Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2001

Manejo integral de las aguas residuales domésticas del Club Manejo integral de las aguas residuales domésticas del Club

Puerto Peñalisa (Ricaurte - Cundinamarca) Puerto Peñalisa (Ricaurte - Cundinamarca)

Julian Daniel Molano Castillo Universidad de La Salle, Bogotá

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1. MARCO REFERENCIAL

Existe gran cantidad de procesos físico, químicos y biológicos que tienen como fin

mejorar la calidad del agua residual, logrando que este dentro de los parámetros

exigidos por la legislación ambiental existente.

Estos parámetros tienen como objetivo lograr la remoción de DBO, DQO, sólidos

suspendidos, grasas, aceites, metales pesados, tensoactivos, sulfatos y agentes

patógenos. Estos sistemas de tratamiento se clasifican generalmente en:

Tratamiento Primario, Tratamiento Secundario y Tratamiento Terciario.

1.1 TRATAMIENTO PRIMARIO

Busca eliminar sustancias indeseables del agua como sólidos

suspendidos, arenas y grasas. Se conforman por desbaste, desarenado,

desengrase y decantación primaria.

1.1.1 Desbaste. La primera operación unitaria que tiene lugar en las plantas de

tratamiento es la operación de desbaste. Una rejilla es un elemento con

aberturas, generalmente de tamaño uniforme, que se utiliza para retener los

sólidos existentes en el agua residual.

Los elementos separadores pueden estar constituidos por barras, alambres

o varillas paralelas, rejillas, telas metálicas o placas perforadoras, y las

aperturas pueden ser de cualquier forma, aunque normalmente suelen ser

ranuras regulares u orificios circulares.

1.1.2 Desarenado. La eliminación de arenas se puede llevar a cabo en

desarenadores o mediante la centrifugación. Los desarenadores se

proyectan para separar arenas, término que engloba a las arenas

propiamente dichas, la grava, cenizas y cualquier otro material cuya

velocidad de sedimentación o peso específico sea considerablemente

superior al de los sólidos putrescibles presentes en el agua. Básicamente

consisten en canales de concreto instalados para proteger los elementos

mecánicos móviles del desgaste producido por la fricción de la arena.

También reducen la formación de depósitos pesados en el interior de las

tuberías, canales y conducciones, y reduce la frecuencia en la limpieza de

los digestores, provocada por la excesiva acumulación de arenas.

Remueve partículas con peso específico mayor de 2,65 y de diámetros

entre 5µ y 4 cm, gracias a ala fuerza de gravedad.

1.1.3 Trampa de grasas. Son estructuras empleadas para separar aceites y

grasas de las aguas residuales. Las trampas de grasa utilizan el principio

de flotación que se presenta debido a que los aceites y grasa tiene menor

peso específico que el agua.

1.2 TRATAMIENTO SECUNDARIO

Son los encargados de degradar la materia orgánica mediante procesos

biológicos, utilizan grupos específicos de microorganismos.

1.2.1 Reactor de lodos activados. Un reactor de lodos activados es un tanque

al que entra un flujo continuo de aguas residuales. Este tiene como objetivo

principal, transformar la materia orgánica en tejido celular por medio de la

oxidación biológica, para lo cual es indispensable la existencia de

condiciones aeróbicas, poner en contacto el lodo activado que tiene una

alta contaminación microbiana con el agua residual. De esta manera se

logra acelerar el crecimiento de la biomasa bacterial que metaboliza la

materia orgánica, estimulando el crecimiento de una nueva biomasa

bacterial, consiguiendo así remover la materia orgánica que trae el desecho

líquido.

1.2.1.1 Funcionamiento. El residuo orgánico es introducido en un reactor, donde

se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión. El contenido del

reactor se conoce con el nombre de líquido mezcla. El ambiente aerobio en

el reactor se consigue mediante el uso de difusores o de aireadores

mecánicos, que también sirven para mantener el líquido en estado de

mezcla completa, al cabo de un periodo determinado de tiempo, la mezcla

de las nuevas células con las viejas se conduce hasta un tanque de

sedimentación para su separación del agua residual tratada. Una parte de

las células sedimentadas se recircula, para mantener en el reactor la

concentración de células deseadas, mientras que la otra parte se purga del

sistema. La fracción purgada corresponde al crecimiento del tejido celular,

asociado a un agua residual determinada. El nivel al que se debe mantener

la masa biológica depende de la eficacia empleada en el tratamiento y de

otras consideraciones relacionadas con la cinética del crecimiento.

1.2.1.2 Microbiología del Proceso. Para proyectar un sistema de fangos

activados correctamente y con las debidas garantías de buen

funcionamiento, es necesario comprender la importancia de

microorganismos dentro del sistema. En el proceso de lodos activados las

bacterias son los microorganismos más importantes, ya que son las que

realizan la descomposición de materia orgánica del afluente. En el reactor o

tanque den aireación, las bacterias aerobias o facultativas utilizan parte de

la materia orgánica del agua residual con el fin de obtener energía para la

síntesis del resto de la materia orgánica en forma de células nuevas. En

general las bacterias que intervienen en el proceso de lodos activados

incluyen los géneros Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter,

Flavobacterium, Nocardia, Bdellvidrio, Mycobacterium, Nitrosomas y

Nitrobacter. Otros microorganismos son igualmente importantes en el

sistema de lodos activados, como por ejemplo los Protozoos y Rotíferos.

Los Protozoos consumen las bacterias dispersas que no han floculado y los

Rotíferos consumen cualquier partícula pequeña que no haya sedimentado.

1.2.1.3 Eficiencia. En los reactores de lodos activados se pueden lograr

eficiencias entre el 80 y el 90% en la remoción de DBO y 80 % en remoción

de sólidos en suspensión, sus desventajas radican en que tienen un

requerimiento de energía alto y su ventaja es que elimina los

microorganismos causantes de enfermedades además de aceptar

variaciones en el caudal.

1.2.1.4 Clasificación de los reactores de lodos activados. Los reactores de

lodos activados se clasifican dependiendo de la carga volúmica, que es la

capacidad de asimilar la carga orgánica por unidad de volumen, por esta

razón se dividen en reactores de carga baja, reactores de carga media y

reactores de carga alta.

! REACTORES DE CARGA BAJA. Al utilizar un sistema de carga baja se

deben fabricar tanques de aireación muy grandes, por consiguiente la

potencia de aireación es muy alta. Tiene la ventaja de que la producción de

lodos baja, debido a que los microorganismos trabajan en fase endógena y

degrada mucho mas la materia orgánica, tienen una eficiencia del 95 �

98%, soportan sobrecarga y los lodos se estabilizan. La carga volúmica en

estos reactores será siempre menor a 0.4 Kg DBO5 / m3 día.

! REACTORES DE CARGA MEDIA. Son los mas utilizados ya que su

producción de lodos y el volumen del tanque equivalen al termino medio

entre los de carga baja y los de carga alta. En este tipo de reactores la

carga volúmica oscila entre 0.4 � 1 Kg DBO5 / m3 día.

! REACTORES DE CARGA ALTA. El volumen del tanque de aireación es

muy pequeño razón por la cual su requerimiento de oxigeno es muy bajo

pero tienen el gran inconveniente de que produce grandes cantidades de

lodo, debido a que hay muchos microorganismos en un espacio reducido.

