formulación y diseño de un sistema de fitorremediación
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
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Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2016
Formulación y diseño de un sistema de fitorremediación para Formulación y diseño de un sistema de fitorremediación para
tratamientos de aguas hidrocarburadas en estaciones de servicio tratamientos de aguas hidrocarburadas en estaciones de servicio
Biomax Biomax
Julio Cesar Reyes Alarcón Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Reyes Alarcón, J. C. (2016). Formulación y diseño de un sistema de fitorremediación para tratamientos de aguas hidrocarburadas en estaciones de servicio Biomax. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/419
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FORMULACIÓN Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE FITORREMEDIACIÓN PARA
TRATAMIENTOS DE AGUAS HIDROCARBURADAS EN ESTACIONES DE
SERVICIO BIOMAX
JULIO CESAR REYES ALARCÓN
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ 2016
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FORMULACIÓN Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE FITORREMEDIACIÓN PARA
TRATAMIENTOS DE AGUAS HIDROCARBURADAS EN ESTACIONES DE
SERVICIO BIOMAX
JULIO CESAR REYES ALARCÓN
Proyecto de grado para optar el título de Ingeniero Ambiental y Sanitario
DIRECTOR DEL PROYECTO
OSCAR FERNANDO CONTENTO RUBIO
Ing. QUIMICO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ 2016
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Nota de aceptación
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Jurado
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Jurado
Bogotá D.C., Marzo de 2016.
4
Quiero dedicar este proyecto a las personas que hicieron parte esencial de mi desarrollo
profesional.
A mi padre, Gustavo Reyes González (Q.E.P.D.), que con su apoyo incondicional fue un
factor relevante en mi desarrollo personal y un valor agregado para mi vida profesional, el
cual siempre me brindo un buen ejemplo, una buena amistad y un cariño que solo nosotros
entendíamos, gracias padre porque donde quiera que este siempre tengo presente tu fuerza
para que cada día salga adelante. Lo amo.
A mi madre, Lucrecia Alarcón, que ha sido una mujer trabajadora y fuerte, la cual siempre
me ha apoyado en todo sentido para mi bienestar personal y profesional.
A mi novia, Karen Tatiana Quevedo, a la cual le debo mucho en esta parte de mi vida,
porque me diste la fortaleza para no desfallecer en esta carrera hacia un éxito profesional.
Te amo mi amor
A mi abuela, Josefina Gonzales, que siempre a la distancia se preocupaba por todo lo
referente al cierre de mi ciclo académico.
A mis tías, Carolina y Alexandra, a las cuales les debo mucho en la vida por su amor y
comprensión.
A los amigos en general que hicieron parte de este desarrollo profesional y personal
Gracias a todos por tanto
Julio cesar reyes Alarcón
5
AGRADECIMIENTOS
El Autor expresa su agradecimiento a:
El ingeniero Oscar Contento, por su paciencia, apoyo y por la incalculable oportunidad que
me brindo para apoyar mi desarrollo profesional.
A la Ingeniera María Paula Peña, por su incalculable ayuda en el desarrollo de este
proyecto y aportar un valor agregado en mi crecimiento profesional.
A mi Jefe y amigo Giovanny Vanegas por su comprensión y apoyo cuando más lo
necesitaba
Al Ingeniero Néstor Acosta, por la oportunidad brindada para desarrollar el proyecto
A los Ingenieros José Alirio y Guiseppe Volpini por su grata colaboración
6
RESUMEN
Debido a la problemática ambiental que se presenta a nivel mundial desde hace algunos
años en torno a la escases del recurso hídrico y cambio climático, las autoridades
ambientales competentes en el territorio nacional, establecieron ciertos parámetros para el
cuidado y manejo ambientalmente seguro de los cuerpos de agua de todo el país; estos
criterios anteriormente mencionados, son establecidos mediante actos administrativos que
dan restricción y medidas sancionatorias para mantener un compromiso con el medio
ambiente por parte de personas naturales y jurídicas colombianas.
El presente proyecto tuvo como objeto la formulación y diseño un sistema de
fitorremediación para el tratamiento de aguas hidrocarburadas provenientes de las
actividades de la estación de servicio BIOMAX S.A. (EDS VÍA AL LLANO, Calle 84 Sur
No. 3-A-41 Este), como complemento del sistema de tratamiento que las estaciones de
servicio poseen, teniendo como objeto de diseño un sistema de filtros alternativos que
permitirán aumentar la eficacia en la remoción de los contaminantes, acompañados de la
especie vegetal (Phragmites Australis)
Se estableció una metodología por fases, en donde se realizó una evaluación del estado del
arte, resaltando las condiciones actuales, los daños/afectaciones al recurso hídrico,
vulnerabilidad socio-económica y necesidades para la implementación del sistema
complementario de tratamiento, esto con el fin de llegar a un acuerdo entre las partes
interesadas, para la aceptación de la propuesta de tratamiento de acuerdo a sus demandas
económicas y operativas.
7
ABSTRACT
Because of the environmental problems presented worldwide in recent years about the
shortage of water resources and climate change, the environmental authorities in the
country, established certain parameters for the care and handling environmentally safe
bodies water throughout the country; these above criteria are set by administrative acts that
restriction and punitive measures to maintain a commitment to the environment by natural
and legal persons in Colombia.
This project aims at formulating and designing a system of phytoremediation to treat
hydrocarbon water from the activities of the service station BIOMAX S.A. (EDS VÍA AL
LLANO, Calle 84 Sur No. 3-A-41 Este), as an adjunct treatment system that have service
stations, aiming to design a system of alternative filters that will increase the effectiveness
in removing of pollutants, accompanied by the plant species (Phragmites australis)
A methodology in phases, where an assessment of the state of the art was made,
highlighting the current conditions, damage / damages to water resources, socio- economic
vulnerability and needs for the implementation of complementary treatment system was
established this in order to reach an agreement between the parties, for the acceptance of
the proposed treatment according to their economic and operational demands.
8
CONTENIDO
RESUMEN ............................................................................................................................. 6 ABSTRACT ........................................................................................................................... 7 GLOSARIO .......................................................................................................................... 12 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 15 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 17 1. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 18
1.1. RECURSO HÍDRICO ............................................................................................ 18
1.1.1. Escases del recurso hídrico .................................................................................. 19
1.2. CONTAMINACIÓN AMBIENTAL ..................................................................... 20
1.2.1. Contaminación del recurso hídrico ...................................................................... 21
1.3. EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA EN LA SALUD ............... 22
1.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ..................................................... 23
1.4.1. Pretratamiento ...................................................................................................... 23
1.4.2. Tratamiento primario ........................................................................................... 24
1.4.3. Tratamiento secundario ....................................................................................... 24
1.4.4. Tratamiento terciario y avanzado ........................................................................ 24
1.5. HIDROCARBURO Y SUS DERIVADOS ............................................................ 24
1.5.1. Fitorremediación de hidrocarburos ...................................................................... 25
1.5.2. Humedal artificial ................................................................................................ 25
1.5.3. Tipos de humedales artificiales ........................................................................... 26
1.5.4. Humedal de flujo subsuperficial .......................................................................... 26
1.5.5. Fitorremediación .................................................................................................. 27
1.5.5.1. Procesos de la fitorremediación ........................................................................ 28
1.5.5.1.1. Fitoextracción o fitoacumulación .................................................................. 29
1.5.5.1.2. Rizodegradación ............................................................................................ 29
1.5.5.1.3. Fitoestabilización ........................................................................................... 29
1.5.5.1.4. Fitodegradación ............................................................................................. 30
1.5.5.1.5. Fitovolatilización ........................................................................................... 30
1.5.6. Phragmites Australis ........................................................................................... 31
1.6. ACTIVIDAD ECONÓMICA ................................................................................. 32
1.6.1. Estación de servicio ............................................................................................. 32
1.6.2. Aguas hidrocarburadas ........................................................................................ 32
1.6.3. Problemas ambientales de las EDS en Bogotá .................................................... 32
1.7. MEMORIA DE CÁLCULO ................................................................................... 33
9
1.7.1. Hidráulica de los humedales de flujo subsuperficial ........................................... 33
1.7.1.1. Gradiente hidráulico ......................................................................................... 35
1.7.1.2. Conductividad hidráulica .................................................................................. 35
2. MARCO LEGAL .......................................................................................................... 36 3. METODOLOGÍA .......................................................................................................... 41 3.1. GENERALIDADES (Fase I) ..................................................................................... 42 3.1.1. Trabajo de campo y escritorio para el levantamiento de la línea base .................... 42 3.2. FORMULACIÓN (Fase II) ........................................................................................ 42 3.2.1. Levantamiento de la información del sistema de tratamiento existente .................. 42 3.2.2. Acuerdo con las partes interesadas (administración y área de ingeniería) .............. 42 3.2.3. Levantamiento de zona de influencia directa .......................................................... 43 3.3. DISEÑO (Fase III) ..................................................................................................... 43 3.3.1. Diseño del sistema de fitorremediación .................................................................. 43 3.4. CAPACITACIÓN (Fase IV) ...................................................................................... 44 3.4.1. Capacitación a las partes interesadas (administración y área de ingeniería) ........... 44 4. RESULTADOS Y ANÁLISIS ...................................................................................... 45 4.1. GENERALIDADES (Fase I) ..................................................................................... 45 4.1.1. Línea base ambiental ............................................................................................... 45 4.1.2. Aspectos físicos ....................................................................................................... 45 Topografía ............................................................................................................................ 45 4.1.3. Geología .................................................................................................................. 46 4.1.4. Uso del suelo ........................................................................................................... 47 4.1.5. Amenazas de erosionabilidad, erodabilidad y geoinestabilidad .............................. 49 4.1.6. Hidrología ................................................................................................................ 49 4.1.7. Meteorología y Clima .............................................................................................. 50 4.2. FORMULACIÓN (Fase II) ........................................................................................ 51 4.2.1. Verificación del sistema implementado .................................................................. 51 4.2.2. Histórico de caracterizaciones de las aguas industriales ......................................... 52 4.2.3. Acuerdo con las partes interesadas .......................................................................... 53 4.3. DISEÑO (Fase III) ..................................................................................................... 55 4.3.1. Diseño del sistema de tratamiento de fitorremediación........................................... 55 4.3.2. Preliminares para la construcción del sistema de fitorremediación ........................ 60 4.3.2.1. Placa ..................................................................................................................... 61 4.3.2.2. Mampostería ......................................................................................................... 61 4.3.3. Sistema de filtros ..................................................................................................... 61 4.3.4. Operatividad del sistema de tratamiento ................................................................. 62 4.4. CAPACITACIÓN (Fase IV) ...................................................................................... 63 4.4.1. Capacitación a las partes interesadas ....................................................................... 63 4.5. ADICIONALES ......................................................................................................... 64 4.6. ESTADO FINAL DEL PROYECTO ......................................................................... 64 5. CONCLUSIONES ......................................................................................................... 67 6. RECOMENDACIONES ............................................................................................... 69 7. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 70 8. ANEXOS ....................................................................................................................... 74
10
LISTA DE IMÁGENES
Imagen 1 Sistema de flujo bajo la superficie (Llagas W. And Guadalupe E., 2005) ............................................. 27
Imagen 2. Simbiosis planta - microorganismo en la fitorremediación (CUBILLOS VARGAS, 2011)............... 28
Imagen 3 Esquema mecanismos para la fitorremediación de hidrocarburos (CUBILLOS VARGAS, 2011) . 30
Imagen 4. Esquema de clasificación UPZ de la estación de servicio BRIO Usme (OAB, 2009) ......................... 45
Imagen 5. Esquema de ubicación geográfica de la estación de servicio ..................................................................... 46
Imagen 6. Patrón geológico zona de influencia de la estación de servicio (Ingeominas M. d., 1996) ............ 47
Imagen 7. Esquema de ubicación geográfica de la localidad y área de influencia indirecta de la estación
de servicio, con referencia al uso del suelo y categoría de las concentraciones de usos restringidos (Mapa
28) (364/2013, 2013) ..................................................................................................................................................................... 48
Imagen 8. Esquema de áreas de protección ecológica en la zona de influencia de la estación de servicio
(Mapa 03) (364/2013, 2013) ....................................................................................................................................................... 48
Imagen 9. Esquema zonas de riesgo por inundación y remoción en la ciudad de Bogotá (SDP S. d., 2011) 49
Imagen 10. Registro fotográfico de la quebrada Yomasa en el área de influencia directa Fuente (Autor) . 50
Imagen 11. Esquema del sistema de tratamiento existente (Fuente Autor) ............................................................ 52
Imagen 12. Estructura para la implementación del sistema de fitorremediación (propuesta del Ing. Néstor
Acosta) Fuente Autor....................................................................................................................................................................... 54
Imagen 13. Esquema del flujo a través de todo el sistema de tratamiento (Fuente Autor) ............................... 63
Imagen 14. Construcción del sistema de Fitorremediación (Fuente Autor) ............................................................. 65
Imagen 15. Construcción del sistema de Fitorremediación (Fuente Autor) ............................................................. 65
Imagen 16. Construcción del sistema de Fitorremediación (Fuente Autor) ............................................................. 66
Imagen 17. Estado final del sistema de Fitorremediación (Fuente Autor) ............................................................... 66
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Niveles permisibles para el vertimiento a cuerpo de agua natural ............................................................. 39
Tabla 2 Determinación de los limites de tramos para la cuenca del área de influencia ...................................... 40
Tabla 3 Niveles permisibles para el vertimiento a cuerpo de agua natural para el tramo correspondiente
.................................................................................................................................................................................................................. 40
Tabla 4. Características típicas de los medios de soporte para los humedales artificiales de flujo
subsuperficial ..................................................................................................................................................................................... 57
Tabla 5. Aforo volumétrico realizado a la última cámara de la trampa de grasas de la EDS BIOMAX Vía al
llano. Fuente (Autor) ** (Observatorio ambiental de Bogotá OAB, 2015) ................................................................. 76
11
LISTA DE ECUACIONES
Ecuación 1. Ley de Darcy para el diseño de humedales de Flujo Subsuperficial ..................................................... 34
Ecuación 2 Ley de Darcy para determinar la velocidad del flujo que pasa por el área transversal del
humedal ................................................................................................................................................................................................ 34
Ecuación 3. Cálculo promedio del caudal de aporte de la trampa de grasas ajustado a las unidades para el
desarrollo de la formula de Darcy .............................................................................................................................................. 56
Ecuación 4. Determinación del caudal implementando la metodología de aforo volumétrico ......................... 59
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1 Plano del sistema de tratamiento existente ....................................................................................................... 74
ANEXO 2. Informe de monitoreo y caracterización de agua residual industrial EDS BIOMAX vía al llano. 75
ANEXO 3. Tabla de aforo volumétrico realizado a la EDS BIOMAX Vía al llano .................................................... 76
ANEXO 4. Plano final del sistema de tratamiento de fitorremediación ..................................................................... 77
ANEXO 5. Manual del sistema de fitorremediación de la EDS BIOMAX Vía al llano ............................................. 78
12
GLOSARIO
En el presente glosario se incluyen los términos que son importantes para el entendimiento
del proyecto y que pueden llegar a generar duda y/o confusión.
