales son.

a) Flujo continuob) Flujo de pistnc) Reactores de mezcla completa (unitaria y enserie).

2.7 TRATAMIENTO DE LODOS O FANGO:

El tratamiento de las aguas residuales genera una serie de subproductos denominadosfangos o lodos. En esta etapa se concentran la contaminacin eliminada del aguacuyo tratamiento y eliminacin puede causar:

Difcil manipulacin: Gran cantidad de aguas (95-99%), ocupan un volumenimportante

-32-

Malos olores: Gran cantidad de materia orgnica, estn fcilmente endescomposicin (putrefaccin).

Organismos patgenos: Poseen una cantidad considerable de organismoscausantes de enfermedades para el ser humano.

El manejo de esto desechos debe ser realizado con cuidado, siguiendo untratamiento de tres fases:

Espesamiento: En esta etapa se reduce la cantidad de agua y as elvolumen del fango. La deshidratacin del fango es realizada mediante elcalentamiento, espesamiento por tanques (flotacin, gravedad) ydeshidratacin por equipos especiales.

Deshidratacin: Etapa donde el fango es colocado sobre canchas desecado y se evacuan respectivamente. La alta concentracin deaminocidos encontrado en estos fangos, permite utilizarlo en procesos decultivo y mejoramiento de tierras.[lvarez Gonzales y otros,2007]

2.8 TIPOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO, DESCRIPCIN YANLISIS:

La eleccin del tratamiento secundario o biolgico representa el factor determinanteal momento de disear y/o construir una planta de tratamiento de aguas residuales.Mediante un anlisis descriptivo, comparativo y de funcionamiento se introduce aldesarrollo de criterios de seleccin.Cada sistema va ser representado por un diagrama que nos indicara como es sufuncionamiento.

Esta segunda etapa de evaluacin es la que diferencia un sistema de otro en su realaplicacin. [lvarez Gonzales y otros,2007]

2.8.1 LODOS ACTIVADOS:Proceso desarrollado en Inglaterra en 1914 por Arden Locket.Sus caractersticas provienen de la produccin de una masa activada de microorganismos capaz de estabilizar un residuo orgnico por va aerobia.Actualmente hay en existencia variantes del proceso originario, aunque todos ellosconservan el mismo principio de funcionamiento. (SBR, zanja de oxidacin, otros.)

-33-

2.8.1.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:En el proceso de fangos activados pueden distinguirse dos operaciones, oxidacinbiolgica y la separacin slido-lquido. La oxidacin biolgica tiene lugar en eldenominado reactor biolgico, donde se mantiene el cultivo biolgico en contactocon el agua residual y aireacin mecnica. El cultivo biolgico, denominado liquidode mezcla, est formado por gran nmero de microorganismos agrupados enflculos conjuntamente con materia orgnica y sustancias minerales. Dichosmicroorganismos transforman la materia orgnica mediante las reacciones deoxidacin biolgica anteriormente mencionadas. Se considera la retencin delquido de mezcla en cortos rangos de 4 a 8 horas para que acten las bacterias[Metcalf & Eddie, 1996 ]

La poblacin de microorganismos, junto con la concentracin de slidos ensuspensin en el sustrato de mezcla, debe de mantenerse a un determinado nivelpara llegar a un equilibrio entre la carga orgnica a eliminar y la cantidad demicroorganismos necesarios.

Estando la materia orgnica suficientemente oxidada el sustrato de mezcla pasa aldecantador secundario. Aqu, el agua con fango se deja reposar y por tanto, losfangos floculados sedimentan consiguiendo as separar el agua clarificada de losfangos.

El agua clarificada y desinfectada constituye el efluente que se vierte en el cursoreceptor y parte de los fangos floculados son re circulados de vuelta al reactorbiolgico para mantener una concentracin suficiente de microorganismo. Elexcedente de fangos se extrae del sistema y se evacua hacia el tratamiento de fangos.