Tiene una eficiencia del 80 %, no recibe sobrecargas y los gastos son

reducidos debido a su tamaño. Hay que hacer tratamiento al lodo.

1.2.2 Filtros biológicos. Se define como una estructura que se rellena con un

medio que deja fluir el agua y en el que se desarrolla una película de

población bacterial, sobre la cual se suministra el agua residual en forma

pulverizada; logrando de esta forma que el agua pase a traves del filtro y

este en contacto continuo con los microorganismos aeróbicos que se

encargan de degradar la materia orgánica. Son estructuras de concreto o

ladrillo que anteriormente se rellenaban principalmente con piedras.

Actualmente se están sustituyendo las piedras por módulos corrugados de

material sintético muy permeable (relleno plástico de flujo vertical), que

tiene la ventaja de ser mas ligero y contar con una superficie de contacto

mucho mayor, logrando así, mejores resultados en el momento de tratar el

agua. Cuando se utilizan lechos o rellenos de esto tipo, los filtros biológicos

pueden ser de diferentes formas, y además, tener alturas que oscilan entre

6 y 12 metros.

1.2.2.1 Desarrollo de la película. Como el agua fluye por el filtro continuamente,

se crea una película biológica en cuyas capas externas (0.1 a 0.2 mm) se

produce un ambiente aeróbico, debido a que el aire asciende por el filtro

obligado por los gradientes de temperatura existentes entre la temperatura

del aire en el lecho y la temperatura exterior. Como los microorganismos

van aumentando su espesor, entonces la película también va incrementado

su tamaño y la materia orgánica es degrada antes de que llegue a las

bacterias que se encuentran adheridas sobre la superficie del relleno. Al no

lograr conseguir materia orgánica ni oxigeno, las bacterias entran en fase

de crecimiento endógena o de muerte, en la cual pierden la capacidad de

adherirse al medio; por esta razón el liquido que fluye por el medio arrastra

la película biológica que se encuentra en esta fase y se inicia el crecimiento

de una nueva capa o película biológica.

1.2.2.2 Microorganismos de la película. Los microorganismos que se

encuentran en la película dependen del tipo de agua que se esta tratando,

pero por lo general la película es un sistema micro-ecológico de bacterias,

hongos y protozoarios. En la mayoría de los filtros biológicos se pueden

encontrar con mayor frecuencia bacterias de los géneros Beggiatoa Alba,

Sphaerotilus, Natans, Achromobacter, Alcalígenes, Flavobacterium,

Pseudomonas y Zooglea ramigera.

1.2.2.3 Eficiencia. La remoción en los filtros biológicos puede llegar a ser del 75%

al 90 % de la DBO5 y del 70 al 90 % de sólidos en suspensión, logrando de

esta manera obtener efluentes finales con concentraciones no superiores a

los 30 mg/lt de DBO5 y SS.

1.2.2.4 Clasificación de los filtros biológicos. Se clasifican según la carga

hidráulica que reciben en: filtro de carga media y alta y filtros de muy alta

carga.

! FILTROS DE MUY ALTA CARGA. Trabajan a altas cargas orgánicas e

hidráulicas. Las principales diferencias de los filtros de muy alta carga y

los filtros de alta carga radican en las mayores cargas hidráulicas y la

mayor profundidad. El aumento de la profundidad se hace posible por el

empleo de medios mas ligeros de plástico.

! FILTROS DE CARGA MEDIA Y ALTA. Son construidos con relleno

sintético corrugado que permite la formación de la película biológica. Se

pueden aplicar mayores cargas orgánicas, ya que utilizan la

recirculación para diluir la concentración del agua residual que llega al

filtro. El funcionamiento es igual a los de carga baja, pero se reducen un

poco los malos olores y los insectos.

! FILTROS DE BAJA CARGA. Son estructuras pequeñas, generalmente

de piedra o escoria, con alturas entre 1.8 y 2.4 metros. En estas

estructuras, si las condiciones climáticas son buenas y las

características del agua residual son constantes, se logra una buena

remoción de la DBO5 .

1.2.3 Lagunas aireadas. Una laguna aireada es un depósito en el que el agua

residual se trata en la modalidad de flujo continuo sin o con recirculación se

sólidos. La principal función de este proceso es la conversión de la materia

orgánica. Normalmente se suele aportar oxígeno con aireadores

superficiales o con sistemas de difusión de aire. Al igual que en otros

sistemas de cultivo en suspensión, la turbulencia creada por los sistemas

de aireación se utiliza para mantener en suspensión del contenido del

depósito. Dependiendo del tiempo de retención el efluente de una laguna

aireada puede contener entre 1/3 y la mitad de DBO5 afluente, en forma de

tejido celular. La mayor parte de estos sólidos se debe eliminar por

decantación antes de la descarga del efluente.

1.2.4 Sedimentación. Consiste en la separación, por la acción de la gravedad,

de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del

agua. Es una de la operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento

de las aguas residuales. Los términos sedimentación y decantación se

utilizan indistintamente. Esta operación se emplea para la eliminación de

arenas, de la materia en suspensión en floculo biológico de los

decantadores secundarios en los procesos de fango activado, tanques de

decantación primaria, de los floculos químicos cuando se emplea

coagulación química y para la concentración de sólidos en los espesadores

de fango. En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención

de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango

cuya concentración de sólidos permita su fácil tratamiento y manejo. En

función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las

partículas se pueden producir cuatro tipos de sedimentación:

! DISCRETA. Se refiere a la sedimentación de partículas en una

suspensión con baja concentración de sólidos.

! FLOCULENTA. Se refiere a una suspensión bastante diluida de

partículas que se agregan durante el proceso de sedimentación.

! RETARDADA. Se refiere a suspensiones de concentración intermedia,

en las que las fuerzas entre partículas son suficientes para entorpecer la

sedimentación de la partículas vecinas.

! COMPRESIÓN. Se refiere a la sedimentación en la que las partículas

están concentradas de tal manera que se forma una estructura y la

sedimentación solo puede tener lugar como consecuencia de la

compresión de esta estructura.

1.3 TRATAMIENTO TERCIARIO

Son destinados a mejorar el efluente de los tratamientos precedentes,

optimizando la calidad del agua, en otras palabras obtener calidades de

purificación mas elevadas utilizando procesos fisicoquímicos, biológicos y

algunos elementos orgánicos e inorgánicos. Entre ellos se tiene el filtro de

arena y el filtro de carbón.

1.4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL VERTIMIENTO

Las características físicas mas importantes del agua residual son el

contenido total de sólidos, término que engloba la materia en suspensión, la

materia sedimentable, el olor, la temperatura y el color.

1.4.1 Sólidos totales. Analíticamente se define el contenido de sólidos totales

como la materia que se obtiene como residuo después de someter al agua

a un proceso de evaporación entre 103 y 105 ºC.

! Sólidos sedimentables: son aquellos presentes en el agua que se

sedimentan en el transcurso de un tiempo determinado para su posterior

remoción.

! Sólidos disueltos: están compuestos de moléculas orgánicas e

inorgánicas e iones en disolución en el agua. Requieren tratamientos

especiales para su remoción, sus tamaños son menores a 1.2

micrómetros (µm).