Aguas servidas: Residuos líquidos provenientes del uso doméstico, comercial e industrial.
(Decreto 3930 de 2010)
Aguas residuales no domésticas: Son los residuos líquidos procedentes de una actividad
comercial, industrial o de servicios y que en general, tienen características notablemente
distintas a las domésticas. (Resolución 3956 de 2009)
Carga contaminante: Es el producto de la concentración másica promedio de una
sustancia por el caudal volumétrico promedio del líquido que la contiene determinado en el
mismo sitio; en un vertimiento se expresa en kilogramos por día (kg/d). (Decreto 3930 de
2010)
Concentración de una sustancia, elemento o compuesto en un líquido: La relación
existente entre su masa y el volumen del líquido que lo contiene. (Decreto 3930 de 2010)
Contenedores de derrame: Son las unidades de control instaladas en el sistema de
almacenamiento, con el propósito de capturar los hidrocarburos en el evento de derrames.
Estas unidades deberán ser fabricadas en material resistente a la acción de los hidrocarburos
cuyo fundamento es la Contención y Prevención de Derrames que permitan conducir hacia
los sistemas de tratamiento y almacenamiento de que se disponga, los posibles volúmenes
de derrame en el evento de una contingencia. (Resolución 1170 de 1997)
Contingencia ambiental: Evento o situación en donde un contaminante es descargado de
manera accidental, intencional o por negligencia, alterando y perjudicando la calidad de
algún recurso natural. (Decreto 2820 de 2010)
Cuerpo de agua: Sistema de origen natural o artificial localizado, sobre la superficie
terrestre, conformado por elementos físicos-bióticos y masas o volúmenes de agua,
contenidas o en movimiento. (Decreto 3930 de 2010)
13
Cuerpos de aguas superficiales sensibles no protegidos: Son todos aquellos sistemas
hídricos susceptibles a alteraciones en su equilibrio ecológico tales como; humedales,
lagos, lagunas, corrientes superficiales y canales. (Resolución 1170 de 1997)
Distribuidor mayorista: Toda persona natural o jurídica que, a través de una planta de
abastecimiento construida con el cumplimiento de los necesarios requisitos técnicos,
legales y de seguridad, almacene y distribuya -al por mayor- combustibles líquidos
derivados del petróleo, con excepción del gas licuado del mismo (G.L.P.). (Decreto 1521 de
1998)
Impacto ambiental: Cualquier alteración en el sistema ambiental biótico, abiótico y
socioeconómico, que sea adverso o beneficioso, total o parcial, que pueda ser atribuido al
desarrollo de un proyecto, obra o actividad. (Decreto 2820 de 2010)
Norma de vertimiento: Conjunto de parámetros y valores que debe cumplir el vertimiento
en el momento de la descarga (Decreto 3930 de 2010)
Operador de Estación de Servicio o establecimiento afín: Es la persona natural o
jurídica, pública o privada que administra y opera en forma autónoma, para así o para un
tercero, una estación de servicio o un establecimiento afín. El cual debe velar y cumplir con
todas las regulaciones, que establezcan las autoridades competentes y que tengan incidencia
en la actividad realizada en el establecimiento. (Decreto 1521 de 1998)
Parámetro: Variable que, en una familia de elementos, sirve para identificar cada uno de
ellos mediante su valor numérico. (Decreto 3930 de 2010)
Permiso de vertimiento: Todo Usuario que genere vertimientos de aguas residuales al
recurso hídrico superficial dentro del perímetro urbano de Bogotá incluidos los
vertimientos no puntuales, deberá realizar la autodeclaración, tramitar y obtener el permiso
de vertimientos ante la autoridad ambiental. (Resolución 3956 de 2009)
Punto de descarga: Sitio o lugar donde se realiza un vertimiento al cuerpo de agua, al
alcantarillado o al suelo. (Decreto 3930 de 2010)
14
Recurso hídrico: Aguas superficiales, subterráneas, meteóricas y marinas. (Decreto 3930
de 2010)
SICOM: Sistema de Información de la Cadena de Distribución de Combustibles Líquidos
Derivados del Petróleo del Ministerio de Minas y Energía, el cual integra a los agentes de la
cadena a nivel nacional en un solo sistema de información y mediante el cual se organiza,
controla y sistematiza la comercialización, distribución, transporte y almacenamiento de
combustibles líquidos derivados del petróleo, alcohol carburante y biodiesel.
(Fendipetroleo)
Usuario de la autoridad ambiental competente: Toda persona natural o jurídica de
derecho público o privado, que cuente con permiso de vertimientos, plan de cumplimiento
o plan de saneamiento y manejo de vertimientos para la disposición de sus vertimientos a
las aguas superficiales, marinas o al suelo. (Decreto 3930 de 2010)
Vertimiento: Descarga final a un cuerpo de agua, a un alcantarillado o al suelo, de
elementos, sustancias o compuestos contenidos en un medio líquido. (Decreto 3930 de
2010)
Vertimiento puntual: El que se realiza a partir de un medio de conducción, del cual se
puede precisar el punto exacto de descarga al cuerpo de agua, al alcantarillado o al suelo.
(Decreto 3930 de 2010)
Vertimiento no puntual: Aquel en el cual no se puede precisar el punto exacto de
descarga al cuerpo de agua o al suelo, tal es el caso de vertimientos provenientes de
escorrentía, aplicación de agroquímicos u otros similares. (Decreto 3930 de 2010)
15
INTRODUCCIÓN
Actualmente, las mayores problemáticas ambientales que se presentan en las ciudades de
todo el mundo, están relacionadas a la afectación de los recursos, puntualmente a la
afectación del recurso hídrico; donde motivado por el cambio climático el cual ha venido
evolucionando en los últimos años, este recurso es cada vez más finito. Es por este motivo,
que las entidades ambientales locales y mundiales, velan por el bienestar de este preciado
líquido; manteniendo controles en su manejo y disposición de los vertimientos industriales,
garantizando un efluente que no afecte las fuentes hídricas receptoras.
El vertimiento del que se hablará en el desarrollo de este trabajo de grado, esta relacionado
a la actividad de abastecimiento de combustible al por menor en una estación de servicio;
este efluente puede tener características contaminantes como: SST, SS, Tensoactivos,
DBO5, DQO, entre otros, pero particularmente por el desarrollo de la actividad económica
encontraremos niveles altos de hidrocarburos.
Para los vertimientos realizados en la capital de Colombia, la Secretaria Distrital de
Ambiente (SDA), es la Autoridad Ambiental competente para normalizar este tipo de
actividades por parte de las personas naturales y jurídicas del distrito; esto se realiza a partir
de regulaciones que los restringen a unos niveles permisibles de contaminación,
dependiendo de la fuente receptora de estos, ya que en la capital se pueden encontrar
vertimientos al alcantarillado público o cuerpos de agua, este ultimo con niveles más
restrictivos en sus parámetros contaminantes.
Las estaciones de servicio cuentan con sistemas de contención que están instalados en el
perímetro del área de las islas de distribución y de los tanques de almacenamiento para
evitar que una contingencia pueda llegar a afectar algún recurso natural o físico, un ejemplo
de una contingencias pueden ser un derrame de combustible en una de estas áreas; es por
esto que surge la necesidad de instalar los sistemas de captación (rejillas perimetrales) para
la conducción al sistema tratamiento (trampa de grasas), ya que la normatividad vigente
prohíbe el vertimiento de aguas con características fisicoquímicas que puedan afectar el
cuerpo receptor.
16
La estación de servicio (EDS) BIOMAX Vía Al Llano, cuenta con la infraestructura
anteriormente mencionada; sin embrago, el caso particular de esta EDS es el vertimiento de
sus aguas residuales industriales a un cuerpo de agua cercano (Quebrada Yomasa). Es por
tal motivo que se manifestó a las partes interesadas GNE SOLUCIONES S.A.S (Operador
de la estación) y BIOMAX S.A. (Distribuidor mayorista), la necesidad de la
implementación de este sistema de fitorremediación, queriendo así, reducir la carga
contaminante del efluente que es dirigido al cuerpo de agua. Adicionalmente motivada por
la necesidad de un documento que certifica a la estación ante SICOM (Sistema de
información de combustibles líquidos), ya que para obtener dicha certificación, es
requerido el permiso de vertimientos, el cual la EDS no tiene vigente.
El desarrollo de este proyecto se llevó a cabo a partir de la ejecución de tres fases, en la
primera denominada línea base, se realiza la evaluación cualitativa y cuantitativa del
sistema de tratamiento existente y el efluente de la última cámara de la trampa de grasas y
los antecedentes de caracterización, la zona de influencia (climática, geográfica,
meteorológica, hidrológica y de gestión de riesgo), además de un espacio para la tentativa
implementación; esto con el fin de formular la mejor alternativa de diseño del sistema
ecotecnológico para el tratamiento conjunto de las aguas hidrocarburadas. La segunda se
fundamentó en la formulación del sistema de tratamiento, evaluando la mejor alternativa
ingenieril y económica, de esta manera, se hizo la postulación de la propuesta a las partes
interesadas, donde se realizaron modificaciones entre las partes para llegar a la siguiente
fase. La tercera fase se desarrolla de acuerdo a la factibilidad de una implementación que
desea la compañía, de acuerdo a la necesidad anteriormente mencionada, aquí se tienen
cuenta los factores compilados en las dos anteriores fases, resaltando la sostenibilidad
ambiental del sistema de tratamiento.
17
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema de fitorremediación para el tratamiento de las aguas industriales de la
estación de servicio BIOMAX Vía al llano, fundamentado en la construcción de un
humedal artificial de flujo subsuperficial.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Formular un sistema de fitorremediación plantado con la especie vegetal (Phragmites
Australis), para la remoción de contaminantes (hidrocarburos totales, DBO5, DQO,
Grasas y Aceites, entre otros), con la implementación de filtros de diferentes
materiales y granulometría
Diseñar un sistema de fitorremediación con condiciones operacionales innovadoras
que permitan cumplir con la calidad del vertimiento.
18
1. MARCO TEÓRICO
1.1. RECURSO HÍDRICO
El agua dulce desde siempre se ha catalogado como un recurso finito, vital para todos los
seres del planeta y para tener un desarrollo socio-económico favorable; sin embargo, hace
pocas décadas, este recurso vital se empezó a considerar en serio, es decir, la escases que se
ha presentado por los cambios ambientales y por ende su riesgo de disminución global de
los afluentes de agua dulce, ha llevado a tomar conciencia tanto a las entidades mundiales
de protección ambiental, como a los países de todos los continentes.
La superficie de agua sobre el planeta supera abundantemente a la continental, donde más
del 70% de esta pertenece a los océanos y mares; sin embargo, es de resaltar que la
abundancia de este recurso es en si relativa, puesto que a pesar que como fue mencionado
anteriormente, su abundancia no da la garantía que esta pueda llegar a ser usada para
consumo humano, ya que aproximadamente el 97,5% de esta es de características salinas,
lo que deja tan solo un 2,5% de agua dulce útil para el consumo y afines.
Es así pues, que lo mencionado anteriormente con respecto al recurso existente
aprovechable para consumo, ya que el 79% se encuentra en forma de hielo permanente en
los hielos polares y glaciares, por lo tanto no está disponible para su uso, otro 20% se
encuentra en acuíferos con características de accesibilidad baja, la cual no permite del todo
su aprovechamiento, esto nos deja con un restante 1% de agua dulce superficial de fácil
acceso. Esto representa el 0,025% del agua del planeta. (GREENPEACE, 2010)
En Colombia, gracias a su abundancia natural como cordilleras, paramos, océanos, bosques
tropicales y una prodigiosa ubicación estratégica que permite una abundancia hídrica,
Colombia hasta el año 2010, se encontraba en el ranking de los países con más agua en el
mundo, ubicándolo en un sexta privilegiada posición, sin embargo, en el año en mención, la
posición fue abruptamente modificada, al punto que Colombia descendió al puesto 24, ya
que es en ese periodo donde se realizó una nueva evaluación de estas características de
abundancia, donde se relacionaban ahora aspectos como la calidad y la disponibilidad que
la población tiene del recurso. (Beleño, 2011)
19
1.1.1. Escases del recurso hídrico
Colombia, como ya fue resaltado anteriormente, tiene el privilegio de contar con una gran
cantidad de recurso hídrico aprovechable, tanto así, que aproximadamente tiene una oferta
de 2.200 Km3 por año. Según Nelson Omar Vargas, profesional especializado de la
Subdirección de Hidrología del IDEAM, esta es una gran cantidad de agua, en
consideración que aproximadamente tan solo el 1,6% de esta es demandada por los
habitantes del país anualmente, de los cuales, 9 Km3 se pierden por ineficiencias en los
sistemas de riego, en los procesos industriales y en los acueductos.