2.8.1.2 MICROBIOLOGA DEL PROCESO:

En la naturaleza, el papel clave de las bacterias es descomponer la materia orgnicaproducida por distintos organismos vivos. En el proceso de lodos activados, lasbacterias son los encargados de la descomposicin de la materia orgnica delafluente. La eficiencia de los microorganismos de lodos activos para flocular es lapropiedad ms importante de los Iodos activos, porque permite la sedimentacingravitacional. Si los microorganismos no flocularan, quedaran como slidos

-34-

biolgicos en suspensin y no se cumplira con el propsito del proceso.Los protozoos y rotferos ejercen una accin de purgo de los efluentes. Losprotozoos consumen las bacterias dispersas que no han floculado y los rotferosconsumen cualquier partcula biolgica que no haya sedimentado.

Figura (2): Diagrama proceso de Lodos Activados.

Fuente: Metcalf y Eddie; 1996

2.8.1.3 ASPECTOS DE DISEO DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS:En el diseo del proceso de fangos activados, es necesario tener en cuenta:

Eleccin del tipo de digestor de la materia orgnica o reactor (tanques aireados,otros): Etapa bsica en el diseo del proceso biolgico.

Los aspectos operacionales que intervienen en la toma de decisin incluyen:

a) Cintica de reacciones: el sistema de tratamiento de AR precisa de unacomunidad biolgica y un medio ambiente bien controlado. Lascondiciones ambientales se pueden controlar mediante la regulacin delpH, temperatura, nutrientes, DBO y mediante la mezcla adecuada delsustrato. El control de las condiciones ambientales asegura que losmicroorganismos dispongan del medio adecuado para su desarrollo.

b) Necesidad de transferencia de oxigeno: el funcionamiento de losprocesos aerobios en lo Iodos activados, depende de la disponibilidad decantidades suficientes de oxgeno. Los procesos existentes de suministro

-35-

de oxgenos son: aireacin graduada, aireacin con alimentacinescalonada y el proceso de mezcla completa.

c) Homogenizacin de las aguas residuales: Reactor de mezcla completatiene la ventaja respecto al reactor flujo de pistn, en que el aguaentrante se dispersa en forma uniforma en este. Este permite soportarcargas de choque (elevado contenido en materia orgnica y compuestostxicos) producidas por vertidos puntuales. Es por este motivo la granaceptacin de este proceso de Iodos activados de mezcla completa.

d) Condiciones ambientales locales: estas se presentan en funcin de latemperatura y el pH.

2.8.1.4 CARACTERSTICAS DE LOS LODOS ACTIVADOS:

Se enumeran algunas ventajas y desventajas de los lodos activados:

Tabla 5. Ventajas y desventajas de los lodos activadosLODOS ACTIVADOS

VENTAJAS DESVENTAJAS

Altamente eficiente en la remocin de

contaminantes

Alto costo de construccin, mantenimiento

y operacin.

Requiere de poca rea de construccin Se requiere experiencia en los operarios

Aplicable a pequeas, medianas y grandes

comunidades

Requiere de areas de depsito para los

lodos residuales

Sistema aireado no genera olores

desagradables

Generacin de gran cantidad de lodos,

requiriendo tratamientos posteriores

Flexibilidad de operacin y control

Elevado gasto energtico-suministro de aire,

equipos, otros

Fuente: Elaboracin propia

2.8.2 LAGUNAS DE ESTABILIZACIN:Desde los primeros registros histricos, hace unos 3000 aos, existen hoy un par dedecenas de miles de lagunas; las mayormente conocidas y caracterizadas son las7000 (o ms) lagunas en operacin en los Estados Unidos, como tambin en Israel yAmrica Latina (Herrera; 1999).En la actualidad las lagunas de estabilizacin y/ofacultativas, no operan de forma satisfactoria, siendo no eficaces para ofrecer un

-36-

efluente de buena calidad que permita cumplir con las normas. Por lo cual se haincorporado sistemas de aireacin mecnica convirtindolas en lagunas aireadas demejor prestacin de tratamiento.