! Sólidos suspendidos: son los sólidos no disueltos en el agua, por lo

general sus tamaños suelen ser mayores a 1.2 micrómetros (µm).

1.4.2 Olor. Los olores son debidos a los gases liberados durante el proceso de

descomposición de la materia orgánica, este es un parámetro de gran

importancia debido a que la opinión pública esta muy reacia a la instalación

de redes de alcantarillado, plantas de tratamiento y sistemas de evacuación

de aguas residuales por el temor al desarrollo potencial de olores.

Tabla 1. Compuestos olorosos asociados al agua residual.COMPUESTOS

OLOROSOSFORMULA QUÍMICA CALIDAD DEL OLOR

Aminas CH3NH2, (CH3)3H A pesadoAmoniaco NH3 AmoniacalDiaminas NH2(CH2)4NH2, NH2(CH2)5 NH2 Carne descompuestaSulfuro de Hidrógeno H2S Huevos podridosMercaptanos (p.e butilo yetilo)

CH3SH, CH3(CH2)SH Coles descompuestas

Mercaptanos (p.e butilo ycrotilo)

(CH3 )3 CSH, CH3(CH2)3SH Mofeta

Sulfuros Orgánicos (CH3)2S, (C6H5)2S Coles podridasEskatol C9H9N Materia fecalFuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw � Hill.1995.

1.4.3 Temperatura. La temperatura del agua residual suele ser siempre mas

elevada que la del agua de suministro, debido a la gran cantidad de

reacciones químicas que se llevan a cabo. La temperatura del agua es el

parámetro mas importante debido a la influencia sobre la vida acuática.

1.4.4 Color. El agua residual suele tener un color grisáceo sin embargo, al

aumentar el tiempo de transporte en las redes de alcantarillado y al

desarrollarse condiciones mas próximas a las anaerobias, el color del agua

cambia de gris a gris oscuro y posteriormente a negro.

Tabla 2. Propiedades físicas de los vertimientos.PROPIEDADES FÍSICAS

CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIACOLOR Aguas residuales domésticas e industriales, degradación

natural de materia orgánica.OLOR Agua residual en descomposición, residuos industriales.

SÓLIDOS Agua de suministro, aguas residuales domésticas eindustriales, erosión del suelo, infiltración y conexionesincontroladas.

TEMPERATURA Aguas residuales domésticas e industriales.Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw � Hill.1995.

1.5 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL VERTIMIENTO

Las características mas importantes del agua residual son: materia

orgánica, Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), Demanda Química de

Oxígeno (DQO), pH y grasa.

1.5.1 Materia orgánica. Esta compuesta principalmente por proteínas,

carbohidratos y grasas animales. La materia orgánica biodegradable se

mide en la mayoría de las ocasiones en función de la Demanda Bioquímica

de Oxígeno (DBO5) y de la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Si se

descargan al entorno sin tratar, su estabilización biológica puede llevar al

agotamiento de los recursos naturales de oxigeno y al desarrollo de

condiciones sépticas.

1.5.2 Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): el parámetro de contaminación

orgánica mas ampliamente empleado, aplicable tanto a aguas residuales

como a aguas superficiales es la DBO a cinco (5) días (DBO5), la

determinación del mismo esta relacionada con la medición del oxigeno

disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación

bioquímica de la materia orgánica. Los resultados en los ensayos de DBO5

son muy importantes y se emplean para:

! Determinar la cantidad aproximada de oxigeno que se requerirá para

estabilizar biológicamente la materia orgánica presente.

! Dimensionar las instalaciones de tratamiento de aguas residuales.

! Medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento.

! Controlar el cumplimiento de las limitaciones a que están sujetos los

vertidos.

1.5.3 Demanda Química de Oxígeno (DQO): el ensayo de DQO se emplea para

medir el contenido de materia orgánica tanto en las aguas naturales como

en las residuales. En el ensayo se emplea un agente químico fuertemente

oxidante en medio ácido para la determinación del equivalente de oxígeno

de la materia orgánica que pueda oxidarse. El ensayo de la DQO también

se emplea para la medición de la materia orgánica presente en aguas

residuales tanto industriales como municipales que contengan compuestos

tóxicos para la vida biológica. La DQO de un agua residual suele ser mayor

que su correspondiente DBO5, siendo esto debido al mayor número de

compuestos cuya oxidación tiene lugar por vía química, frente a los que se

oxidan por vía biológica.

1.5.4 pH. La concentración de ion hidrógeno es un parámetro de calidad de gran

importancia tanto para el caso de aguas naturales como residuales. El

intervalo de concentración adecuado para la adecuada proliferación y

desarrollo de la mayor parte de la vida biológica es bastante estrecho y

crítico. El agua residual con concentraciones de ion hidrógeno inadecuadas

presenta dificultades de tratamiento con procesos biológicos, y el efluente

puede modificar la concentración de ion hidrógeno en las aguas naturales si

esta no se modifica antes de la evacuación de las aguas residuales.

1.5.5 Grasas. El termino grasa, de uso extendido engloba las grasas animales,

aceites, ceras y otros constituyentes presentes en las aguas residuales. El

contenido de grasa se determina al tratar la muestra con

triclorotrifluoroetano, debido a que la grasa es soluble en el. Las grasas se

hayan entre los compuestos orgánicos de mayor estabilidad y su

descomposición por acción bacteriana no resulta sencilla.

Tabla 3. Constituyentes químicos orgánicos.CONSTITUYENTES QUÍMICOS ORGÁNICOS

CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIACarbohidratos Aguas residuales domesticas, industriales y comercialesGrasas animales,aceites y grasa

Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales

Pesticidas Residuos agrícolasFenoles Vertidos industrialesProteínas Aguas residuales domesticas, industriales y comercialesContaminantesprioritarios

Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales

Agentes tensoactivos Aguas residuales domesticas, industriales y comercialesCompuestos orgánicosvolátiles

Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales

Otros Degradación natural de materia orgánicaFuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw� Hill. 1995.

Tabla 4. Constituyentes químicos inorgánicos.CONSTITUYENTES QUÍMICOS INORGÁNICOS

CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIAAlcalinidad Aguas residuales domesticas, agua de suministro,

infiltración de agua subterránea.Cloruros Aguas residuales domesticas, agua de suministro,

infiltración de agua subterránea.Metales pesados Vertidos industrialesNitrógeno Residuos agrícolas y aguas residuales domesticaspH Aguas residuales domesticas, industriales y comercialesFósforo Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales;

aguas de escorrentíaContaminantesprioritarios

Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales

Azufre Agua de suministro, aguas residuales domesticas,industriales y comerciales

Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw� Hill. 1995.

Tabla 5. Constituyentes químicos gases.CONSTITUYENTES QUÍMICOS GASES

CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIASulfuro de hidrógeno Descomposición de residuos domésticosMetano Descomposición de residuos domésticosOxigeno Agua de suministro; infiltración de agua superficialFuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw� Hill. 1995.

1.6 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS DEL VERTIMIENTO

El ingeniero ambiental debe tener un conocimiento de las características

biológicas de las aguas residuales, así como de los principales grupos de

microorganismos biológicos presentes tanto en aguas residuales como

superficiales.