En ese orden de ideas, según lo manifiesta Guillermo León Vásquez, profesor de la
Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional en Medellín la distribución del agua de
calidad, se ve afectada por algo que el denomino “escasez tecnológica para el
aprovechamiento del mineral, por eso muchas poblaciones como la costa Pacífica y la
llanura del Caribe, a pesar de vivir en zonas con abundante recurso, no lo tienen o es
impotable”
En el territorio nacional se presenta una distribución de la pluviosidad, que va alrededor de
los 10.000 mm al año, como en el Pacífico, y otras donde apenas llueve en promedio 800
mm, como en La Guajira. De esta forma, en los lugares de mayor oferta no hay una
importante concentración demográfica. De hecho, el 70% de la población colombiana vive
en el área correspondiente a la cuenca del río Magdalena–Cauca, que aporta tan solo el 11%
del recurso hídrico del país, y donde se genera el 85% del Producto Interno Bruto.
El resto del territorio nacional, donde se encuentran las importantes vertientes que
contribuyen con el 89% del agua como el Orinoco, Amazonas, Pacífico, Atrato, Catatumbo
y Sierra Nevada, alberga al 30% de los colombianos. Esta presión demográfica termina
afectando negativamente las cuencas hidrográficas.
Para terminar de resaltar la importancia referente a la escases del recurso, cito textualmente
las palabras de Nelson Omar Vargas donde hace referencia a la importancia del buen
20
manejo de este líquido preciado “Hay que hacer gestión para que los inconvenientes de
disponibilidad de agua en el ámbito regional y local sean objeto de decisiones adecuadas.
Así, queda claro que el problema no es la relación oferta–demanda” (Beleño, 2011)
1.2. CONTAMINACIÓN AMBIENTAL
Una de las grandes problemáticas actuales está referida a las diferentes acciones que realiza
el ser humano y que tienen un efecto directo sobre el medio ambiente, muchas de estas son
negativas y generan lo que se conoce como contaminación ambiental.
En la literatura, existen diversas definiciones de contaminación ambiental, todas ellas
tienen en común que la misma se produce cuando se insertan en un ambiente formas de
energía o elementos extraños y en concentraciones anormales al mismo, generando efectos
no deseados tanto para la flora y/o fauna del ambiente como para el ser humano.
Resaltando la legislación colombiana, aplicable directamente a la realización de este
proyecto, es la que proporciona el Código Nacional De Recursos Naturales Renovables Y
De Protección Del Medio Ambiente (Decreto 2811 de 1974) en la cual podemos encontrar
la definición de la contaminación ambiental como:
“Toda alteración del ambiente sano con sustancias o formas de energía puestas en él, por
actividad humana o de la naturaleza, en cantidades, concentraciones o niveles capaces de
interferir el bienestar y la salud de las personas, atentar contra la flora y la fauna, degradar
la calidad del ambiente de los recursos de la nación o de los particulares.” Esta definición
es importante en el marco de la normatividad ambiental colombiana donde tanto el
bienestar común como el particular merecen atención.
Martin y Santamaría (2000) definen la contaminación ambiental como:
“la introducción directa o indirecta en la geosfera, hidrosfera o biosfera de sustancias,
materiales o formas de energía, generalmente antropogenicas, que no forman parte o están
en concentraciones anormales en dichos ambientes, y que producen un efecto perjudicial
inmediato o futuro para uno o más componentes de los mismos.”
21
Según sea el tipo de sustancia introducida al medio, la actividad que la produce y el
componente afectado, se generan diferentes tipos de contaminación; existe entonces
contaminación provocada por agentes químicos, físicos y/o biológicos; contaminación
industrial, agrícola, domestica, electromagnética, radiactiva; y contaminación atmosférica,
hídrica, del suelo, sonora y visual respectivamente.
1.2.1. Contaminación del recurso hídrico
En el siglo pasado en sus inicios, la población mundial se encontraba alrededor de los 1.600
millones de habitantes, resaltando que la actividad industrial tenia un crecimiento
moderado, donde se generaban pocos desechos industriales y la actividad agrícola no
dejaba grandes afectaciones ya que era libre de fertilizantes y plaguicidas; a comienzos de
este siglo, la población mundial a aumentado en un factor de aproximadamente un 300% en
referencia al siglo pasado, donde en ese orden, la industria y por ende sus vertimientos,
también han tenido un aumento significativo, igualmente, la actividad agrícola a cambiado
sus costumbres, tanto así, que para esta actividad se esta implementando el uso de
fertilizantes y otros productos químicos.
Las grandes urbes junto al desarrollo industrial y a los cambios en las técnicas agrícolas,
han generado una enorme cantidad de sustancias contaminantes, que afectan los cuerpos de
agua debido a la contaminación con la consecuente pérdida de la capacidad de los cuerpos
de agua superficiales para sostener su biodiversidad original. (GREENPEACE, 2010)
En Colombia, a pesar de su abundancia hídrica, donde se cuentan con precipitaciones
anuales promedio de 1.800 mililitros, cuando en el resto de naciones del planeta son de 900
mililitros; aquí se cuenta con una abundancia hídrica, teniendo cerca de 720 mil cuencas
hidrográficas y alrededor de 10 ríos con caudales permanentes, se podría pensar que hay
agua ilimitada para todos. Sin embargo, la situación es preocupante. En el año 2011, el
viceministro de Ambiente, Carlos Castaño, afirmó que más del 50% del recurso hídrico en
Colombia no se puede utilizar por problemas de calidad.
Según un informe sobre la gestión del agua en nuestro país, realizado con el apoyo de la
Asociación Mundial del Agua y la Comisión Económica para América Latina (Cepal), las
22
principales actividades que contribuyen a la modificación de las características de buena
calidad del agua en el territorio nacional se le atribuyen a los sectores agropecuario,
industrial y doméstico, siendo estos los responsables de generar cerca de 9 mil toneladas de
materia orgánica contaminante. uno de los informes presentados en el Segundo Foro
Mundial del Agua realizado en el año 2000 en La Haya, señala que al entorno natural se
descargan casi 4.500.000 m3 de aguas residuales domésticas e industriales, y la mayoría de
los municipios no cuentan con plantas para su tratamiento, donde puntualmente, en la
capital Colombiana se cuenta con una planta de tratamiento que solo procesa el 20% de lo
que producen los habitantes.
Según un estudio realizado en el año 2010 por el Instituto de Hidrología, Meteorología y
Estudios Ambientales (IDEAM), denominado Estudio Nacional de Agua que se realiza
cada cuatro años, la mayor parte del sistema hídrico andino colombiano se ha alterado
debido al transporte de sedimentos y sustancias tóxicas, con una incidencia marcada de los
corredores industriales ubicados en las cuencas de los corredores Bogotá–Soacha,
Medellín–Itagüí, Cali–Yumbo, Sogamoso–Duitama–Nobsa, Barranquilla–Soledad y
Cartagena–Mamonal, lo que afecta gravemente la calidad del líquido en los ríos
Magdalena, Medellín, Bogotá y Cauca. (Beleño, 2011)
1.3. EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA EN LA SALUD
El impacto de los seres humanos sobre la contaminación, se ha ido reafirmando en
consecuencia a la estrecha relación que existe entre la afectación del recurso hídrico y los
problemas de salud en las personas, ya que las enfermedades infecciosas representan un
gran riesgo y son la principal causa de muerte en niños y adultos jóvenes. Según
información de la OMS se consideran únicamente las enfermedades diarreicas
frecuentemente asociadas al consumo de agua, para lo cual aproximadamente 2 millones de
personas mueren cada año, para lo cual se resalta que la mayor población vulnerable son los
niños de menos de 5 años. (Llop & Bofill, 2005)
23
Resaltando lo anterior, la contaminación del agua representa un gran problema para la salud
publica ya que los mecanismos de trasmisión de las enfermedades pueden deberse a
factores directos e indirectos. El primero de estos esta relacionado a la ingesta de agua
contaminada procedente de abastecimientos de grandes poblaciones o de pozos
contaminados, para el segundo caso, se presenta de forma indirecta por acción del contacto
de las aguas contaminadas con los alimentos que sirven para la dieta de las personas; La
susceptibilidad de las personas a estas infecciones depende de una serie de factores como
son: edad, higiene personal, acidez gástrica (representa una barrera para la mayoría de los
patógenos), la motilidad intestinal (impide la colonización intestinal al favorecer la
eliminación de los microorganismos) la inmunidad (desempeña un papel importante
aumentando o disminuyendo la susceptibilidad). (García, 2002)
1.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Para el tratamiento de las aguas residuales existen diversos procesos y operaciones
unitarias, que con una adecuada selección y combinación, pueden resolver la mayoría de las
necesidades de disposición final o reaprovechamiento de los vertimientos. En términos
generales existen procesos fisicoquímicos y procesos biológicos. Los procesos
fisicoquímicos hacen uso de las diferencias en ciertas propiedades entre el contaminante y
el agua (sedimentación y flotación) o mediante la adición de reactivos empleados para
variar la forma del contaminante buscando condiciones de separación del líquido. Los
procesos biológicos utilizan microorganismos que se alimentan de la materia orgánica
contaminante y con ello la eliminan del agua en forma de nuevas células o de gases (Crites,
1998 )
1.4.1. Pretratamiento
Es el proceso de eliminación de los constituyentes de las aguas residuales cuya presencia
puede provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de los diferentes procesos y
operaciones. El desbaste y la dilaceración son procesos utilizados para la eliminación de
sólidos gruesos, la flotación para eliminar grasas y aceites y el desarenado para la
eliminación de la materia en suspensión gruesa
24
1.4.2. Tratamiento primario
Se refiere comúnmente a la remoción parcial de sólidos suspendidos y materia orgánica
particulada mediante sedimentación o flotación, constituyendo una estrategia de preparar el
agua residual para el tratamiento biológico. Por lo general el tratamiento primario en un
sistema convencional, remueve alrededor del 60% de los sólidos suspendidos del agua
residual cruda y hasta un 40% de la DBO5, fundamentalmente particulada
1.4.3. Tratamiento secundario
El tratamiento secundario convencional es biológico, se usa principalmente para remoción
de DBO soluble y sólidos suspendidos volátiles, se incluyen en estos los procesos
biológicos de lodos activados, filtros percoladores, sistemas de lagunaje y los humedales
artificiales, además de otras opciones anaeróbicas o mixtas (Romero, 2000).
1.4.4. Tratamiento terciario y avanzado
Supone generalmente, la necesidad de remover nutrientes para prevenir la eutrofización de
fuentes receptoras ambientalmente más sensibles o para mejorar la calidad de un efluente
secundario con el fin de adecuar el agua para su reúso (Romero, 2000).
1.5. HIDROCARBURO Y SUS DERIVADOS
Los hidrocarburos son compuestos orgánicos compuestos por átomos de hidrogeno y de
carbono, Estos compuestos se definen porque presentan características físico-químicas de
acuerdo a su estructura molecular y al número de átomos que los conforman.
En el caso puntual de este proyecto, y teniendo en cuenta que los combustibles (Gasolina y
Diesel) como derivados del petróleo, son los comercializados en las estaciones de servicio;
se caracterizan por la presencia de una gran variedad de hidrocarburos que contienen
múltiples componentes orgánicos con diferentes grados de solubilidad, es ahí donde se
puede establecer una diferencia entre estos, ya que a razón de establecer un nivel de
comparación entre estos, podemos decir que el Diesel es más denso, menos volátil y menos
soluble. En merito de lo resaltado, se puede establecer que el Diesel es menos soluble con
25
el agua y por lo tanto tiene mayor dificultad de ser biodegradados. Según Kadlec and
Knight (1996), las principales rutas para la remoción de hidrocarburos por medio de
humedales son la volatilización, la degradación biológica o microbiana, la oxidación
fotoquímica, la sedimentación, la adsorción, la filtración y precipitación química.
(CUBILLOS VARGAS, 2011)
1.5.1. Fitorremediación de hidrocarburos
Con el fin de reducir la carga contaminante que es descargada a las fuentes de agua
superficiales y subterráneas, han sido investigadas y empleadas diferentes alternativas que
ayuden a este fin, entre estos están la implementación en los sistemas de tratamiento de
carbón activado, microorganismos, sustancias químicas entre otros. Estos procesos son
bastante eficientes pero costosos, lo que potencializa a la fitorremediación como uno de los
sistemas ecotecnológicos a implementar, esto gracias a que representa un menor costo-
beneficio, posee ventajas estéticas, captación de gases efecto invernadero, sostenible, ya
que se requiere de una fuente de energía solar y tiene una gran aplicabilidad bajo diferentes
rangos de concentración de contaminantes (Guendy Ghobrial, 2008)
1.5.2. Humedal artificial
Humedales de flujo libre que consisten en áreas con flujo de agua expuesto, vegetación
flotante y plantas emergentes. Siendo similares en apariencia a los marismas. Cuando el
agua fluye a través del humedal, es tratada por procesos de sedimentación, filtración,
oxidación, reducción, adsorción y precipitación. (Wallace and Knight, 2006; Kadlec and
Wallace, 2008).