Varias empresas sanitarias han tenido que modificar los sistemas de lagunaje con elfin de mejorar la calidad del efluente. Estos generan por ende tratamientos muy pordebajo de lo permitido actualmente.

Las lagunas de estabilizacin son estructuras simples para embalsar aguas residuales,con rea superficial y volumen suficientes para proveer los tiempos de tratamientorequeridos para la degradacin de la materia orgnica presente mediante mecanismosde autodepuracin.Figura 3. Principio de funcionamiento de las lagunas de estabilizacin.

Fuente: Lampoglia Teresa, 2001

Cuando las aguas residuales son descargadas en lagunas de estabilizacin se realizanprocesos del tipo fsico, qumico, bioqumico y biolgico. Este proceso se lleva acabo en casi todas las aguas estancadas con alto contenido de materia orgnicaputrescible o biodegradable.Existen distintas maneras de clasificar las lagunas de tratamiento, una de las msusuales es la clasificacin segn oxgeno disuelto en el sistema:

-37-

Lagunas Aerobias: el oxgeno disuelto est presente en toda la laguna,proliferan procesos aerbico de estabilizacin orgnica.

Lagunas Facultativas: el oxgeno disuelto participa slo en algunaspartes de la laguna, por ejemplo en el sector superior interactan bacteriasaerbicas. Pero existen regiones sin oxgeno, por ejemplo en el fondo,donde interactan bacterias anaerbicas.

Lagunas Anaerbica: el oxgeno est ausente en toda la lagunaproliferando microorganismo anaerbicos y olores molestos.

Los trminos Aerobia, Anaerobia y Facultativa se han tomado de la clasificacinmicro bacteriano de los organismos participantes.

Cada tipo de laguna ha sido clasificada y estudiada en busca de metodologas dediseo que permitan su adecuada seleccin tcnica y econmica y que suexplotacin resulte factible. Se recurre a sistemas de tratamiento por lagunaje porqueofrecen un tratamiento de ms bajo costo de explotacin y construccin que losdems sistema de reaccin rpida (como tecnologas de lodos activos). Acontinuacin se explica los distintos sistemas de lagunaje tradicionales deestabilizacin:

a) Laguna aerbicas: Las lagunas aerbicas estticas se basan en el aporte deoxgeno a partir del crecimiento de foto sintetizadores y permiten obtenerefluentes de baja DBO soluble pero de alto contenido de algas, las quedebieran ser cosechadas a fin de controlar los cuerpos receptores. Laprofundidad debe ser tal que no se alcancen a producir regiones sin oxgeno,teniendo presente que la turbiedad impide el paso de la luz solar. Lasprofundidades usuales se encuentran de 30 a 45 centmetros. Los tiempos deretencin hidrulicos tericos (volumen de la laguna / caudal medio tratado)de 10 a 40 das de modo que el terreno requerido para esta tecnologa puedeser excesivamente grande. La tasa de carga de este tipo de lagunas cae en elrango de 85 a 170 Kg. de D805 por hectrea / da.

-38-

b) Lagunas anaerobias: Se utilizan para tratar caudales con alta carga deorgnicos, usualmente de origen industrial. Esta tecnologa no se aplica atratamiento de aguas servidas domsticas, porque los olores producidosresultaran ambientalmente ms inaceptables que la propia descarga cruda. Sinembargo existen lagunas de tratamiento facultativo que al no ser operadascorrectamente, pueden -bajo tiempo de residencia, descuido en el patrn deflujo, exceso de profundidad y otros convertirse en anaerobias por lasedimentacin de la carga entrante. Las lagunas anaerobias suelen recibircargas de 160 a 800 Kg. de D805 por cada 1.000 m3/da, y operan a un tiempode residencia hidrulico terico de 20 a 50 das. La profundidad se sita entre2,5 y 7 metros.