1.6.1 Microorganismos. Los principales grupos de microorganismos presentes

tanto en aguas residuales como superficiales se clasifican en organismos

eucariotas, eubacterias y arqueobacterias.

Tabla 6. Clasificación de los microorganismosGRUPO ESTRUCTURA

CELULARCARACTERIZACIÓN MIEMBROS

REPRESENTATIVOSEucariotas Eucariotaa Multicelular con gran

diferencia de lascélulas y el tejido.

Unicelular ocoenocítica omicelial; con escasao nula diferencia detejidos.

Plantas (plantas desemilla, musgo,helechos). Animales(vertebrados einvertebrados)

Protistas (algas,hongos y protozoos)

Eucariotas Procariotab Química celularparecida a laseucariotas

La mayoría de lasbacterias

Arqueobacterias Procariotab Química celulardistintiva

Metanógenos,halófilos ytermacidófolos.

a Contiene un núcleo definidob No contiene membrana nuclearFuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw� Hill. 1995.

! BACTERIAS: Desempeñan un papel importante dentro de los procesos

de estabilización y descomposición de la materia orgánica, en los

procesos naturales y en las plantas de tratamiento.

! HONGOS: Los hongos junto a las bacterias son los principales

responsables de la descomposición del carbono en la biosfera. Los

hongos pueden desarrollarse en zonas de baja humedad y pH bajo. Sin

la colaboración de los hongos en el proceso de la degradación de la

materia orgánica, el ciclo de carbono se interrumpiría en poco tiempo y

la materia orgánica empezaría a acumularse.

! PATÓGENOS: Los organismos patógenos que se encuentran en las

aguas residuales pueden proceder de desechos humanos que están

infectados o que sean portadores de una determinada enfermedad.

Debido a la alta infecciosidad de estos organismos, pueden ocasionar la

muerte cuando no se lleven a cabo los diferentes procesos sanitarios.

2. CLUB PUERTO PEÑALISA

2.1 RESEÑA HISTORICA

Con el nombre de Peñalisa se forma la población de Ricaurte en 1853, bajo

los auspicios del hacendado don Fernando Nieto.

Por Decreto del 4 de diciembre de 1857 de la Asamblea Estatal de

Cundinamarca se estableció: �La aldea que con el nombre de Peñalisa se

mando a crear por la Ley 14 del presente año (1857), sobre la división del

estado se denominará Ricaurte�.

En la conformación de lo que es hoy el municipio de Ricaurte se ha pasado

por varias decisiones políticas desde mediados del siglo XX, primero su

doblamiento por tribus indígenas hasta la conformación de Peñalisa en

1857 y su posterior importancia como centro de actividades económicas y

comerciales alrededor del río Magdalena.

2.2 COMPONENTE FÍSICO

2.2.1 Ubicación. El municipio de Ricaurte se ubica en la vertiente suroccidental

de la cordillera oriental, en la región del Sumapaz (Departamento de

Cundinamarca).

2.2.2 Localización geográfica. El municipio de Ricaurte esta ubica a los 4° 17'

20" de latitud Norte y a los 74° 47' 20'' de longitud Oeste.

Limita por el norte con el municipio de agua de Dios, por el sur con los ríos

Magdalena y Sumapaz, por el occidente con el río Bogotá y Girardot y por

el oriente con Nilo.

Se encuentra a 142 kilómetros de la ciudad de Bogotá y a 2 kilómetros de la

troncal.

2.2.3 Climatología. El municipio posee una temperatura media de 27°C y una

altura sobre el nivel del mar de 284 metros. La precipitación promedio anual

es de 900 mm con una intensidad lumínica de 11 horas día y una humedad

relativa del 76%.

El clima en este sector es un factor limitante, ya que impide el surgimiento

de vegetación y en muchos casos, el mantenimiento de una cobertura

vegetal permanente. La escasa precipitación pluvial, la distribución irregular

de las lluvias, las estaciones prolongadas de sequía y la intensa radiación

solar son los factores climáticos de mayor influencia. Por otra parte la

agresividad de los aguaceros y la escasa protección de las geoformas de

colinas, contribuyen al desprendimiento y arrastre de los materiales de

suelo y sedimentos de la cuenca.

2.2.3.1 Temperatura. Las variaciones de temperatura son evaluadas por la

estación Argelia. Dicha estación reporta una temperatura promedio mensual

en el municipio que varia entre 26.7 y 29.3°C. Siendo el mes de agosto el

más caluroso del año y el mes de noviembre el que presenta temperaturas

mas bajas. (Ver figura 1).

TEMPERATURA PROMEDIO ANUAL

24

25

26

27

28

29

30

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

MESES

TEM

PER

ATU

RA

(ºC

)

Figura 1. Grafica. Temperatura promedio anual.

2.2.3.2 Precipitación. Los registros de precipitación obtenidos de la estación

Argelia, muestran que existen durante el año dos periodos de verano

intercalados con dos periodos de lluvia. Los periodos con mayor

precipitación son de Febrero a Mayo y de Agosto a Septiembre.

También indica que el menor índice de precipitación se presenta en el

periodo de Julio a Agosto.

La precipitación máxima anual que se presenta es de 1146 mm y una

mínima anual de 8.2 mm. (Ver figura 2).

PRECIPITACIÓN PROMEDIO ANUAL

020406080

100120140160

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

MESES

PREC

IPIT

AC

IÓN

Figura 2. Grafica. Precipitación promedio anual.

2.2.3.3 Evaporación. Los datos registrados por la estación metereológica de

evaporación indican que se presenta menor evaporación en los meses de

Mayo y Octubre; y los meses de Julio, Diciembre y Febrero son los que

presentan mayor evaporación.

La máxima evaporación mensual presentada es en el mes de julio con 110

mm y la mínima es en el mes de Mayo con 75 mm.

2.2.3.4 Humedad Relativa. Según los dado de la estación Argelia, los meses de

Abril y Mayo presentan el mayor porcentaje de humedad relativa con un

79% y el menor en Agosto con un 46%. Presenta un promedio anual de

72%.

HUMEDAD RELATIVA ANUAL

01020304050607080

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

MESES

HUM

EDAD

Figura 3. Grafica. Humedad relativa anual.

2.2.3.5 Velocidad del viento. La velocidad del viento promedio mensual varia

entre 2.3 y 2.9 m/s con una dirección predominante del este durante el

mayor tiempo del año.

2.2.4 Hidrografía. La red hidrográfica del municipio está conformada por las

cuencas de los ríos Magdalena, Sumapaz y Bogotá, que lo limitan por los

costados sur, suroriental y occidental respectivamente. El sector del río

Magdalena correspondiente al municipio de Ricaurte representa una

longitud de rivera de aproximadamente 3.7 kilómetros, constituyendo una

importante opción para el transporte, turismo y como fuente de trabajo para

la población (areneras, pesca, etc.). La cuenca del Magdalena recibe las

aguas del Sumapaz en la vereda "El Paso", donde desemboca. A su vez la

cuenca del río Sumapaz recoge las aguas del río Paguey, que conforma el

costado oriental del municipio, el río Paguey recibe las aguas de la

quebrada Malachí y Pitalá de una serie de drenajes invernales, llamados

zanjas, del costado oriental del cerro San Alberto.