Emplean camas de suelo o grava plantadas con vegetación típica de humedales naturales; el
agua se mantiene bajo la superficie de la grava y fluye horizontalmente de la entrada a la
salida, entre y alrededor de las raíces y los rizomas de las plantas. Este tipo de humedales se
utiliza para tratar efluentes primarios (Wallace and Knight, 2006; Kadlec and Wallace,
2008)
26
1.5.3. Tipos de humedales artificiales
Existen dos tipos de humedales diseñados para el tratamiento de aguas residuales,
humedales de flujo subsuperficial (SFS) y superficial (SF). En el denominado de flujo
superficial, el agua circula por sobre la superficie del substrato y, en el de flujo
subsuperficial, el agua circula a nivel de la superficie del lecho o por debajo del substrato
(Llagas and Guadalupe, 2006).
1.5.4. Humedal de flujo subsuperficial
Un humedal artificial de flujo subsuperficial (FS, subsurface flow wetlands) está
diseñado específicamente para el tratamiento de algún tipo de agua residual, o su fase final
de tratamiento, y está construido típicamente en forma de un lecho o canal que contiene un
medio apropiado, La grava es el medio más utilizado en Estados Unidos y Europa, aunque
también se ha utilizado roca triturada, grava, arena y otro tipo de materiales del suelo. El
medio se planta normalmente con los mismos tipos de vegetación emergentes presentes en
las praderas inundadas y, por diseño, el nivel del agua se mantiene por debajo de la
superficie del medio. (U.S.EPA., 2000)
Las principales ventajas de mantener un nivel subsuperficial del agua son la
prevención de mosquitos y olores y la eliminación del riesgo de que el público entre en
contacto con el agua residual parcialmente tratada, Los humedales de flujo superficial
remueven en forma confiable la DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), la DQO
(Demanda Química de Oxigeno) y los SST (Sólidos Suspendidos Totales), donde con
tiempos de retención suficientemente largos también pueden producir bajas
concentraciones de nitrógeno y fósforo. Los metales son también removidos eficazmente y
se puede esperar también una reducción de un orden de magnitud en coliformes fecales en
sistemas diseñados para producir efluentes de tratamiento secundario o avanzado.
(U.S.EPA., 2000)
27
Imagen 1 Sistema de flujo bajo la superficie (Llagas W. And Guadalupe E., 2005)
1.5.5. Fitorremediación
El termino fitorremediación surgió en los años 90’s con el inicio de la investigación
para el tratamiento de las aguas contaminadas con hidrocarburo y la acumulación de
metales pesados en plantas usada en la agricultura (EPA, 2000), esto a partir de la
construcción de humedales artificiales, para lo cual se empieza a definir como una opción
tecnológica que ha sido desarrollada y usada para remediar medios impactados con
diferentes tipos de contaminantes. Se basa en el uso de organismos vegetales, la cual se
fundamenta en función de la capacidad de remover, transformar, secuestrar o degradar
contaminantes de interés mediante la interacción con microorganismos que se ubican en la
rizósfera, para una adaptación a condiciones medioambientales locales, alta biomasa y
capacidad de adaptación, entre otras. (U.S.EPA., 2000)
La aplicabilidad de este sistema de tratamiento va en función del tipo de medio impactado y
las características de contaminación. Se establece que el proceso de fitorremediación
comienza a partir del contacto del contaminante con la raíz de la especie vegetal, ya que
aquí es donde se presenta el proceso de absorción y mezcla con la estructura de ella y su
pared celular. Posteriormente, se presentan varios pasos donde los contaminantes son
tomados vía difusión e incorporados en la pared y membrana celular, así pues, los
contaminantes son tomados y transformados dando paso a la transpiración del mismo,
28
llevándolo desde la raíz hasta las hojas y, finalmente el compuesto es tomado, metabolizado
y localizado en las partes de la planta mediante las fases de conversión, conjugación y
compartimentación. (CUBILLOS VARGAS, 2011)
1.5.5.1. Procesos de la fitorremediación
Las raíces son uno de los principales componentes en el proceso de fitorremediación, ya
que en estas se concentra una gran cantidad de exudados los cuales proporcionan una
conexión entre los microorganismos y las plantas, de esta manera se genera un efecto
rizósfera, el cual también es influyente en el sentido de tener las condiciones ideales de tipo
de suelo, cantidad de nutrientes, pH, disponibilidad de agua, oxigeno, temperatura y otros.
Igualmente la liberación de enzimas juega un papel importante en este proceso, ya que a
partir de esto permite la transformación orgánica de los compuestos mediante reacciones
químicas catalizadas. (CUBILLOS VARGAS, 2011)
Para resaltar el proceso anteriormente mencionado, se puede evidenciar la siguiente imagen
la cual elaboró el autor para evidenciar el proceso
Imagen 2. Simbiosis planta - microorganismo en la fitorremediación (CUBILLOS VARGAS, 2011)
29
1.5.5.1.1. Fitoextracción o fitoacumulación
Es el proceso donde se realiza la toma del contaminante por parte de las raíces de la planta,
ya que es ahí donde se acumulan los contaminantes y los puede incorporar a sus tejidos. Así
pues, se inicia el proceso en el que la planta absorbe y/o concentra el compuesto
contaminante en sus partes cosechables, tejidos de hojas y tallos.
1.5.5.1.2. Rizodegradación
En este paso, se presenta la toma del contaminante dentro de las raíces de la planta, esto
gracias a la actividad microbiana asociada a la rizósfera. Es aquí donde la influencia de los
exudados juega un papel importante, ya que estos producen proteínas y enzimas que ayudan
a propiciar las condiciones optimas para el crecimiento microbiano. De esta manera, las
raíces proporcionan un medio de soporte para las bacterias ya que estas contienen una
fuente de carbono y transfieren el oxígeno desde el ambiente, estimulando la degradación
aerobia
En merito del enfoque de este proyecto, se resalta que de acuerdo con Kamath (n.d.), esta
puede ser el mecanismo más significativo para la remoción de los hidrocarburos derivados
del petróleo, ya que los PAHs por ser hidrofóbicos y por su facilidad de ser retenidos en
suelos, disminuye la biodisponibilidad para la toma por parte de las macrófitas y su
fitodegradación, haciendo que este tenga un mayor contacto con la zona de raíces donde su
remoción sea efectuada.
1.5.5.1.3. Fitoestabilización
Se refiere al uso de plantas para reducir la biodisponibilidad de los contaminantes en el
entorno, inmovilizándolos en el suelo y agua a través de las raíces. Es efectiva
principalmente para la remoción de contaminantes metálicos debido a su difícil
biodegradación.
30
1.5.5.1.4. Fitodegradación
En este proceso los contaminantes son trasformados a moléculas más simples, para que
sean asimiladas por los tejidos de las plantas y ayuden a su crecimiento. En este proceso las
enzimas y proteínas de las plantas dan paso a reacciones químicas que generan un
rompimiento de las moléculas de los contaminantes. Según Dietz and Schnoor (2001) este
proceso se da mediante tres fases: conversión, conjugación e incorporación a la planta, para
lo cual son usados por la planta para su propia desintoxicación.
1.5.5.1.5. Fitovolatilización
Este proceso consiste en la toma del contaminante, llevándolo a las hojas y tallos, ya que
necesitan de compuestos orgánicos y agua, después de este proceso, lo evaporan y
volatilizan mediante los estomas abiertos de las hojas, sin embargo, este proceso no es del
todo una solución al problema de la contaminación, ya que de acuerdo a las condiciones
citadas anteriormente, los contaminantes salen a la atmosfera en condiciones aun toxicas.
(CUBILLOS VARGAS, 2011)
Para resaltar lo anteriormente mencionado, se puede evidenciar el proceso de la planta en la
remoción de los contaminante mediante la fitorremediación.
Imagen 3 Esquema mecanismos para la fitorremediación de hidrocarburos (CUBILLOS VARGAS,
2011)
31
1.5.6. Phragmites Australis
También llamada caña común, es una especie que se encuentra nativa en los
humedales y puede tener una longitud de hasta 6 metros de altura en rodales densos y de
larga duración, su reproducción se puede presentar por semillas, pero básicamente se puede
lograr su reproducción de manera asexual por medio de rizomas, esta especie tiene
características invasoras en su hábitat, esta especie se encuentra en gran volumen por todos
los continentes.
Sus características ecológicas se comprenden en leñosos tallos huecos que pueden
crecer hasta los 6 metros, sus hojas son lanceoladas con longitudes de 20 a 40 cm
aproximadamente, Las flores se desarrollan a mediados de las temporadas de calor y están
dispuestas en espigas leonados con muchos mechones de pelo sedoso. (Phragmites
Common Reed)
En comparación con algunas especies vegetales plantadas en los humedales
artificiales, la Phragmites Australis, presenta una ventaja significativa de adaptación al
ambiente, igualmente su condición operativa en cuanto a remoción de materia orgánica se
refiere arroja mejores resultados que su comparación de estudio Typha dominguensis, no
sin demeritar esta ultima que igualmente tiene un alto índice de remoción de contaminantes
de características orgánicas (Cooper 1999).
Según EPA, en su folleto informativo de tecnología de aguas residuales humedales de flujo
subsuperficial, la especie vegetal Phragmites Australis es la favorita frente a las aneas
(Typha spp.) y los juncos (Scirpus spp), ya que sus estudios demuestran la efectividad de
esta especie con respecto a sus competidoras en el tratamiento de aguas residuales, por su
fácil adaptabilidad, resistencia, crecimiento y que no es una fuente alimenticia para la vida
silvestre y las aves; sin embargo resaltan, que las complicaciones de esta especie pueden
deberse a su ya antes mencionado crecimiento, ya que estas tienden tener una proliferación
mas agresiva.
32
1.6. ACTIVIDAD ECONÓMICA
Son actividades económicas todos los procesos que tienen lugar para la obtención
de productos, bienes y/o servicios destinados a cubrir necesidades y deseos en una sociedad
en particular. Para la economía y las finanzas, una actividad es cualquier proceso que
ocurre de manera organizada con el fin último de generar productos, o también bienes y
servicios, que en un contexto dado contribuirán al progreso económico de un grupo,
sociedad o nación. (DEFINICIÓNABC, 2015)
1.6.1. Estación de servicio
Establecimiento destinado al almacenamiento y distribución de combustibles líquidos
derivados del petróleo y/o gaseosos, excepto gas licuado del petróleo (GLP), para vehículos
automotores, a través de equipos fijos (surtidores) que llena directamente los tanques de
combustible. Además, puede incluir facilidades para prestar uno o varios de los siguientes
servicios: lubricación, lavado general y/o de motor, cambio y reparación de llantas,
alineación y balanceo, servicio de diagnóstico, trabajos menores de mantenimiento
automotor, venta de llantas, neumáticos, lubricantes, baterías y accesorios y demás
servicios afines. (Decreto 1521 de 1998)
1.6.2. Aguas hidrocarburadas
Son aguas de proceso, generalmente provenientes de estaciones de servicio y/o plantas de
abasto de combustibles, y demás actividades en donde se involucre la distribución de estos,
donde en la operación diaria puede producirse derrames accidentales, fugas o pérdidas de
combustible y de aceites minerales, de este tipo de aguas está prohibido su vertimientos al
sistema de captación público, y se debe contar con unos controles operacionales de
contingencia para el control del vertimiento de estas, como lo estipula el Art. 35 Dec
3930/10
1.6.3. Problemas ambientales de las EDS en Bogotá
En el año 2010, se resaltó por parte de la secretaria distrital de ambiente, la clausura de
cuatro estaciones de servicio en la capital del país, esto en referencia al mal manejo de los
33
residuos líquidos y peligrosos, puntualmente, en esta oportunidad, resaltaré que estas
estaciones fueron selladas por tener procedimientos sancionatorios pendientes en el ámbito
de sus vertimientos prohibidos, ya que estos se encontraban afectando diferentes recursos
naturales como lo cita el informe de la SDA “Generan vertimientos que se filtran en el
subsuelo, no cuentan con un tratamiento de agua, no están conectados a la red de
alcantarillado, el almacenamiento del combustible es rudimentario y son un foco de
residuos peligrosos. Todos estos impactos afectan tanto el suelo como el agua”. (SDA,
2010)
En merito de lo expuesto, cabe resaltar que un gran numero de estaciones de servicio de la
capital del país, no cuentan con permiso ambiental que garantice de esta manera, un
cumplimiento legislativo de los actos administrativos existentes, adicionalmente, muchas
EDS, realizan el vertimientos al suelo, lo que la SDA y la CAR por mencionar el perímetro
urbano, tienen estrictamente prohibida esta actividad debido a la gran afectación que esta
generaba.
1.7. MEMORIA DE CÁLCULO
Son los procedimientos descritos de forma detallada de cómo se realizaron los cálculos de
las ingenierías que intervienen en el desarrollo de un proyecto de construcción
1.7.1. Hidráulica de los humedales de flujo subsuperficial
La ley de Darcy describe el régimen del flujo en condiciones de medio poroso, esta
generalmente es implementada para el diseño de humedales de flujo subsuperficial usando
suelo y grava como medio filtrante de este. Este método debe ser implementado bajo unas
condiciones de diseño y operativas que satisfagan el correcto funcionamiento del sistema de
tratamiento para los resultados de eficiencia esperados.
Para que se cumplan las condiciones anteriormente resaltadas, se debe tener en cuenta que
el medio de soporte debe tener características granulométricas de pequeñas a medianas,
esto satisface que la turbulencia generada no sea tan alta, ya que al usar rocas de gran
tamaño, puede generarse una uniformidad en el flujo que transita a través del sistema
34
Igualmente, el sistema debe estar construido de tal manera que se disminuyan los corto-
circuitos, así pues se garantiza que el agua esta transitando de manera uniforme por todo el
sistema de tratamiento y que la distribución desde la entrada es uniforme al igual que la
salida del sistema lo debe ser.