c) Lagunas Facultativas: a pesar de las negativas experiencias, las lagunasfacultativas pueden operar adecuadamente para el agotamiento de materiaorgnica, si se efecta la correcta operacin de la planta (respetar tiempo deresidencia, preservar el patrn de flujo, exceso de profundidad, otros). Lacarga probable para estas lagunas cae entre 20 y 60 Kg. D805 por hectreada. El tiempo de residencia hidrulico terico cae en el rango de 25 a 180das para abatir coliformes fecales se disea para, al menos, 180 das- y laprofundidad de operacin debe estar entre 1,2 a 2,5 metros (de otro modo setransforma en laguna anaerobia). Se debe garantizar que el fluido residualutilice todo el volumen de la laguna, evitando corto circuitos y regionesmuertas (regiones sin actividad bacteriana).

Las lagunas en general se componen por; rejas de desbaste, laguna de estabilizacin,instalacin de separacin de slidos (tanques de sedimentacin, precipitacinqumica, desbaste fino, filtros de arena o roca, otros.) y desinfeccinFigura 4. Sistemas de lagunas de estabilizacin

Fuente: Metcalf y Eddie; 1996

-39-

2.8.2.1 CARACTERSTICAS DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIN:Se enumeran algunas caractersticas, ventajas y desventajas del sistema de lagunaje.Tabla 6. Ventajas y desventajas de las lagunas de estabilizacin

LAGUNAS DE ESTABILIZACIN

VENTAJAS DESVENTAJAS

Bajo costo de construccin Se requiere grandes superficies de terreno( 1 ha

cada 1000 habitantes)Mantenimiento sencillo

Poca mano de obra Elevado tiempo de retencin de las aguas

Fcil funcionamiento

No se puede manejar procesos biolgicosConsumo nulo de energa

Capacidad de acomodacin a los cambios de caudal

gracias a los elevados tiempos de retencin del

sistema

Presencia masiva de plantas acuticas en las

superficies de las lagunas, que condiciona la calidad

del agua tratada

Buen porcentaje de eliminacin de elementos

patgenos

Produccin de malos olores y plagas de mosquitos

Proceso muy sensible a los cambios climticos

Fuente: Elaboracin propia

2.8.3 LAGUNAS AIREADAS:El proceso de lagunaje aireado es esencialmente un reactor o deposito excavado enel terreno en donde el oxgeno necesario para el funcionamiento del proceso, sesuministra mediante difusores o aireadores superficiales (ver imagen 2.9). En unaplanta arobica, la totalidad de los slidos se mantiene en suspensin. Las lagunasaireadas, con diversos esquemas de aporte de aire, se fueron implementando amedida que la carga a las lagunas facultativas creca a ms de 60 Kg.080s/hectrea/da (Herrera, 1999). Esta variante de diseo se utilizar con tasas decarga en un amplio rango: desde 8 hasta 320 Kg. DBO5 por cada 1.000 m3/ da. Eltiempo de retencin hidrulica terica de las aguas residuales cae en el rango de 3 a6 das. La profundidad de estas lagunas van desde 2 hasta 6 metros de profundidad -hasta 3.7 metros se hace necesario emplear sistemas de aireacin mediantedifusores, otros. Su alta profundidad permite reducir los requerimientos de terrenohasta por debajo de la mitad del necesario para lagunas facultativas. Los brevestiempos de retencin permiten, a su vez, reducir los requerimientos de volumen a undcimo del anterior -particularidad relacionada con la mezcla forzada ms que con elaporte de oxgeno-o Los estanques de sedimentacin y desinfeccin son elementos

-40-

habituales que le secundan a estos sistemas.Figura 5. Lagunas de Estabilizacin, mezcla completa

Fuente: Esval, 1998Los sistemas de remocin por lagunas aireadas, con algn grado de mezcla; es decir,de mezcla completa o de mezcla parcial, se suelen operar en sistemas en serie; variassub lagunas componen el sistema completo aumentando as le eficiencia. Diversosestudios han lograda establecer fehacientemente que un solo sistema(una solalaguna) produce niveles de tratamiento por unidad de volumen menores que variaslagunas en serie y se ha verificado empricamente, que cuatro lagunas en serieproducen un ptimo balance de operacin e inversin versus costos de tratamientoglobal.A fin de seleccionar lagunas de mezcla completa o de mezcla parcial, es necesariodisear y evaluar ambas alternativas. Naturalmente, se sabe que la decisin descansasobre los distintos requerimientos de terreno y movimiento de tierras de cadaalternativa.