La cuenca del río Bogotá recibe las aguas de la quebrada Paliera que

atraviesa el municipio de oriente a occidente y recibe las aguas de varias

pequeñas quebradas tales como La Salada, La Dulce, La del Salado y de

algunos zanjones invernales.

2.2.5 Geología.

2.2.5.1 Geología estructural regional: La zona de estudio está ubicada en una

región donde ocurrieron fenómenos tectónicos que originaron los diferentes

pliegues y fallas.

Pliegues:

! Anticlinal Palermo: Es un pliegue pequeño ubicado al NW de la

población de Agua de Dios y cerca al rió Bogotá, tiene un rumbo NE -

SW, es asimétrico, está conformado por la formación Santa Teresa y

Honda.

! Cordillera Agua de Dios: Es una estructura ubicada al sur de Agua de

Dios, tiene un rumbo general NE - SW, es originado por la falla

geológica Magdalena, Prado, Suárez y afecta las rocas cretácicas del

grupo Guadalupe.

Fallas: Como resultado de la deformación compresiva, aparte del desarrollo

de los plegamientos que determinan el comportamiento geomorfológico, se

reconocen algunas fallas regionales que originas estructuras considerables

en el relieve. Entre ellas se encuentran:

! Falla del Río Bogotá: Se encuentra entre Girardot y Tocaima, seguida

aproximadamente el curso del río, se extiende desde el río Cucuama

(Tolima) hasta Tocaima. Afecta toda la secuencia sedimentaría de

Girardot y es responsable de la flexión hacia el sur del río Magdalena.

! Falla Magdalena: De tipo inverso con su plano de falla buzando hacia el

suroeste, es responsable del afloramiento de la roca del cretáceo (grupo

Guadalupe) en la cordillera de agua de Dios.

La región en la cual se encuentra Ricaurte y Girardot fue sometida a

esfuerzos tectónicos compresivos (Orogenia Andina), los cuales produjeron

accidentes topográficos mayores como el anticlinal de Alonso Vera y la

cordillera de Agua de Dios.

2.2.5.2 Geomorfología regional: La región está delimitada por cadenas

montañosas altas y abruptas, las laderas son planas homogéneas de gran

extensión con inclinaciones de 30 a 80° en donde se desarrollan quebradas

y sistemas de escorrentía poco profundos. Los sistemas montañosos

conforman una "U" con el vértice hacia Tocaima y entre estas se desarrolla

parte del río Bogotá que tiene un relieve bajo parcialmente aterrazado.

2.2.5.3 Estratigrafía.

! MESOZOICO: Grupo Guadalupe: Esta unidad aflora en el área de

Cerro Negro en el norte del municipio de Ricaurte entre Girardot y

Melgar, está constituida principalmente por areniscas inter

estratificadas.

! CENOZOICO:

" Terciario Indiferenciado: Esta unidad aflora en el cerro Loma

Gorda, en la rivera izquierda del río Bogotá, está formado por un

conglomerado basal con clastos angulares de Chert blanco

grisáceo y cuarzo.

" Formación Onda: Esta forma aflora conformando la estructura

sinclinal Agua de Dios - Tocaima y la superficie inclinada de la

margen izquierda del río Bogotá. Está compuesto básicamente

por una arenisca verdosa, rocas ígneas intrusivas y rocas

volcánicas.

! CUATERNARIO:

" Depósito De Terraza (Qt): Unidades sedimentarias ampliamente

desarrolladas en las partes bajas de los ríos Bogotá y Magdalena.

Están constituidas por gravas y arenas.

" Depósito de Abanico (Qa): Unidades sedimentarias no

estratificadas cuyo ambiente es de régimen torrencial, está

situada al final de los cauces de drenaje de montaña

denominados zanjas.

" Depósito de Aluvión reciente: Son unidades sedimentarias no

estratificadas en zona de inundación y a lo largo de los cauces de

ríos y quebradas presentes en la zona. En su formación

predominan las gravas, arenas y localmente por material limo-

arcilloso

2.2.6 Aspectos bióticos.

2.2.6.1 Flora: El área ha sido muy alterada por la acción antropogenia

especialmente deforestación por quemas, extracción de maderas, leñateo y

de grabación del suelo por sobre pastoreo de ganado bovino y practicas

culturales mecanizadas. Con la parte llana de la región se encuentran

algunos bosque riparios o de galería en sucesión secundaria que sigue en

los cursos en las quebradas permanentemente o de los drenajes o zanjas

de invierno, destacándose el de Vichanima o también llamado humedal "El

Yulo". En la parte alta de la vereda callejón aun existe un bosque

secundario con características más húmedas que probablemente sea parte

de un bosque transicional, entre el bosque seco tropical (Bs - T) hacia el

bosque más húmedo con las laderas de la cordillera o bosque húmedo

premontano ( Bh - Pm).

De acuerdo con la fisonomía y estructura de la vegetación presente de la

región se diferencian 5 clases: Vegetación Arbórea y Arbustiva, Rastrojo,

Pastos Naturales asociados con arbustos y rastrojos, Vegetación Mixta y

Vegetación Herbáceo transitoria de carácter general (Cultivos de Sorgo y

Algodón).

2.2.6.2 Fauna: Por su estratégica situación el municipio de Ricaurte es un paso

obligado para muchas especies provenientes de las selvas tropicales del

Magdalena medio, el río mismo constituye un corredor natural de

movimientos migratorios de especies. Posee 105 especies de aves entre

las que se encuentran el canario silvestre, el turpial y la golondrina. Entre

los mamíferos tenemos el Zorro y el Conejo Sabanero. Se encuentran

también gran número de reptiles como Caimanes, Babillas Tortugas y

Serpientes.

2.3 COMPONENTE SOCIO ECONÓMICO

La información que se muestra a continuación es una recopilación de visitas

realizadas a las diferentes empresas gubernamentales y privadas que

prestan servicios al Club en los diferentes aspectos.

2.3.1 Servicios públicos.

2.3.1.1 Acueducto. El Club Puerto Peñalisa cuenta con su propia planta de

tratamiento la cual tiene como fuente de suministro el río Sumapaz, es

manejada por la Promotora. En cuanto a la cobertura alcanza el 100% de

eficacia de las redes instaladas.

2.3.1.2 Acueducto. Existen dos tipos de alcantarillado: el alcantarillado sanitario,

encargado de recoger las aguas negras con diámetros que oscilan entre

seis y dieciséis pulgadas (10 � 16�) y el alcantarillado pluvial encargado de

la recolección de las aguas lluvias y escorrentía que posee diámetros entre

diez y treinta y seis pulgadas (10 � 36�).

2.3.1.3 Energía eléctrica. El fluido eléctrico es suministrado por la Electrificadora

de Cundinamarca a través de la Interconexión Eléctrica Nacional y el

manejo, mantenimiento y distribución por la Electrificadora de Girardot.

2.3.1.4 Aseo público. La recolección de basuras se realiza tres veces por

semana por la empresa LOHER (Loaiza Hernández). Los desechos

provenientes de la poda son utilizados de dos maneras: una parte la utiliza

el Club (producción de humus) y la otra se entrega a fincas aledañas al

Club.