En merito de lo resaltado anteriormente, se consideró que la ley de Darcy proporciona una
aproximación razonable de las condiciones hidráulicas que se deben tener para el diseño del
humedal que se formuló para este proyecto.
Q = Ks * Ac * s
Ecuación 1. Ley de Darcy para el diseño de humedales de Flujo Subsuperficial
Donde:
Q = Caudal promedio
Ks = Conductividad hidráulica del medio de soporte usado (m3/m
2/d)
Ac = Área de la sección transversal y perpendicular al flujo (m2)
s = Gradiente hidráulico o pendiente de la superficie del agua en el sistema (m/m)
Para lo cual a partir de la formula anterior, se puede determinar la velocidad a través del
área transversal del sistema de tratamiento, esto bajo la siguiente formula.
v = Ks * s
Ecuación 2 Ley de Darcy para determinar la velocidad del flujo que pasa por el área transversal del
humedal
La resistencia del flujo en el humedal, es producto de la obstrucción que genera a partir del
paso del agua por el sistema de filtración que se utiliza como medio de soporte, así pues,
esta resistencia igualmente se ve incrementada a razón de la propagación de las raíces de
las especies plantadas y la acumulación de sólidos que se acumulan en los poros del sistema
de filtración. Para evitar obstrucciones por aumento de las condiciones resaltadas, se debe
conseguir una cabeza de presión proporcionada por la diferencia de niveles entre la entrada
35
y la salida de agua del humedal, donde se satisfaga el paso del flujo desde la entrada a la
salida sin mayor complicación, entonces se debe conseguir esta diferencia mediante la
construcción del humedal con una suficiente pendiente que permita un drenaje completo
cuando sea necesario, pero también se debe contar con estructuras de salida que permita el
ajuste del nivel del agua para compensar la resistencia que puede aumentar con el tiempo.
1.7.1.1. Gradiente hidráulico
Gradiente es el incremento de una variable entre dos puntos del espacio, en relación con la
distancia entre esos dos puntos. Si la variable considerada fuera la altitud de cada punto, el
gradiente seria la pendiente entre los dos puntos considerados. (Sánchez San Román, 2011)
1.7.1.2. Conductividad hidráulica
Darcy estableció que la conductividad hidráulica depende del medio filtrante por el cual el
flujo este transitando, ya que definió que la conductividad es la facilidad con la que el agua
pasa a través de los poros y fracturas porosas de este, la cual esta sujeta a un gradiente
hidráulico y el nivel de saturación y permeabilidad del material. En merito de lo expuesto,
también cabe resaltar que esta conductividad depende del medio como fue resaltado, pero
igualmente del fluido, sin embargo, se puede inferir que como la parte que depende del
fluido normalmente es despreciable, para las aguas subterráneas a efectos prácticos
asumimos que la conductividad hidráulica de Darcy es una característica del medio poroso.
(Sánchez San Román, 2011)
36
2. MARCO LEGAL
A continuación se relaciona la normatividad vigente en Colombia aplicable a la realización
del presente proyecto.
CONSTITUCIÓN DE COLOMBIA
La Constitución Política de Colombia, consagra dentro de los derechos fundamentales,
colectivos y del ambiente, el derecho a gozar de un ambiente sano, a la protección de la
integridad del espacio público, la diversidad e integridad del ambiente, la planificación del
manejo y aprovechamiento de los recursos naturales. En lo que se refiere a la
contaminación hídrica no se es puntual, sin embargo se resaltan los artículos más
significativos para el presente proyecto.
Artículo 79: Todas las personas tienen derecho a gozar de un ambiente sano. La ley
garantizará la participación de la comunidad en las decisiones que puedan afectarlo. Es
deber del Estado proteger la diversidad e integridad del ambiente, conservar las áreas
de especial importancia ecológica y fomentar la educación para el logro de estos fines.
Artículo 80: El estado deberá prevenir y controlar los factores de deterioro ambiental,
imponer las sanciones legales y exigir la reparación de los daños causados
Artículo 95: Son deberes de la persona y del ciudadano, proteger los recursos
culturales y naturales del país y velar por la conservación de un ambiente sano.
Artículo 333: La empresa, como base del desarrollo, tiene una función social que
implica obligaciones. El estado fortalecerá las organizaciones solidarias y estimulara el
desarrollo empresarial.
37
LEY 99 DE 1993:
La presente Ley establece que como función el ministerio, debe dictar regulaciones de
carácter general tendientes a controlar y reducir las contaminaciones geosférica, hídrica, del
paisaje, sonora y atmosférica, en todo el territorio nacional.
Artículo 66: Indica las competencias para cada una de las autoridades
correspondientes en su jurisdicción, con lo cual debe garantizar y verificar el manejo
adecuado de los vertimientos generados por diferentes actividades industriales y que
puedan generar daño inminente al medio.
CÓDIGO DE RECURSOS NATURALES (DECRETO-LEY 2811 DE 1974)
Establece el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio
Ambiente. En su capítulo II define la regulación desde el punto de vista de prevención y
control de contaminación del recurso hídrico.
DECRETO 1594 DE 1984
Reglamenta los criterios de calidad del agua y se establecen las normas de vertimiento
aplicables en todo el territorio nacional, en donde en sus artículos sustenta las
consecuencias en las cuales se puede presentar el vertimiento de manera imprevista.
Artículo 93: Cuando en un cuerpo de agua se presenten vertimientos accidentales o
por fuerza mayor o caso fortuito, tales como de petróleo, hidrocarburos y otras
sustancias, que originen situaciones de emergencia, el Ministerio de Salud coordinará
con las EMAR los procedimientos tendientes a controlar dicha situación.
Artículo 96: Los usuarios que exploren, exploten, manufacturen, refinen, transformen,
procesen, transporten o almacenen hidrocarburos o sustancias nocivas para la salud y
para los recursos hidrobiológicos, deberán estar provistos de un plan de contingencia
38
para la prevención y control de derrames, el cual deberá contar con la aprobación de la
EMAR y el Ministerio de Salud o de su entidad delegada.
Artículo 168: A los usuarios de interés sanitario cuyos vertimientos presenten riesgos
para la salud y a los usuarios que almacenen, procesen, o transporten hidrocarburos u
otras sustancias peligrosas para la salud o para los recursos naturales renovables, el
Ministerio de Salud, las EMAR o las entidades delegadas podrán exigirles la
presentación y desarrollo de un plan de prevención y control de accidentes, sin
perjuicio del cumplimiento de la Ley 09 de 1979 y las disposiciones reglamentarias
sobre la materia.
RESOLUCIÓN 3956/2009
Establece las características del vertimiento y sus niveles permisibles de contaminación
para ser vertidos a un cuerpo de agua, estos son regulados por la secretaria distrital de
ambiente en el perímetro urbano de la capital
Artículo 10: Vertimientos permitidos a corrientes principales. Se permitirá el
vertimiento de aguas residuales a las corrientes principales bajo las siguientes
condiciones:
Agua residual no domestica: Usuarios que viertan aguas residuales no domesticas con
permiso de vertimiento vigente y que cumpla con los valores de referencia y
características establecidas en los objetivos de calidad de los cuerpos de agua en el
distrito capital para cada tramo en particular definido por la autoridad ambiental
competente y presenten características físicas y químicas iguales o inferiores a los
valores de referencia establecidos en la siguiente tabla:
39
PARAMETRO UNIDADES VALOR
TRAMO 1
VALOR TRAMO 2, 3
y 4
COLOR Unidades Pt-
Co 50 Unidades 80 Unidades
S. SEDIMENTABLES mL/L 2 2
TEMPERATURA ºC 15 20
COLIFORMES
FECALES NMP 100mL
Valores establecidos como objetivos de
calidad para cada corriente
(Resolución 5731 de 2008)
DBO5 mg/L
DQO mg/L
FOSFORO TOTAL mg/L
GRASAS Y ACEITES mg/L
NITROGENO TOTAL mg/L
OXIGENO DISUELTO mg/L
pH Unidades
S.SUSPENDIDOS
TOTALES mg/L
TENSOACTIVOS mg/L
Tabla 1 Niveles permisibles para el vertimiento a cuerpo de agua natural
RESOLUCIÓN 5731/2008
Adopta nuevos objetivos para la calidad del recurso hídrico, puntualmente resaltando las
características de calidad del rio Tunjuelo que competen para el desarrollo de este proyecto,
aquí se resaltan las condiciones bajo las cuales se puede realizar el vertimiento dependiendo
de los tramos correspondientes de la cuenca del área de influencia, para lo cual se resaltan
las siguientes tablas en merito a lo anteriormente citado.
40
Tabla 2 Determinación de los limites de tramos para la cuenca del área de influencia
Tabla 3 Niveles permisibles para el vertimiento a cuerpo de agua natural para el tramo
correspondiente
41
3. METODOLOGÍA
A continuación, se describen las herramientas y métodos utilizados para el desarrollo del
presente proyecto, lo resaltado en este espacio tiene como finalidad ser un soporte técnico y
teórico para el desarrollo y cumplimiento de los objetivos planteados.
En merito de lo expuesto, se resalta que el desarrollo del proyecto se llevo a cabo a partir
una investigación cualitativa y cuantitativa, en donde se tuvieron en cuenta antecedentes y
estados actuales del sistema de tratamiento implementado por la estación de servicio
BIOMAX vía al llano, condiciones climáticas y ambientales del área de influencia directa e
indirecta.
Se realizaron estudios de zona para verificar la ubicación y disponibilidad de espacio para
una tentativa implementación y así ajustar los cálculos a lo requerido por las partes
interesadas (administración de la EDS, área de ingeniería), sin que esto altere algunas
condiciones de diseño para obtener el mayor potencial de eficiencia del sistema de
tratamiento de las aguas hidrocarburadas.
Se realizaron aforos volumétricos a fin de contar con un cálculo real del caudal da aporte
que puede llegar a tener el sistema de tratamiento de fitorremediación y así mismo
comenzar con el diseño del humedal artificial.
Como se puede evidenciar en la estructura de la metodología, esta fue organizada por fases,
las cuales juegan un papel importante en el desarrollo final del proyecto, posterior a la
verificación teórica y estado del arte del tratamiento existente, se procedió a realizar el
levantamiento de la zona para comenzar con el proceso de diseño, donde gracias a las
recomendaciones estructurales correspondientes al área de la ingeniería civil, se logra
aterrizar el diseño a las disposiciones y criterios para este tipo de estructuras hidráulicas
civiles, esto se realizó en colaboración con el Ingeniero Roberto Nieves de la empresa Nix
de Colombia S.A.S., el cual es proveedor de servicios civiles de la empresa BIOMAX S.A.
42
3.1. GENERALIDADES (Fase I)
3.1.1. Trabajo de campo y escritorio para el levantamiento de la línea base
La información referente para el levantamiento de la línea base ambiental, fue recolectada
mediante la metodología de trabajo de campo e investigación bibliográfica de la zona de
influencia directa e indirecta, aquí se tuvo presente la normatividad vigente a la fecha de la
realización de este proyecto, al igual que los estudios de las diferentes entidades
competentes en la materia del parámetro investigado.
3.2. FORMULACIÓN (Fase II)
3.2.1. Levantamiento de la información del sistema de tratamiento existente
Con la ayuda de la ingeniera ambiental María Paula Peña (analista ambiental BIOMAX
S.A.), se procedió a realizar el levantamiento de la información del sistema de tratamiento
implementado en la compañía, el consistía en un tratamiento preliminar/primario
denominado trampa de grasas. Aquí se verificaron aspectos de funcionalidad y diseño
hidráulico mediante la revisión de los planos con los que contaba la estación de servicio,
revisando las redes hidrosanitarias mediante planos igualmente, a fin de verificar que las
aguas que eran dirigidas al sistema de tratamiento, fuesen netamente aguas
hidrocarburadas, es decir, aguas residuales de tipo industrial.
Para continuar con el levantamiento de la información referente al sistema de tratamiento,
se solicitó a la ingeniera Peña, los antecedentes de análisis de laboratorio realizados al
efluente industrial de la estación de servicio, para lo cual la ingeniera María Paula nos
facilita una información que da pie para la interpretación de sus resultados y criterios de
cumplimiento normativo en cuanto al vertimiento se refiere.
3.2.2. Acuerdo con las partes interesadas (administración y área de ingeniería)
En el desarrollo de este punto se debió conversar con un grupo de personas las cuales
estaban encargadas en su momento de la toma de las decisiones referentes al desarrollo del
proyecto, donde ellos a su vez, comunicaban a sus superiores al respecto del proceso que se
estaba llevando a cabo y la importancia de la implementación de este sistema de
43
tratamiento en merito a la condición requerida hacia la estación de servicio para con sus
vertimiento industriales, en este paso del desarrollo, se acordaron varios aspectos tanto de
diseño como operativos que dieron pie a la mejor alternativa para el tratamiento de las
aguas hidrocarburadas y así mismo del diseño del humedal artificial de flujo subsuperficial.
3.2.3. Levantamiento de zona de influencia directa
Se verificó la disponibilidad de área en la zona donde tentativamente se implementaría el
proyecto por parte de la empresa BIOMAX S.A., ya que posterior a la formulación y diseño
el cual era el alcance de este proyecto, como lo he mencionado a lo largo de este
documento; la empresa requería de un sistema en serie para el tratamiento de las aguas
industriales de la EDS y así cumplir con los requerimientos legislativos actuales y futuros
para la obtención del permiso de vertimientos; de esta manera, se realizó un estudio de zona
en compañía del Ingeniero Guiseppe Volpini y la ingeniera María Paula Peña, en donde se
llegó a un acuerdo en cuanto a la disponibilidad de espacio, el cual refería un ancho no
superior a los 2 metros.