El diseo conceptual bsico del tratamiento de cargas orgnicas mediante estesistema se puede observar en la figura 6.Figura 6. Diagrama de flujo Laguna Aireada

Fuente: Metcalf y Eddie; 1996

-41-

2.8.3.1 CARACTERSTICAS DE LAS LAGUNAS AIREADAS:Se enumeran algunas caractersticas, ventajas y desventajas de las lagunas.

Tabla 7. Ventajas y desventajas de las lagunas aireadasLAGUNAS AIREADAS

VENTAJAS DESVENTAJAS

Los costos de construccin, operacin y

mantenimiento del sistema de la laguna resulta

menor que las otras tecnologas de

tratamiento. ( Lodos Activados, SBR, Zanja de

oxidacin)

Mayor concentracin de slidos en el afluente

Costos de construccin poco mayor a las

lagunas de estabilizacin

Las lagunas al ser simples tanques excavados

en el suelo, podrn construirse con mayor

rapidez

Costos de operacin y mantenimiento

elevados a largo plazo debido al uso de

equipos electromecnicos

Requiere mnima capacitacin de personal de

operacin

Mayor capacidad de tratamiento. Mayor es la

velocidad de degradacin de las bacterias

sobre la materia orgnica, permite el

tratamiento de cargas ms elevadas.

Menor superficie, ocupa unas 15 veces menos

que las lagunas de estabilizacin (de 12000 a

15000 habitantes por ha

No hay dependencia de los fenmenos

naturales como el sol, el viento, ni de

elementos vivos como las micro algas; para

generar el oxgeno necesario este es

introducido por sistemas externos de aireacin

mecnica

Se puede actuar sobre el proceso biolgico

La eficiencia del tratamiento eta entre el 90% -

95%

Fuente: Elaboracin propia

-42-

2.8.3.2 CARACTERSTICAS DE LAS LAGUNAS AIREADAS:A continuacin se presenta una comparacin entre los dos sistemas:Tabla 8. Comparacin entre lodos activados y lagunas de estabilizacin

COMPARACIN ENTRE LODOS ACTIVADOS Y LAGUNAS DE ESTABILIZACIN

CARACTERSTICAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIN LODOS ACTIVADOS

SUPERFICIE

Requiere grandes superficies de terreno,

retiene el agua de la poblacin por un

periodo largo de tiempo

Requiere menor superficie

COSTO DE LA INVERSIN EN

INSTALACIONES Y EQUIPOSCostos moderados Mayores costos

EQUIPOS DE CONTROLSencillos ya que el sistema funciona por

gravedad

Complejo , ya que se inyecta oxgeno a

presin

COSTOS DE OPERACIN Y

MANTENIMIENTO

Bajo costo de operacin y mantenimiento.

Operacin simple, no necesita de operarios

especializados, muy poco mantenimiento

Tiene un gasto energtico importante por los

equipos de inyeccin, la operacin es

compleja y el mantenimiento es peridico

EFICIENCIA DEL

TRATAMIENTO

Baja eficiencia en remocin de nutrientes

(N,P, otros), no cumple con las normas de

descarga a cursos de agua

Muy eficiente en la remocin de los

contaminantes y microorganismos

patgenos. Reducciones superiores al 90 %.

El agua puede ser reutilizada para riego y

puede ser descargada a cursos de agua

Fuente. Elaboracin propia

2.8.4 TRATAMIENTO POR HUMEDAL:

La mejora en la calidad del agua en humedales naturales ha sido observada porcientficos e ingenieros durante muchos aos. Estudios sobre humedales se iniciaronen la dcada del cincuenta en el Instituto Max Planck en Alemania, fuerondesarrollados en los aos setenta y ochenta.