2.3.1.5 Comunicaciones. Se encuentra a cargo de la empresa TRUNKING S.A la

cual presta su servicio a través de las redes de TELECOM para todo el

Club.

2.4 DIAGNÓSTICO DEL ESTADO ACTUAL DEL CLUB PUERTO PEÑALISA

EN CUANTO AL MANEJO DE LAS AGUAS RESIDUALES.

El Club Puerto Peñalisa cuenta con un sistema de recolección de aguas

negras procedentes de zonas residenciales, administrativas y comerciales.

El alcantarillado sanitario se encarga de la recolección de las aguas negras

en cada uno de los conjuntos o condominios, en los que se encuentra

dividido el Club Puerto Peñalisa, para posteriormente conducirlos a

tanques sépticos y vertirlos al río Sumapaz.

Debido a que el Club Puerto Peñalisa se encuentra rodeado casi en su

totalidad por el río Sumapaz, se hizo factible la recolección de las aguas

negras por cada conjunto y así no solo tener un punto de vertimiento, sino

contar con varios puntos de vertimiento a lo largo del río.

Existe el problema que dos de los puntos de vertimiento se encuentran

metros arriba de la bocatoma del acueducto, el cual capta el agua del río

Sumapaz, contaminada ya por la explotación agrícola de la región y

además con sus propias aguas negras.

El punto de vertimiento numero uno (1), recibe las aguas negras recogidas

por el alcantarillado sanitario de los conjuntos: Fenicia, Hawai, Ibiza, Jerez y

Kingston, las cuales son conducidas a cuatro (4) pozos sépticos y

posteriormente vertidos al río Sumapaz.

El punto de vertimiento numero dos (2), recibe las aguas negras recogidas

por el alcantarillado sanitario de los conjuntos: Fenicia, Figueira, Delfos,

Efeso y Gibraltar, las cuales son conducidas a cuatro (4) pozos sépticos y

posteriormente vertidos al río Sumapaz.

El punto de vertimiento numero tres (3), se encuentra metros debajo de la

bocatoma del acueducto, recibe las aguas negras recogidas por el

alcantarillado sanitario de los conjuntos: Alicante y Cadiz, los cuales

cuentan con un pozo séptico independiente encargado de tratar

exclusivamente sus aguas negras para posteriormente conducirlo a un

grupo de seis (6) pozos sépticos de donde pasa el agua negra al punto de

vertimiento numero tres (3). Las aguas residuales del conjunto Barbados y

de la sede social son recogidos y conducidos por el alcantarillado sanitario

a los pozos sépticos de vertimiento numero tres (3).

El punto de vertimiento numero cuatro (4), se encuentra metros debajo de la

bocatoma del acueducto y del punto de vertimiento tres (3), recibe las

aguas negras recogidas por el alcantarillado sanitario del conjunto Chipre,

las cuales son conducidas a un pozo séptico y posteriormente conducido al

punto de vertimiento numero cuatro (4).

El Club Puerto Peñalisa cuenta con un alcantarillado pluvial en cada

conjunto, el cual conduce el agua a los pozos sépticos, de cada uno de los

cuatro puntos de vertimiento. El agua lluvia es mezclada con el agua

residual con los pozos sépticos, aumentando así el caudal de agua a tratar.

Las condiciones de vertimiento, presentan problemas de olores y

contaminación de la fuente receptora. Esto puede provocar alteraciones en

el medio ambiente y en la salud publica, originados por agentes patógenos.

3. SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO

Las aguas residuales recogidas en comunidades y municipios deben ser

conducidas, en ultima instancia a cuerpos de aguas receptoras o al mismo terreno.

La compleja pregunta acerca de que contaminantes contenidos en el agua

residual y a que nivel deben ser eliminados, para la protección del entorno,

requiere una respuesta especifica en cada caso concreto. Para establecer dicha

respuesta es preciso analizar las condiciones y necesidades locales en cada caso

y aplicar tanto los conocimientos científicos como la experiencia previa de

ingeniería, respetando la legislación y las normas reguladoras de la calidad de

agua existente.

3.1 TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

El principal objetivo de la mayoría de los procesos de tratamiento biológico

es la reducción del contenido materia orgánica del agua residual.

Este tipo de tratamiento se suele clasificar dependiendo del tipo de

microorganismo que actúe en el sistema, por lo cual se clasifican en:

Aerobios, Anaerobios y Facultativos.

3.1.1 Aerobio. Son los procesos de tratamiento biológico que se dan en

presencia de oxigeno, para que los microorganismos efectúen la remoción

de la materia orgánica.

Estos sistemas se dividen dependiendo de las condiciones que se

encuentra el cultivo de microorganismos, puede ser cultivo suspendido o

cultivo fijo.

! CULTIVO DE LECHO SUSPENDIDO: Son los procesos de tratamiento

biológico en que los microorganismos responsables de la conversión de

la materia orgánica u otros constituyentes de la materia residual en

gases y tejido celular, se mantienen en suspensión dentro del líquido.

Dentro de los sistemas aerobios de lecho suspendido encontramos los

reactores de lodos activados, las lagunas aerobias y las lagunas

aireadas.

! CULTIVO DE LECHO FIJO: Son los procesos de tratamiento biológico

en que los microorganismos responsables de la conversión de la

materia orgánica u otros constituyentes de la materia residual en gases

y tejido celular, fijos a un medio inerte, tal como piedras, escorias o

materiales cerámicos y plásticos especialmente diseñados para cumplir

con esta función. Dentro de ellos encontramos los filtros biológicos y los

filtros rotativos.

3.1.2 Anaerobio. Son sistemas herméticos que utilizan microorganismos que no

requieren oxigeno para lograr remover la materia orgánica. Estos sistemas

también se dividen en: cultivo fijo (filtros biológicos anaerobios) y cultivo

suspendido (reactores anaerobios y lagunas anaerobias).

En este proceso se produce la descomposición de la materia orgánica e

inorgánica en ausencia de oxígeno molecular. Sus principales aplicaciones

son la estabilización de los fangos concentrados producidos en el

tratamiento del agua residual y de determinados residuos.

3.1.3 Facultativo. Este sistema se lleva acabo mediante la combinación de

bacterias facultativas, Anaerobias y Aerobias ,las cuales remueven la

materia orgánica presente en el agua residual.

3.2 SELECCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

Teniendo en cuenta que el Club Puerto Peñalisa prevé el crecimiento en la

construcción de casa campestres en los próximos siete años no excederá

las ciento cincuenta casas (150), debido en gran medida a la situación

económica del país y el costo considerable de las casas se tendrá una

población de 2500 habitantes, lo cuales producirían un caudal de 603

m3/día de agua residual (Ver calculo de población sección 4.2). Entonces se

necesitaría un sistema de tratamiento para las aguas residuales que sea

capaz de recibir y evacuar este caudal.

Como consecuencia de que el precio de los predios en este sitio es de un

alto costo, no se puede disponer de grandes extensiones de terreno, por lo

cual es costoso implementar un sistema con lagunas aerobias o aireadas

por la gran que estas requieren para su construcción.