3.3. DISEÑO (Fase III)
3.3.1. Diseño del sistema de fitorremediación
Para comenzar con el diseño del sistema de tratamiento, se debió realizar un aforo para la
determinación del caudal de aporte que será pasado desde la última cámara de la trampa de
grasas hasta la entrada del sistema de fitorremediación. Para la ejecución y obtención de
este valor, se procedió a utilizar la técnica del aforo volumétrico, ya que debido a que el
caudal del efluente es muy bajo, esta técnica es apropiada para este caso en especifico. La
prueba se realizó con una periodicidad aproximada de 10 días una de la otra, teniendo
presentes algunos factores de análisis como el clima y horas del día, todo esto en un
periodo de 6 meses, para lo cual los valores y cálculos correspondientes a la citada
actividad se pueden encontrar en la siguiente tabla que se encuentra en el Anexo 3.
Ya obtenidas las condiciones bajo las cuales se debe dimensionar en parte el humedal
artificial debido al espacio disponible, se procede a diseñar el sistema de tratamiento,
44
mediante los criterios técnicos y operativos de este tipo de infraestructura para el
tratamiento de las aguas residuales, teniendo presente la revisión bibliográfica y estado del
arte de la implementación de este sistema de tratamiento en otros proyectos de
investigación. Basando los cálculos en una de las metodologías de diseño que se tienen para
estos sistemas de tratamiento y las condiciones bajo las cuales el agua pasa por el sistema
se procedió a realizar la memoria de cálculo del humedal artificial de flujo subsuperficial.
Posterior al diseño y dimensionamiento de la estructura, se cuenta con el apoyo del
Ingeniero Roberto Nieves de la empresa NIX DE COLOMBIA S.A.S., cuya asesoría
profesional dio oportunidad para aterrizar el proyecto en cuanto a las condiciones civiles lo
precisaban, es decir, se da valor agradado al diseño cuando el profesional en su rama, indica
las condiciones de asentamiento y materiales que el propio sistema requiere para su soporte
y resistencia.
3.4. CAPACITACIÓN (Fase IV)
3.4.1. Capacitación a las partes interesadas (administración y área de
ingeniería)
Posterior al diseño del sistema de tratamiento, se procedió a elaborar para la compañía un
manual del sistema de fitorremediación, esto con el fin de informar a la administración de
la EDS sobre el correcto funcionamiento y operatividad que se debe tener para mantener
extendida la vida útil del sistema
45
4. RESULTADOS Y ANÁLISIS
4.1. GENERALIDADES (Fase I)
4.1.1. Línea base ambiental
Con el fin de evaluar de manera integral la zona en donde se desarrollaran las actividades
de la EDS BIOMAX vía al llano, se recopilaron datos físicos para realizar la
caracterización del área de influencia directa e indirecta y de esta forma identificar zonas
sensibles que deben tenerse en cuenta, a partir de la evaluación de los impactos ambientales
probables, derivados de las actividades de la estación
4.1.2. Aspectos físicos
La estación de servicio BIOMAX VÍA AL LLANO esta ubicada en la ciudad de Bogotá en
el Suroriente de la capital, sobre la Av. Boyacá, con cercanía a la iglesia de Yomasa, en la
dirección Calle 84 Sur Nº 3 A 41 Este.
Imagen 4. Esquema de clasificación UPZ de la estación de servicio BRIO Usme (OAB, 2009)
Topografía
La ciudad de Bogotá está ubicada en el centro geográfico de Colombia, sobre la Cordillera
Oriental, en la parte sur del altiplano cundiboyacense, la altiplanicie más extensa de los
Andes colombianos, con una altura en promedio de 2.600 msnm.
EDS BIOMAX Vía al
Llano
46
La EDS BIOMAX vía al llano se ubica en la periferia suroriental de la ciudad, y presenta
un territorio montañoso donde se encuentran los cerros surorientales y limites del perímetro
urbano de la capital, teniendo como referencia que es una de las cotas más altas del casco
urbano bogotano; limitando al occidente con la avenida caracas, en su costado Norte y
oriental con la Av. Boyacá , al sur limita con la reserva ecológica (Quebrada Yomasa). Se
encuentra en una topografía montañosa en su área de influencia directa e indirecta, al
situarse en este relieve denotamos en su perímetro, pendientes significativas del orden de 8
a 10%. (SDP, 2011)
Imagen 5. Esquema de ubicación geográfica de la estación de servicio
4.1.3. Geología
Según el proyecto de microzonificación sísmica realizado por INGEOMINAS, la UPES y
la DNPAD, el mapa geológico de Santafé de Bogotá, registra características de suelos
“Qta” para la zona de influencia de la estación de servicio, que se denominan depósitos
Fluvio-Lacustres (Terraza Alta), suelos que son considerados como depósitos de arcillas,
con intercalaciones importantes de bancos de arena y grava, ocasionalmente delgadas capas
de ceniza volcánica y turbas. (Ingeominas M. d., 1997)
De acuerdo a estudios realizados por INGEOMINAS – Universidad de los Andes, “Mapa
47
de zonificación geotécnica” y el decreto 074/2001, se establece para la zona referenciada
como área de influencia directa de la estación de servicio, un tipo suelo Piedemonte, donde
como se mencionaba anteriormente, predominan las intercalaciones de bancos de arena y
grava, igualmente se encuentran zonas de rondas de cuerpos de agua como se evidencia en
la imagen.
Imagen 6. Patrón geológico zona de influencia de la estación de servicio (Ingeominas M. d., 1996)
4.1.4. Uso del suelo
El predio se encuentra en un sector de comercio y servicios Zona III C según lo estipulado
en el concepto de uso del suelo Nº 20-0-2143 del 05 de Mayo del 2010, la estación de
servicio puede desarrollar su actividad económica como se le permitió e indica en los
acápites del documento; según lo manifestado en el nuevo POT “Decreto 364/2013”, es
una zona donde es predominante la actividad de proximidad, donde, de acuerdo al art. 263
del presente decreto, establece el uso para este tipo de actividad económica (Residenciales).
48
Imagen 7. Esquema de ubicación geográfica de la localidad y área de influencia indirecta de la estación
de servicio, con referencia al uso del suelo y categoría de las concentraciones de usos restringidos
(Mapa 28) (364/2013, 2013)
En la zona de influencia directa como indirecta se encuentran regiones de reserva
ecológica, diversos espacios, en donde no solo se comprenden regiones montañosas en
el costado Norte como en el costado sur de la estación, ya que aquí se encuentra la
quebrada de Yomasa, también se encuentran otros cuerpos de agua que pasan por el
perímetro de influencia indirecta de la estación de servicio.
Imagen 8. Esquema de áreas de protección ecológica en la zona de influencia de la estación de servicio
(Mapa 03) (364/2013, 2013)
49
4.1.5. Amenazas de erosionabilidad, erodabilidad y geoinestabilidad
Es un territorio estable más tiene pendientes y cercanías a un cuerpo de agua, como se
menciono en la geología del área de influencia, sin embargo, por las condiciones de relieve
del terreno en la zona de influencia, existe la probabilidad de un evento de derrumbe
provocado por la erosión del suelo en las zonas aledañas a la estación de servicio,
igualmente, por la condición topográfica de inclinación, se puede presentar un arrastre que
conllevaría a una probable inundación y/o captación masiva de agua por parte de los
canales perimetrales de aguas lluvias, consecuencia de la máxima precipitación en la zona.
Como se evidencia en el siguiente esquema, es una zona propensa a una remoción en masa.
Imagen 9. Esquema zonas de riesgo por inundación y remoción en la ciudad de Bogotá (SDP S. d.,
2011)
4.1.6. Hidrología
Como se puede evidenciar en la imagen 8 “Esquema de áreas de protección ecológica en la
zona de influencia de la estación de servicio” y “Patrón geológico zona de influencia de la
estación de servicio” , en su zona de influencia directa, cuenta con un cuerpo de agua
representativo que conduce su cauce al Rio Tunjuelito, ubicado al Occidente de la estación
50
de servicio BIOMAX Vía al Llano, el mencionado cuerpo de agua es la quebrada y reserva
ecológica Yomasa.
En las siguientes imágenes se puede evidenciar el estado actual del cuerpo de agua en
mención, este se encuentra en unas condiciones de sanidad baja, se evidencian vertimientos
ilegales en algunas partes del tramo, al igual que el deposito de algunos desechos los cuales
son lanzados a la quebrada por parte de los habitantes aledaños a este cuerpo de agua.
Imagen 10. Registro fotográfico de la quebrada Yomasa en el área de influencia directa Fuente (Autor)
4.1.7. Meteorología y Clima
La ciudad de Bogotá presenta condiciones climáticas atípicas por los recientes cambios y
alteraciones en lo que respecta al desarrollo urbano, estas condiciones son consecuencia de
factores antrópicos que día a día reflejan estos cambios, es difícil establecer parámetros
representativos de comportamientos en lo que respecta a el clima en la capital colombiana,
pero cabe resaltar que existen datos de comportamientos, realizando las comparaciones
anuales de estos factores.
51
4.2. FORMULACIÓN (Fase II)
4.2.1. Verificación del sistema implementado
El tratamiento de aguas residuales industriales con el que cuenta la estación de servicio
BIOMAX vía al llano, es un tratamiento preliminar/primario, el cual se realiza a partir del
paso del efluente por un sistema de tratamiento denominado trampa de grasas; este sistema
recibe las aguas hidrocarburadas que son contenidas en la rejilla perimetral del canopy
(cubierta), y las que salen del cuarto de almacenamiento de residuos peligrosos, la trampa
de grasas consta de cuatro cámaras interconectadas las cuales tienen como fundamento la
separación de fase acuosa y solida, en estas cámaras se retienen tanto las natas
sobrenadantes y los sólidos sedimentables, dentro de estas cámaras en mención, una de
ellas es el desnatador, la cual como se resaltó anteriormente, cumple la función de separar
las natas sobrenadantes de la primera y segunda cámara, la cual pasa por unas tuberías de
2” y es controlado su paso por un sistema de válvulas que es abierto conforme lo demande
para el momento del paso de las natas. Las cámaras cuentan con un sistema de bafles que
garantizan el desvió del flujo de manera que más convenga para el tratamiento, es decir, se
implementaron de acuerdo a la necesidad del tratamiento de cada una de las cámaras,
dejando un bafle elevado del suelo a 0.25 m en la primera y segunda cámara para la
retención de las natas sobrenadantes y un bafle desde el suelo a una altura de 1.04 m
dejando un espacio de 0.45 m para el paso del flujo, lo que garantiza que en esta última
cámara se realice el proceso de sedimentación para la retención de sólidos.
En el Anexo 1., se puede evidenciar el plano de la empresa CDR INGENIERIA LTDA.,
proveedor de la construcción del sistema de tratamiento (trampa de grasas)
Para identificar la distribución del sistema de tratamiento existente, se muestra a
continuación un esquema del paso del flujo, donde se evidencia la salida de la rejilla
perimetral y el cuarto de RESPEL hacia la primera cámara de la trampa de grasas.
52
Imagen 11. Esquema del sistema de tratamiento existente (Fuente Autor)
4.2.2. Histórico de caracterizaciones de las aguas industriales
Verificando las condiciones operacionales del sistema de tratamiento, las cuales se
resaltaron anteriormente, se procedió a verificar los antecedentes de caracterizaciones
realizadas, para lo cual se encontró un informe de monitoreo y caracterización de agua
residual industrial realizado en el año 2013 por el laboratorio ANALQUIM LTDA el cual
se encuentra en el Anexo 2. Cabe resaltar que en el momento en que se realizó el análisis
de las aguas residuales industriales, no existía ningún requerimiento por parte de la SDA
para comparar la caracterización con la Resolución 3957 de 2009, resolución bajo la cual
como se evidencia en el informe cumplía con todos los niveles permisibles, sin embargo, se
resalta que después y en merito a que se requirió que los parámetros y niveles permisibles
del vertimiento fueran comparados con la Resolución 3956 de 2009 (vigente en el momento
de la investigación), se evidenció la necesidad de un sistema complementario para el
cumplimiento normativo ambiental, ya que encontrándose en las condiciones actuales
(resultados obtenidos por el laboratorio) no se da cumplimiento a lo establecido por este
ultimo acto administrativo Decreto 3956/2009.
53
A continuación se puede evidenciar los resultados obtenidos por el laboratorio
ANALQUIM LTDA y el cumplimiento normativo que se tuvo en el momento del análisis
de estos parámetros. Adicionalmente un comparativo del cumplimiento que se debe tener a
la luz de las nuevas obligaciones de los niveles permisibles.