En los aos noventa se vio un mayor incremento en el nmero de esos sistemas enpases desarrollados. La mayora de los humedales naturales son sistemas de flujo

-43-

libre superficial en los cuales el agua est expuesta a la atmsfera. Este sistemaconsiste en el tratamientos de las aguas residuales en base a la accin de loscomponentes sustrato; vegetacin, fauna, agua luz y aire. Este sistema consta de unterreno inundado con profundidad de agua inferior a 0.6 m, con plantas emergentescomo espadaas, juncos y aneas. La vegetacin proporciona superficies para laformacin de pelculas bacterianas, facilita la filtracin y la absorcin de losconstituyentes del agua residual [Metcalf y Eddie; 1996], esta permite latransferencia del oxgeno a la columna de agua.

Los humedales en general funcionan como se indica en (figura 6).Los humedales construidos tienen ventajas respecto de los sistemas de tratamientoalternativos, debido a que requieren poca o ninguna energa para operar. Si haysuficiente superficie disponible para la instalacin de los humedales de cultivoacutico, esta puede ser una alternativa de costo efectivo.

Los humedales proporcionan el hbitat para la vida silvestre, y son, estticamente,agradables a la vista.

Existen dos tipos de humedales artificiales diseado para el tratamiento de las aguasresiduales: a) sistema de flujo libre superficial (FLS), b) sistema de flujosubsuperficial (FS).

Figura 7. Proceso de una planta de tratamiento por humedal

Fuente. Metcalf y Eddie; 1996

-44-

2.8.4.1 HUMEDALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL: (F.S.)

Los sistemas de humedales se describen tpicamente por la posicin de la superficiedel agua y/o el tipo de vegetacin presente.Un humedal artificial de flujo subsuperficial (FS), est diseado en su fasesecundaria de tratamiento, especficamente para el tratamiento de agua residualdomstica, y est construido en forma de un lecho o canal que contiene un medioapropiado de vegetacin, lecho filtrante y microorganismos

Figura 8. Sistema de Flujo Subsuperficial.

Fuente: Reed, 2000

El material comnmente usado es la roca triturada, grava, arena y otro tipo demateriales del suelo.Por diseo, el nivel del agua se mantiene por debajo de la superficie del medio. Lasprincipales ventajas de mantener un nivel subsuperficial del agua son la prevencinde mosquitos y olores y la eliminacin del riesgo de que el pblico entre en contactocon el agua residual parcialmente tratada.Se considera que las reacciones biolgicas se deben a la actividad de losmicroorganismos adheridos a las superficies disponibles de sustrato sumergido.En humedales FS, el sustrato sumergido disponible, incluye races de las plantas quecrecen en el medio y la superficie misma del medio (grava). Dado que el rea de

-45-

sustrato en un humedal FS puede sobrepasar por mucho el sustrato disponible enhumedales de Flujo Libre Superficial (FLS), las tasas de reaccin microbiana del FSpueden ser mayores que las de humedales FLS. Como resultado, un humedal FSpuede tener una menor superficie que un humedal FLS para los mismos caudales ycalidad del agua.Los costos del medio de roca o de grava son ms altos y hacen que el uso desistemas de humedales FS de mayor envergadura sea desfavorable con relacin alos humedales FLS a pesar de que requieran una menor extensin de terreno. Lascomparaciones de costo han mostrado que a caudales mayores a 227 m3/da, es mseconmico construir sistemas de humedales FLS -caudal equivalente aprox. a 1135personas [Reed; 2000]. Sin embargo, existen excepciones cuando el acceso pblico,problemas de mosquitos o asuntos de vida silvestre justifican la seleccin dehumedales FS.