Entonces es preciso implementar un sistema de tratamiento, el cual

abarque poco todo terreno como lo son: los filtros biológicos, los reactores

de lodos activados y los reactores anaerobios.

Debido a las condiciones del vertimiento obtenidas en el laboratorio

(caracterización del agua residual sección 4.1), no se hace necesario

implementar un sistema combinado de filtros biológicos y reactor de lodos

activados, ya que con el reactor de lodos activados se podrá cumplir con la

normatividad vigente.

Los reactores de lodos activados son una buena solución, porque pueden

recibir grandes caudales, resistir cambios en la concentración de la materia

orgánica, la generación de olores es moderada y la producción de lodo es

baja; pudiéndose utilizar para diversos fines dentro del Club. Su único

inconveniente radica en el consumo de energía.

En la tabla 8. se muestra la secuencia en que se va a realizar el diseño del

sistema de tratamiento de aguas residuales (cálculos), para su posterior

construcción.

Tabla 7. Secuencia de diseño y construcción del sistema de tratamiento deaguas residuales.

SECUENCIA DE DISEÑO1. Unidades de desbaste. (Primera, segunda y tercera rejilla)2. Canaleta Parshall3. Desarenadores4. Trampa de grasa5. Reactor de lodos activados6. Sedimentación secundaria

Fuente: El Autor.

4. DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

4.1 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DEL CLUB PUERTO

PEÑALISA

Después de determinado el horario de mayor consumo de agua potable, el

cual establecimos que se encontraba entre las 10:00 am y las 2:00 pm de

los días sábados y domingos, se procedió a tomar la muestra compuesta de

agua en los puntos uno y dos mencionados anteriormente. La muestra

compuesta de agua en los puntos uno y dos mencionados anteriormente.

La muestra compuesta de 2500 ml para cada punto, se tomo a partir de las

10:00 am en cantidades de 500 ml cada hora durante cinco horas. Los

análisis de las muestras se realizaron

Tabla 8. Resultados de análisis de laboratorio.PARAMETRO VALOR

PUNTO 1VALOR

PUNTO 2Demanda Química de Oxigeno (DQO) 448 mg/L 300 mg/LDemanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5) 260 mg/L 198 mg/LSólidos totales 280mg/L 189 mg/LSólidos totales volátiles 42 mg/L 76 mg/LSólidos totales fijos 238 mg/L 112 mg/LSólidos suspendidos 100 mg/L 68 mg/LSólidos suspendidos volátiles 71 mg/L 42mg/LSólidos suspendidos fijos 29 mg/L 26 mg/LSólidos sedimentables 0.5 ml/L 4.6 mg/LGrasas 30 mg/L 21 mg/LTemperatura 19 ºC 19 ºCColor Amarillo

grisáceoAmarillogrisáceo

Olor Penetrante PenetrantepH 6.7 6.6Fuente: El Autor.

4.2 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN

Para el calculo de población es necesario tener en cuenta el numero total

de casas campestres en el Club Puerto Peñalisa, actualmente existen 350

casas, las cuales se encuentran con la totalidad de sus ocupantes en los

fines de semana y periodos de vacaciones. En promedio se cuenta con

cinco (5) habitantes por cada vivienda y se espera un crecimiento lento en

la construcción de nuevas viviendas, por esto la junta directiva del Club

tiene proyectado que en los próximos siete (7) u ocho (8) años se

construyan aproximadamente ciento cincuenta casas (150).

500 casas * 5 habitantes / casa = 2500 habitantes

Con este dato se obtendrán los cálculos posteriores para el diseño del

sistema de tratamiento de aguas residuales del Club Puerto Peñalisa.

4.3 CAPACIDAD DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

Para determinar la capacidad del sistema de tratamiento es necesario

calcular el Caudal Medio Diario, el Caudal Máximo Horario y finalmente el

Caudal de diseño.

4.3.1 Caudal Medio Diario

La dotación suministrada por el acueducto del Club Puerto Peñalisa es de

200 L/hab dia, se estima un retorno del agua del 80%.

Qmd = Dotación de acueducto * Retorno

Qmd = 200 L/hab dia * 0.8

Qmd = 160 L/hab dia

4.3.2 Caudal Máximo Horario

Para calcular el Qmh, es necesario determinar el coeficiente de mayoración

mediante la relación propuesta por Harman:

m = (18 + p ) / (4 + p )

m = (18 + 2500 ) / (4 + 2500 )

m = 1.26

El Caudal Máximo Horario resulta del producto del Caudal Medio Diario por

el Coeficiente de Mayoración.

Qmh = Qmd * m

Qmh = 160 L/hab dia * 1.26

Qmh = 202 L/hab dia

4.2.3 Caudal De Diseño

Para determinar el Caudal de Diseño, hay que tener en cuenta los caudales

por infiltración y conexiones erradas. Se estima que dichos caudales no

sobrepases el 20% del Qmh. Entonces:

Qd = Qmh + Qmh * 20%

Qd = 202 L/hab dia + (202 L/hab dia * 0.2)

Qd = 242.4 L/hab dia

Qd = 242.4 L/hab dia * 2500 hab * 1 / 1000 L * 1 / 86400 seg

Qd = 606 m3/dia ≈ 7.01 * 10-3 m3/seg

4.4 TRATAMIENTO PRIMARIO

4.4.1 Desbaste. Se diseñaran tres rejillas inclinadas sobre un canal rectangular,

cada una de ellas esta formada por una serie de barras de 5 mm de ancho

y separaciones variables (50 mm, 30 mm y 15 mm). Estas rejillas se

pueden observar en la Figura 4.

4.4.1.1 Primera rejilla. Esta rejilla se diseñara con el Caudal de Diseño y sus

aberturas serán de 50 mm. Utilizando la ecuación de continuidad se halla el

area requerida para la rejilla teniendo en cuenta, como parámetro de

diseño, que la velocidad que debe llevar el agua antes de la rejilla no debe

exceder de 0.50 m/s. Asumiendo una velocidad de 0.45 m/s se tiene:

Área del Canal de llegada (A)

A = Q/V

Donde:

A : Área del canal (m2)

Q : Caudal de diseño (m3/seg)

V : Velocidad en el canal (m/seg)

Entonces:

A = segm

segm/3.0

/00701.0 3

A = 0.023 m2

Con la ecuación utilizada para hallar el area transversal de la seccion

rectangular se determina el ancho del canal que es el mismo de la rejilla,

sabiendo que la altura del agua para el caudal de diseño es de 0.182 m

(valor obtenido de la altura en la canaleta Parshall). (ver Figura 5).

Ancho del canal (b)

A = b * h → b = A / h

Donde:

A : Área requerida por la rejilla (m2)

b : Ancho de la rejilla (m)

h : Altura del agua Qmáx

Entonces:

b = mm

182.0023.0 2

b = 0.128 m ≈ 15 cm

Chequeo de velocidad

V = Qmáx / Área

Área = b * h

V = mm

segm182.0*15.0/00701.0 3

V = 0.25 m/seg

Con el ancho de la rejilla se determina el numero de aberturas, recordando

que las separaciones en esta rejilla son de 50 mm y el ancho de cada varilla

es de 5 mm.