RESULTADOS OBTENIDOS POR EL LABORATORIO ANALQUIM
LTDA
CUMPLIMIENTO NORMATIVO CON RESPECTO AL DEC
3957/2009
CUMPLIMIENTO NORMATIVO CON RESPECTO
AL DEC 3956/2010
PARAMETRO RESULTADO NIVEL
PERMISIBLE CUMPLIMIE
NTO NIVEL
PERMISIBLE CUMPLIMIE
NTO
DBO 40 800 CUMPLE 5 NO CUMPLE
DQO 71 1500 CUMPLE 30 NO CUMPLE
Fenoles <0.07 0.2 CUMPLE N.E N/A
Grasas y aceites 14 100 CUMPLE 10 NO CUMPLE
Hidrocarburos totales
<10 20 CUMPLE N.E N/A
SST 76 600 CUMPLE 10 NO CUMPLE
Tensoactivos 2.08 10 CUMPLE 0.5 NO CUMPLE
Caudal 0.079 N.E CUMPLE N.E N/A
pH 7.81 5.0 - 9.0 N/A 6.5 - 8.5 CUMPLE
SS <0.1 2 CUMPLE 2 CUMPLE
Temperatura 19.5 30 CUMPLE 15 NO CUMPLE Tabla 4. Comparativo de resultados obtenidos en la caracterización realizada en su momento a la EDS
BIOMAX Vía al llano Vs niveles permisibles de la normatividad vigente en el momento de la ejecución
del proyecto (Fuente Autor)
4.2.3. Acuerdo con las partes interesadas
Al inicio de la fase formulación, se resaltó a las partes interesadas como valor agregado
para la aprobación e inicio del desarrollo del proyecto, que existía la oportunidad de
postular a la estación de servicio BIOMAX vía al llano, para obtener un beneficio
tributario, gracias a la inversión en control y mejoramiento del medio ambiente que se
tendría con la implementación del sistema de fitorremediación , este beneficio de acuerdo
con lo previsto en el Articulo 158-2 del Estatuto Tributario y reglamentado por el Decreto
3172 de 2003.
54
En este proyecto, se debió tener en cuenta que las partes interesadas a las cuales se debieron
proponer las alternativas y con las cuales se debió llegar a un acuerdo de formulación para
comenzar con el diseño, son el operador de la EDS (GNE SOLUCIONES S.A.S.) y el
mayorista (BIOMAX S.A.); ya que los ingenieros que brindan el apoyo en ingeniería y
gestión ambiental a esta estación propia, hacen parte del recurso humano del mayorista
BIOMAX S.A.
En la etapa de formulación, se debió tener presente los aportes y consensos de varias de las
personas encargadas de la aprobación y seguimiento para el desarrollo de este proyecto en
la etapa en mención, una de las personas con las cuales se comenzó la labor de formulación
y con la finalidad de implementación de acuerdo a la demanda de este sistema de
tratamiento fue el Ingeniero Néstor Acosta.
Con el ingeniero Acosta se proponía la implementación de un sistema en paralelo que no
brindaba las mejores condiciones operacionales, ya que se presentaban desgastes físicos y
mecánicos para el tratamiento de las aguas hidrocarburadas; este seria construido en una
estructura de fibra de vidrio (Ver imagen 12) y estaría sobre la superficie.
Imagen 12. Estructura para la implementación del sistema de fitorremediación (propuesta del Ing.
Néstor Acosta) Fuente Autor
Posterior a la etapa de formulación con el ingeniero Acosta, por cambios estructurales
donde el ingeniero Acosta paso a otra área de la compañía, los acuerdos pasaron a ser con
el Ingeniero José Alirio García. Con el ingeniero García, donde se llegó a un acuerdo de
55
diseñar el sistema, de tal forma que este sea sostenible y que haga parte complementaria del
sistema de tratamiento existente, es decir, que este se encuentre conectado en serie y
realizando una excavación del terreno, de tal forma que la conexión de la última cámara de
la trampa de grasas y el ingreso al humedal se pueda hacer por gravedad sin incurrir en
algún desgaste operativo humano, ni mecánico.
Ya habiendo concluido gran parte de los acuerdos entre las partes interesadas, por una
reestructuración del personal de la empresa, el proyecto pasa a manos del Ingeniero
Guiseppe Volpini, el Ingeniero Volpini da vía libre de acuerdo a los antecedentes de
formulación, lo que permite que el proyecto entre en fase de diseño, cabe resaltar que
durante todo el desarrollo de este proyecto se contó con el apoyo y supervisión de la
Ingeniera María Paula Peña analista ambiental del área de ingeniería.
Definida esta situación, se procedió a verificar el espacio disponible para una tentativa
implementación, esto con el fin de realizar el diseño aterrizado a la situación actual en
cuanto al área disponible se refiere, aquí se verificaron aspectos de disponibilidad del
terreno, lo que dio pie para unas dimensiones a las cuales se debe ajustar el diseño para no
incurrir en un dimensionamiento fuera del área a utilizar para una tentativa
implementación.
4.3. DISEÑO (Fase III)
4.3.1. Diseño del sistema de tratamiento de fitorremediación
En el diseño del sistema de fitorremediación se contemplaron los estudios anteriormente
resaltados, para lo cual igualmente, se tuvieron presente las observaciones y
recomendaciones de las partes interesadas (Área de ingeniería y administración EDS), a fin
de poder lograr un diseño que no solo satisfaga las necesidades de remoción de carga
contaminante, sino que igualmente sea operativa y económicamente viable para la
compañía.
Cabe resaltar que para el diseño del humedal artificial se debió tener presente el caudal de
aporte que brindaría en este caso la trampa de grasas de la estación de servicio desde su
56
última cámara, se procedió a efectuar un aforo volumétrico en merito a que esta
metodología era la más practica para este caso, ya que el caudal del efluente de la trampa de
grasas no era muy alto; para esta actividad se dispuso de un balde donde se recogió la
muestra y un cronometro para realizar esta actividad tal y como lo representa su
fundamento (volumen por tiempo de llenado), cabe resaltar que para la lectura real del
volumen, se utilizo una probeta con volumen de 500 mL. La prueba de aforo se realizó
dependiendo de la disponibilidad para realizar la actividad y con una frecuencia
aproximada de diez días entre cada lectura, esta prueba se realizó durante el primer
semestre del año 2015 y parte del ultimo mes del 2014. Los resultados obtenidos de esta
actividad se pueden evidenciar en la tabla que se encuentra en el Anexo 3.
QPromedio = 17.54 L/h → 1 𝑚3
1000𝐿 *
24 ℎ
1𝑑 = 0,42 𝑚3/𝑑
Ecuación 3. Cálculo promedio del caudal de aporte de la trampa de grasas ajustado a las unidades para
el desarrollo de la formula de Darcy
En merito a lo resaltado, se reunió la información para llegar a un diseño sostenible, con la
implementación de un sistema filtrante de características innovadoras en cuanto a sus
materiales, técnicas de distribución y desplazamiento del flujo a través del sistema de
fitorremediación; para lograr las características innovadoras del sistema filtrante, se
propone la implementación de grava con diferentes diámetros, la cual facilitará el
desplazamiento libre del flujo e igualmente una disminución de la velocidad de este por el
cambio del diámetro del material filtrante en algunos espacios determinados a lo largo del
sistema, ya que esta última condición operativa en el sistema de tratamiento, garantizará un
mayor tiempo de contacto con la especie vegetal.
Continuando con el material filtrante, se resaltó en los objetivos del proyecto que este
sistema de tratamiento tendría unas condiciones operacionales innovadoras, esto no solo va
ligado al funcionamiento como tal del sistema, el cual lo resaltaré mas adelante, sino
también a la implementación de un sistema filtrante plástico, el cual consta de tapas de
botellas que permitirán la generación de una biopelícula el crecimiento de las macrófitas
57
dentro del lecho del humedal artificial, así pues, ayuda a la especie vegetal a asimilar los
contaminantes que tendrán contacto con sus raíces.
Teniendo presente lo anterior, después de una revisión bibliográfica basada en la
comparación de antecedentes de plantación de la especie vegetal Phragmites Australis en
algunos proyectos de investigación a nivel mundial contra otras especies de similares
características, se logró determinar que esta especie obtenía en las investigaciones los
mayores éxitos de remoción de los contaminantes para los que fue plantada, debido
principalmente a su capacidad de asimilación al medio, resistencia a los hidrocarburos y
remoción de contaminantes de características orgánicas como la DBO5;es así, que se tuvo
presente para el diseño de este humedal artificial, la plantación se realizará con la especie
vegetal Phragmites Australis. Esta especie vegetal se puede conseguir en un invernadero
que esta ubicado al frente de la estación de servicio BIOMAX LAURELES (Km 13 + 700
Vía La Calera / Guasca – Cundinamarca)
El humedal artificial de flujo subsuperficial, tendrá de un medio filtrante de grava media y
fina, para lo cual, de acuerdo a las características típicas de los medios de soporte para los
humedales artificiales de flujo subsuperficial se resalta que para estas condiciones de
granulometría se tiene una porosidad de 40% tal y como se puede evidenciar en la tabla 4.
Tabla 5. Características típicas de los medios de soporte para los humedales artificiales de flujo
subsuperficial
Teniendo presente lo resaltado anteriormente en cuanto a las características preliminares se
refiere, se procede a ejecutar el diseño del humedal artificial de flujo subsuperficial,
mediante la ecuación 1 que se resaltó en el marco teórico (Ley de Darcy)
58
Q = Ks * Ac * s
Para lo cual, se resuelve la ecuación para encontrar el gradiente hidráulico el cual es
necesario más adelante para determinar la velocidad del flujo que pasa por el humedal
artificial.
En esta formula se utiliza la conductividad hidráulica mínima del medio filtrante para
garantizar que el diseño sea realizado con las condiciones más extremas en cuanto a la
permeabilidad del flujo en el sistema poroso se refiere.
S =Q
𝑘𝑠 ∗ 𝐴𝑐 → 𝑆 =
0,42 𝑚3/𝑑
1004 𝑚3
𝑚2 .𝑑 ∗ 0,64 𝑚2
= 6,53 𝐸 - 4
m/m
Donde:
Q = Caudal promedio
Ks = Conductividad hidráulica del medio de soporte usado (m3/m
2/d)
Ac = Área de la sección transversal y perpendicular al flujo (m2)
s = Gradiente hidráulico o pendiente de la superficie del agua en el sistema (m/m)
De esta forma, gracias a el valor encontrado en la formula anterior, se puede determinar la
velocidad a través del área transversal del sistema de tratamiento, esto bajo la siguiente
formula.
v = Ks * s
V = 1004 𝑚3
𝑚2 .𝑑 * 6,53 𝐸 − 4 m/m = 0,653 𝑚/𝑑
V = Velocidad a través del área transversal del sistema de tratamiento
Ks = Conductividad hidráulica del medio de soporte usado (m3/m
2/d)
s = Gradiente hidráulico o pendiente de la superficie del agua en el sistema (m/m)
59
Para determinar el volumen del humedal se consideró un tiempo de retención de 2 días, esto
a raíz de la revisión bibliográfica, donde se resalta que un tiempo optimo para la remoción
de la carga contaminante en un humedal artificial plantado con la especie vegetal
Phragmites Australis, debe estar entre 2 a 5 días. Esto en función de condiciones de
retención optima para los mejores resultados y el contacto que se debe tener del flujo con
las raíces de la especie vegetal. (Romero, 2009)
Resaltando lo anterior, se procedió a determinar el volumen del humedal artificial, para lo
cual se utilizó la formula implementada para hallar el caudal por el método de aforo
volumétrico:
Q = 𝑉 (𝑚3)
𝑡 (𝑑)
Ecuación 4. Determinación del caudal implementando la metodología de aforo volumétrico
Mediante la formula se encontró el valor del volumen contenido en el espacio poroso del
medio filtrante, es decir que se debe contemplar que el resultado se enmarca en un espacio
del 40% que es el que se ha establecido durante la memoria de cálculo.
𝑉 = 𝑄 (𝑚3
𝑑⁄ ) ∗ 𝑡(𝑑) → 0,42 𝑚3
𝑑⁄ ∗ 2 𝑑 = 0,84 𝑚3
𝑉 = 0,84 𝑚3 → 40% 𝑉 = 𝑋 𝑚3 → 100%
𝑉 = 2,1 𝑚3 (Total en todo el sistema sin el material filtrante)
Determinado el volumen total del humedal artificial, se procedió a la identificación de las
dimensiones que este tendrá, para lo cual se estableció por operatividad y consenso con las
partes interesadas, el manejar una relación 2:1 para el sistema de fitorremediación.
A continuación se muestra el cálculo para el área del humedal artificial y posteriormente de
acuerdo a lo resaltado en el párrafo anterior, se procede a dimensionar con la relación
respectiva.
60
𝐴 =V( 𝑚3)
H(m)→
2,1 𝑚3
0,40 𝑚= 5,25 𝑚2
𝐴 = 𝑊(𝑚) ∗ 𝐿(𝑚)
𝐿 = 𝑊 ∗ 2𝑊 (Relación 2:1 planteada)
𝐴 = 2𝑊2
𝑊 = √𝐴
2
2
→ √5,25 𝑚2
2
2
= 1,62 𝑚
𝐿 = 2𝑊 → 3,24 𝑚
Estas son las medidas bajo las cuales se diseñó el sistema de fitorremediación, teniendo
presente que esta memoria de cálculo hace referencia a la estructura del humedal artificial
Como fue resaltado al inicio de esta sección, se contó con la ayuda del Ingeniero Roberto
Nieves de la empresa NIX DE COLOMBIA S.A.S., para dar enfoque al proyecto en lo que
a estructura civil se refiere, así pues, se da un resultado de diseño acorde a la resistencia y
materiales requeridos para este tipo de infraestructura, llevando el diseño no solo al alcance
del dimensionamiento del sistema de tratamiento, sino como valor agregado se tiene en
cuenta los preliminares (excavación), la placa (presión de la placa de contrapiso y refuerzos
de la misma) y mampostería (materiales de la estructura).
De acuerdo a los diseños realizados y plano del humedal artificial, se procedió a realizar
una evaluación de la zona con el Ingeniero Nieves, a fin de conocer las condiciones
anteriormente citadas, para lo cual, resalto a continuación paso a paso las recomendaciones
que este profesional propuso para aterrizar el diseño en los que a estructuras civiles se
refiere.