Los humedales FS normalmente incluyen una o ms cuencas o canales de pocaprofundidad de fondo recubierto para prevenir la filtracin a la capa freticasusceptible a la contaminacin.La profundidad del medio en estos humedales tiene un rango de 0.3 a 0.9 metros,siendo el valor ms comn el de 0.6 metros. El tamao del medio va desde la gravafina ( 0.6 cm) hasta roca grande triturada ( 15 cm). La combinacin de tamaosde 1.3 a 3.8 cm es la ms usada [Reed; 2000].

La vegetacin emergente ms comnmente utilizada en humedales FS incluye lasespadaas y aneas (Typha spp.), los juncos (Scirpus spp.) y los carrizos (Phragmitesspp.). Este es un factor significativo en la remocin de nutrientes y no se requiere supoda. En climas fros, la acumulacin de detritos (descomposicin de fuentesorgnicas y minerales) sobre el lecho de grava proporciona un aislamiento trmicoque es til durante los meses de invierno.

Las races de las plantas sumergidas proporcionan micro zonas aerbicas en lasuperficie de las races y los rizomas (tallo subterrneo). El resto del mediosumergido de los humedales FS tiende a carecer de oxgeno.Esta falta de oxgeno limita la remocin biolgica del amoniaco por nitrificacin,

-46-

por esta razn se requieren tiempos largos de retencin en un rea extensa dehumedal para producir los niveles bajos de nitrgeno en el efluente tiempo deretencin hidrulico > 10 das.Los humedales FS no proporcionan el mismo nivel de hbitat que los FLS debido aque el agua en el sistema no est expuesta ni disponible para las aves y otros,animales.

Los humedales flujo subsuperficial, remueven en forma confiable la DBO, la DQOy los S.S.T. y con tiempos de retencin suficientemente largos tambin puedenproducir bajas concentraciones de nitrgeno y fsforo. Los metales son tambinremovidos eficazmente y se reduce en un orden de magnitud los coliformes fecales.

2.8.4.2 OPERACIN Y MANTENIMIENTO:

La operacin y mantenimiento (O/M) rutinarios de los humedales FS son similaresa los de las lagunas facultativas, e incluyen el control hidrulico y de laprofundidad del agua, la limpieza de las estructuras de entrada y descarga, el cortede la hierba en bermas, la inspeccin de la integridad de las mismas, el manejo dela vegetacin del humedal y el monitoreo rutinario. Otro aspecto operativoimportante es el monitoreo rutinario de la calidad del agua en los humedales FS.

2.8.4.3 COSTOS DE LOS HUMEDALES FS:

Los principales elementos que se incluyen en los costos de inversin de loshumedales FS son similares a muchos de los requeridos para los sistemas delagunas. Estos incluyen el costo del terreno, la evaluacin del sitio, la limpieza delsitio, la movilizacin de suelos, el recubrimiento impermeabilizante, el medio degrava, las plantas, las estructuras de entrada y descarga, las cercas, sistema deconduccin del AR , ingeniera y construccin.El medio de grava y el recubrimiento pueden ser los elementos ms costosos de lalista.

En general los costos del ARD tratada en los humedales FS en pases desarrollados,oscilan entre los 0.73 ($/m) dlar el metro cubico de agua residual tratada.[EPA; 2000].

-47-

2.8.4.4 CARACTERSTICAS DE LOS HUMEDALES FS:Se enumeran algunas de las caractersticas, ventajas y desventajas de los humedalesde flujo sub-superficial.Tabla 9. Ventajas y desventajas de los Humedales de FS.

Fuente. Elaboracin propia

HUMEDALES DE FS

VENTAJAS DESVENTAJAS

Los humedales de FS proporcionan

tratamiento efectivo en forma pasiva y

minimiza la necesidad de equipos mecnicos,

electricidad y monitoreo.

Un humedal FS requiere un rea extensa en

comparacin con los sistemas mecnicos

convencionales de tratamiento

Los humedales FS pueden ser menos

costosos de construir y por lo tanto menos

costosos para operar y mantener, que los

procesos mecnicos de tratamiento

diseados para un nivel equivalente de

calidad del afluente

El fsforo, los metales y algunos compuestos

orgnicos persistentes que son removidos,

permanecen en el sistema ligados al sedimento

y por ello se acumulan con el tiempo.