4.3.2. Preliminares para la construcción del sistema de fitorremediación
De acuerdo a la zona de labores que se tiene, se realizó un estudio con el Ingeniero Roberto
Nieves, para identificar las condiciones bajo las cuales se debe proceder para la
implementación del humedal en el área en cuestión, se manifiesta la necesidad de realizar
61
una excavación de 3.5m de largo por 1.80m de ancho y una profundidad de 2.3m con el fin
de lograr acoplar la salida de la trampa de grasas con la tubería de entrada del sistema de
fitorremediación.
4.3.2.1. Placa
Según lo manifestado por el ingeniero Nieves, para esta actividad se debe tener presente la
fundición de una placa de contrapiso en concreto de 3000 psi, la cual debe tener un refuerzo
parrilla en varilla de 3/8 cada 10 cm en ambos sentidos, esto ayuda a la estabilidad y
resistencia del humedal
4.3.2.2. Mampostería
Para la construcción de la estructura, se debe tener en cuenta una mampostería en bloque de
arcilla Nº 4, igualmente los cerramientos laterales y posteriores para su estabilidad; se debe
realizar un pañete para dar la propiedad de textura lisa a los muros del sistema y se eviten
las fugas de agua desde el humedal al exterior, adicionalmente se hace un refuerzo viga
cinta en concreto reforzado que permite el amarre sobre la mampostería.
4.3.3. Sistema de filtros
Los filtros propuestos para este sistema de fitorremediación, son de características
granulométricas y materiales diferente, esto para proporcionar el paso del flujo de manera
más rápida en algunas zonas, el material filtrante tiene una granulometría que va del orden
de los 16 mm a los 32 mm de referencia.
Adicionalmente a estas características de filtros, se resalta la implementación de un sistema
de filtración de características innovadoras para este tipo de proyectos, donde se emplearon
en un tramo del espacio filtrante, unos residuos plásticos (tapas de botellas) que por sus
características de textura y material, según Sanabria (2009) se puede llegar a generar un
soporte para el crecimiento de las biopelículas y las macrófitas dentro del lecho del
humedal artificial.
62
4.3.4. Operatividad del sistema de tratamiento
El sistema de tratamiento de fitorremediación tendrá como funcionalidad la recepción de
las aguas hidrocarburadas que son tratadas preliminarmente por la trampa de grasas de la
estación de servicio BIOMAX Vía al llano, las cuales a su vez llegan a través de las rejillas
perimetrales de la EDS, estas aguas al ingresar al sistema de fitorremediación, son
distribuidas a este por medio de un sistema de riego que atraviesa todo el ancho de la
estructura, este riego se realizará a una altura de 10 cm por encima del sistema de filtración,
donde el agua deberá ingresa al filtro con granulometría de 32 mm para facilitar su ingreso
y no se genere saturación y/o acumulación del agua, en este tramo, se diseño el sistema con
una barrera superior, que quiere garantizar la retención de las grasas tal y como funcionan
las barreras de la trampa de grasas; posteriormente, pasará por un sistema filtrante de menor
diámetro (16 mm), llegando a un punto donde se tendrá un ascenso del flujo por medio de
unas barreras que dirigen a este al sistema de filtración de plástico, este ascenso es lo que se
considera una operación innovadora, ya que permite que en el sistema de tratamiento, no
solo se evidencie un flujo horizontal, sino que también se puedan obtener las ventajas de un
sistema de flujo vertical, de esta manera, la retención de solidos y aumento del tiempo de
retención provocado por esta desviación aumentará la eficiencia de remoción de parámetros
como la DBO5 y DQO, ya que a mayor tiempo de retención, mayor será la remoción de este
contaminante; para lo cual, posteriormente el agua hidrocarburada tendrá contacto con las
raíces de la especie vegetal plantada Phragmites Australis, la cual se debe plantar a una
distancia de 20 y 30 cm una de la otra (verificar plano de distribución de especies), para
permitir el libre desarrollo de las raíces de esta y que se tenga una cobertura completa
donde el agua tenga contacto en todo el ancho del sistema con el agua a tratar.
Continuando con su paso por el sistema filtrante, se mantiene la granulometría de 16 mm
hasta llegar a un punto cercano de los 0.60 m de la tubería de salida, esto con el fin de
garantizar el mayor contacto del agua con el material filtrante a una velocidad baja con
respecto al tramo final, de esta forma, gracias a la porosidad del medio la cual se puede
observar en la tabla 5, tendremos mas espacio libre para la retención de los solidos
suspendidos, en este espacio resaltado que va al final del sistema de tratamiento (0.60 m),
63
se contempló una granulometría de 32 mm para facilitar la salida del sistema por una
tubería de iguales características a la contemplada al ingreso del sistema de tratamiento,
para lo cual cabe resaltar que esta se localiza en la cota más baja de la estructura.
Para la facilidad en la interpretación de lo resaltado en el párrafo anterior, se puede acudir
al plano final del sistema de fitorremediación que se encuentra en el Anexo 4.
Adicionalmente, a continuación se puede evidenciar un esquema del paso del flujo a través
de todo el sistema, desde el inicio de captación de las aguas hidrocarburadas, hasta el final
del proceso de tratamiento.
Imagen 13. Esquema del flujo a través de todo el sistema de tratamiento (Fuente Autor)
4.4. CAPACITACIÓN (Fase IV)
4.4.1. Capacitación a las partes interesadas
Dentro del diseño del sistema de fitorremediación se contempló la capacitación a las partes
interesadas, esto con el fin de mostrar el proceso que realizará el sistema de tratamiento, las
condiciones de infraestructura, materiales filtrantes y especie vegetal plantada, con el fin de
dar a conocer la funcionalidad del mismo; igualmente con esta capacitación se
64
comprendieron los aspectos relacionados a las recomendaciones operativas en la puesta en
marcha y su operatividad con el tiempo. Dentro de la capacitación a las partes interesadas,
se dio a conocer el manual del sistema de fitorremediación elaborado, el cual se puede
encontrar en el Anexo 5
4.5. ADICIONALES
En el diseño se contemplo la influencia de las aguas lluvias, las cuales pueden ser un factor
determinante del caudal de aporte al sistema de tratamiento, es por tal motivo, que teniendo
presente esta condición, se procede a recomendar la implementación de una estructura
“cubierta”, que no permita la influencia directa de aporte de las aguas lluvias al humedal
artificial, dicho diseño se puede evidenciar en los planos del sistema de fitorremediación.
4.6. ESTADO FINAL DEL PROYECTO
Cabe resaltar que aunque no se encontraba dentro del alcance ni los objetivos de este
proyecto de grado, a continuación me permito dar a conocer el estado final de todo este
estudio, ya que tal y como fue resaltado a lo largo de este documento, se tenia pensado por
parte de la empresa la implementación/construcción del sistema de fitorremediación.
A continuación se puede evidenciar el proceso de construcción y el estado final, se resalta
el estado inicial del área de trabajo, pasando por la excavación del área de donde iba a
quedar el humedal artificial y la fundición de la placa contrachapada de soporte, teniendo
fundida la placa, se construye la mampostería (estructura del humedal artificial), después de
construida la estructura, se realizó el escalonamiento del talud para evitar un derrumbe
sobre la estructura, por ultimo se procede al relleno del humedal, siembra de las especies e
implementación de la cubierta tal y como se puede ver en las imágenes.
65
Imagen 14. Construcción del sistema de Fitorremediación (Fuente Autor)
Imagen 15. Construcción del sistema de Fitorremediación (Fuente Autor)
ESTADO INICIAL DEL ÁREA COMIENZO DE EXCAVACIÓN
EXCAVACIÓN FINAL FUNDICIÓN DE LA PLACA
66
Imagen 16. Construcción del sistema de Fitorremediación (Fuente Autor)
Imagen 17. Estado final del sistema de Fitorremediación (Fuente Autor)
MANPOSTERIA Y TALUD RELLENO DEL HUMEDAL
SISTEMA DE FITORREMEDIACIÓN FINAL
67
5. CONCLUSIONES
Gracias a la investigación cualitativa y cuantitativa bajo la cual se desarrollo este proyecto,
se esperan obtener resultados confiables bajo los cuales se formulo a la empresa BIOMAX
S.A. y el operador de la estación de servicio GNE SOLUCIONES S.A.S, la mejor
alternativa de diseño, ajustado a las condiciones acordadas entre las partes.
Se formuló y diseñó el sistema de fitorremediación para el tratamiento de las aguas
industriales de la estación de servicio BIOMAX Vía al llano, el cual fue fundamentado en
la construcción de un humedal artificial de flujo subsuperficial, esto gracias al estudio
bibliográfico de antecedentes y casos fortuitos en la implementación de estos a nivel
mundial; de esta manera, se diseño con condiciones operacionales innovadoras en cuanto a
su operatividad y materiales filtrantes para la remoción de la carga contaminante, la cual se
espera cumpla con las expectativas de remoción.
Se diseño un sistema de fitorremediación en un humedal de flujo subsuperficial
(horizontal), instalando unas barreras que dirigen el flujo de forma ascendente y
descendente, con un soporte de filtración fundamentado en la implementación de gravas de
granulometrías diferentes, al igual que la implementación de tapas de plástico de botellas,
para lo cual de acuerdo a las características anteriormente resaltadas, le dan una
particularidad de innovación en el diseño, en el cual se esperan resultados de mayor
remoción de la carga contaminante; igualmente, se diseñó como había sido propuesto, con
la especie vegetal Phragmites Australis.
Se llegó a un acuerdo con las partes interesadas (Administrador de EDS y área de
ingeniería), para permitir el diseño del humedal artificial, el cual, de acuerdo a la necesidad
de cumplir con los niveles permisibles exigidos por la resolución 3956 de 2009 (vigente en
el momento del desarrollo del proyecto), se da a conocer por parte de la empresa que se
realizará la implementación de este.
68
Para garantizar una eficiencia en la funcionalidad y operatividad del sistema de
fitorremediación, se deben tener presente lo resaltado en el manual de fitorremediación
(Anexo 5).
Como valor agregado, el cual se encuentra fuera del alcance del proyecto y sus objetivos, se
resalta la importancia de la implementación de este proyecto de investigación en el
momento de ser implementado por la empresa GNE SOLUCIONES S.A.S., a un programa
de la SDA el cual da la oportunidad de obtener una deducción tributaria por inversión en
control y mejoramiento del medio ambiente (articulo 158-2 del estatuto tributario y
reglamentado por el Decreto 3172 de 2003)
El proyecto se logró implementar por parte de la compañía BIOMAX S.A. en la estación de
servicio BIOMAX Vía al llano, este se encuentra funcionando en este momento y se va a
realizar una caracterización para validar la eficiencia de remoción del sistema de
tratamiento.
69
6. RECOMENDACIONES
Es importante que el sistema de tratamiento no se vea afectado por factores ajenos, es decir,
que no se deje verter ningún tipo de fluido que cambie las características propias del agua
hidrocarburada que esta ingresando debidamente por la tubería de conexión de la trampa de
grasas.
Se debe tener presente que los niveles permisibles para el vertimiento al cuerpo de agua son
bastante estrictos, por lo cual, es importante que desde que se esta realizando la operación
de distribución de combustible al consumidor final, no se permita ningún derrame menor o
mayor que pueda llegar a las rejillas y estas a su vez dirijan este flujo a la trampa de grasas,
ya que esta condición de alta carga contaminante puede llegar a saturar el sistema de
fitorremediación, desde su sistema de filtración, hasta las mismas especies vegetales.
Se deben tener presentes las recomendaciones contempladas en el manual del sistema de
fitorremediación de la EDS BIOMAX Vía al llano (Anexo 5), para lo cual resaltó la
importancia de mantener limpias las cámaras de la trampa de grasas y adicionalmente
instalar una malla que permita la retención de solidos de gran tamaño para que no pasen al
humedal artificial.
70
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Reactores de flujo horizontal subsuperficial para el tratamiento de aguas residuales
domésticas e industriales: Teoría y Práctica.
74
8. ANEXOS
ANEXO 1 Plano del sistema de tratamiento existente
PLANO:
TIPO:
ARCHIVO:ESCALA:
DIBUJO:
HF.P.M.
CONTENIDOPROYECTO
DET. TRAMPA VIA AL LLANOINDICADA
BOGOTA D.C.
LOCALIZACIONFECHA:
FEBRERO DE 2.014
FLAVIO PULIDO MARTINEZ.
CALLE 84 SUR # 3 A 41 ESTE
Mat : 25052003 - 4083671
CONVENCIONES:
1.Capa Recebo Compactodo E - 0.40
2.Placa Maciza Conc. Ref. E = 0.25
3.Ladrillo recocido- muros en tabicon
4.Ladrillo recocido- muros sencillo.
5.pega impermeabilizada.
8.Placa superior
9.Registro.
10.Tuberia pvc sanitaria 2".
11.Tuberia sanitaria de 4".
12.Codo sanitario de 4". D.A 1 DE 1
CDR INGENIERIALTDA.
75
ANEXO 2. Informe de monitoreo y caracterización de agua residual industrial EDS BIOMAX vía al
llano
76
ANEXO 3. Tabla de aforo volumétrico realizado a la EDS BIOMAX Vía al llano
Tabla 6. Aforo volumétrico realizado a la última cámara de la trampa de grasas de la EDS BIOMAX
Vía al llano. Fuente (Autor) ** (Observatorio ambiental de Bogotá OAB, 2015)
77
ANEXO 4. Plano final del sistema de tratamiento de fitorremediación
78
ANEXO 5. Manual del sistema de fitorremediación de la EDS BIOMAX Vía al llano