La operacin a nivel de tratamiento

secundarios posible durante todo el ao con

excepcin de los climas ms fros

En climas fros las bajas temperaturas reducen

la tasa de remocin de DBO, NH3 y NO3. un

aumento en el tiempo de retencin, puede

compensar esta tasa.

La configuracin de los humedales FS

proporcionan una mayor proteccin trmica

que los humedales FLS

Los humedales FS no pueden ser diseados

para lograr un remocin completa de

compuestos orgnicos, SST, nitrgeno o

bacterias coliformes. Los ciclos ecolgicos en

estos humedales producen concentraciones

naturales de esos compuestos en el afluente.

Los sistemas de humedales FS no producen

bioslidos ni lodos residuales que requeriran

tratamientos subsiguientes

Los humedales FS son muy efectivos en la

remocin de la DBO, DQO, los SST, los

metales y algunos compuestos orgnicos de

las aguas residuales

Los mosquitos y otros insectos vectores

similares no son un problema con los

humedales FS, siempre cuando se mantenga

el flujo subsuperficial.

-48-

2.8.4.5 HUMEDALES DE FLUJO LIBRE SUPERFICIAL (FLS):

Se definen como humedales artificiales de Flujo Libre Superficial (FLS) aquellossistemas en los cuales el agua est expuesta a la atmosfera. La mayora de loshumedales naturales son sistemas FLS (fangales, pantanos, praderas inundadas yotros).La mejora de la calidad de agua en humedales naturales, llev al desarrollo dehumedales artificiales para tratar de reproducir en ecosistemas construidos losbeneficios de mejoramiento de las aguas residuales.En los humedales artificiales de FLS el agua fluye sobre la superficie del suelo, convegetacin desde un punto de entrada hasta un punto de descarga (figura 2.13)En pases desarrollados como EEUU, los humedales de FLS presentan un rango dedepuracin de las aguas residuales de 4 (m3/d) a 75708 (m3/d) de 18 a 300.000personas [EPA; 2000].Figura 9. Sistema de Flujo Superficial

Fuente: Reed, 2000

Los humedales de FLS consisten normalmente de una o ms cuencas de pocaprofundidad, estos tienen un recubrimiento de fondo que permite el crecimiento devegetacin macrfilas como los juncos de agua (Phragmites spp), totora (Scirpusspp), Espadaa (Typha spp), otros.

-49-

El afluente a estos humedales se distribuye sobre un rea extensa de agua superficialcon vegetacin emergente. La lenta velocidad del flujo proporcionan un remocinefectiva del material particulado (SST). Estos materiales particulados, caracterizadocomo slidos suspendidos totales (SST).La reduccin de estas partculas libera nitrgeno, fosforo al medio ambiente delhumedal en donde se dispone la absorcin por el suelo y la remocin por parte delas poblaciones micro bacteriano y vegetal a lo largo del humedal.

La oxigenacin producida en la superficie se produce a travs de la vegetacin. Estase presenta sobre micra zonas en la superficie de la planta, races y rizomas lo cualpermite que se produzca actividad aerbica en el humedal. Sin embargo el resto dellquido en el humedal de FLS es anaerbico.

La falta de oxgeno limita la remocin biolgica de la nitrificacin del amoniaco,por lo cual se requiere mayor tiempo de retencin y rea de tratamiento -tiempo deretencin hidrulica, 3 das.

Los humedales FLS si son efectivos en la remocin de DBO, SST, metales y algunoscontaminantes orgnicos.

Los humedales atraen gran cantidad de vida silvestre, en particular patos y otras avesacuticas lo cual puede significar la mejora de hbitat de vida silvestre.

El sistema de tratamiento de aguas residuales, humedal FLS, puede proporcionar untratamiento efectivo durante todo el ao en climas clidos (T ideal 20 C) y enforma estacional en climas ms fros. Para zonas ridas se recomienda la retencincompleta del agua residual