No de aberturas = illaAnchodelaeparaciónAnchodelas

ejillaAnchodelarvar+

No de aberturas = mm

m05.0050.0

15.0+

No de aberturas = 2.7 ≈3 aberturas.

Ahora se calcula la longitud de las varillas, asumiendo que la inclinación

que tendrá la reja será de 60º.

Sen ∝= ha / lv

Donde:

∝ : Angulo de la inclinación de la reja

ha : Altura del agua a caudal máximo

lv : Longitud de la varilla requerido para el caudal medio

Despejando lv y remplazando, la ecuación quedará de la siguiente manera:

lv = 60

182.0sen

lv = 0.21 m

Como se debe determinar el área neta de cada uno de los espacios por

donde pasa el agua, entonces se realiza la siguiente relación:

S = No de aberturas * Ancho de separación * longitud de la varilla

S = 3 * 0.05 * 0.21

S = 0.032 m2

Con estos datos se calcula la perdida de carga con la reja totalmente limpia,

la cual define el cambio de nivel necesario después de la reja. Esto se

consigue con la siguiente ecuación:

Q = K * S * hg **2 (1)

Donde:

Q : Caudal (m3/seg)

K : Coeficiente debido a la forma de la varilla (Cuadrada = 0.6)

S : Área neta de cada espacio (m2)

h : Perdida de carga en la rejilla (m)

Se despeja la perdida de carga y luego se remplaza:

h = gSK

Q*2** 22

2

h = 2222

23

/81.9*2*)032.0(*)6.0()/00701.0(

segmmsegm

h = 0.0068 m

____________________1. BONAFE ESCRIBA DOMINGO. Hidráulica para ingenieros. Belliscolibrería 1998.

El chequeo se realiza calculando la perdida de carga con la mitad de la

rejilla obstruida así:

lvl chequeo = lv * 50 %

lvl chequeo = 0.21 m * 0.5

lvl chequeo = 0.105 m

Sl chequeo = No de aberturas * Ancho de separacion * longitud de la varilla

Sl chequeo = 3 * 0.05 m * 0.105 m

Sl chequeo = 0.016 m2

hl chequeo =)/81.9(*2*)016.0(*)6.0(

)/00701.0(222

3

segmmsegm

hl chequeo = 0.027 m ≈2.7 cm

4.4.1.2 Segunda y Tercera Rejilla. Los cálculos para estas rejillas se realizan de

la misma forma, recordando que el ancho de la rejilla es 0.15 m, que las

separaciones que se proyectan para la segunda rejilla son de 30 mm y 15

mm para la tercera rejilla y que el ancho de cada varilla es de 5 mm. Los

resultados de las operaciones realizadas para las dos rejillas se consignan

en las tablas 9 y 10 respectivamente.

Tabla 9. Cálculo del área neta requerida y la perdida de la carga para lasrejillas.Rejilla No de

aberturasAncho de laseparación

(mm)

Ancho dela varilla

(mm)

Longitudde la

varilla (m)

S(m2)

h(m2)

1 3 50 5 0.21 0.032 0.00682 5 30 5 0.21 0.052 0.00263 8 15 5 0.21 0.084 0.001

Fuente: El Autor.

Tabla 10. Chequeo de la perdida de carga.Rejilla Longitud de la varilla 50%

obstruidaS chequeo (m2) h chequeo (m) h Asumido

(m)1 0.105 0.016 0.027 0.032 0.105 0.015 0.030 0.043 0.105 0.012 0.047 0.05

Fuente: El Autor

Como la perdida de la carga nos indica el cambio de nivel en cada uno de

las tres rejillas, entonces, se asume un cambio de nivel de 5 cm para la

primera rejilla, 6 cm en la segunda rejilla y 7 cm en la tercera rejilla. En la

tabla 11. se hace un resumen de las dimensiones de cada una de las tres

rejillas.

Tabla 11. Dimensiones de las rejillasREJILLA 1 2 3

Espacio entre las varillas (mm 50 30 15Ancho de la rejilla (m) 0.15 0.15 0.15Longitud minima para las rejillas (m) 0.21 0.21 0.21Numero de separaciones 3 5 8Perdida de carga (cm) 0.68 0.26 0.1Perdida de carga con la rejilla 505 tapada (cm) 2.7 3 4.7Altura del escalon donde se encuentra la rejilla (cm) 3 4 5Fuente: El Autor.

Por ultimo e debe verificar que la velocidad dentro de las rejillas este dentro

del parámetro de diseño, este especifica que las velocidades al paso de las

rejillas debe ser inferior a 0.9 m/seg.

Entonces:

V = Q / A

Donde:

Q : Caudal de diseño (m3/seg)

V : Velocidad dentro de la rejilla (m/seg)

A = S : Área neta o espacio dentro de las varillas (m2)

En la tabla 12 se determina la velocidad del agua dentro de las rejillas,

teniendo en cuenta los valores anteriormente calculados de área neta entre

las varillas.

Tabla 12. Velocidad del agua dentro de las rejillas.REJILLA V limpia = Q/S1 (m/seg) V limpia = Q/S1 chequeo 50% limpia (m/seg)

1 0.21 0.432 0.13 0.463 0.09 0.58

Fuente: El Autor

En la figura 4, se puede observar como será la distribución y las

dimensiones de la rejilla.

Figura 4. Esquema básico de cribado y dimensiones de las rejillas.

4.4.2 Canaleta Parshall. Es necesario conocer las variables que dependen del

caudal, para esto se instalará una canaleta Parshall. En las tablas 13 y 14

se consignan los datos necesarios para el calculo de la misma.

Tabla13. Dimensiones características de canaletas Parshall.W CAUDAL

MINIMO (L/s)CAUDAL

MÁXIMO (L/s)n K

3� 0.85 53.8 1.547 0.1766� 1.52 110.4 1.580 0.3819� 2.55 251.9 1.530 0.5351� 3.11 455.6 1.522 0.690

1 ½� 4.25 696.2 1.538 1.0542� 11.89 936.7 1.550 0.4263� 17.26 1426.3 1.566 2.1824� 36.79 1921.5 1.578 2.9355� 62.80 2422 1.587 3.728

Fuente: Arboleda Valencia Jorge. Teoría y practica de la purificación delagua. 1992

Tabla 14. Dimensiones típicas de medidores Parshall (cm)W (cm) A B C D E F G K N3� 7.6 46.6 45.7 17.8 25.9 61.0 15.2 30.5 2.5 5.76� 15.2 62.1 61.0 39.4 40.3 45.7 30.5 61.0 7.6 11.49� 22.9 88.0 86.4 38.0 57.5 61.0 30.5 45.7 7.6 11.41� 30.5 137.2 134.4 61.0 84.5 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

1 12� 45.7 144.9 142.0 76.2 102.6 91.5 61.0 91.5 7.6 22.92� 61.0 152.5 149.6 91.5 120.7 91.5 61.0 91.5 7.6 22.93� 91.5 167.7 164.5 122.0 157.2 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

Fuente: Arboleda Valencia Jorge. Teoría y practica de la purificación delagua. 1992

Con el valor del caudal máximo y analizando la tabla 13, se determina el

ancho de la garganta, el exponente n y el coeficiente K, necesarios para

determinar la ecuación de calibración de la canaleta, asi:

Qmax = 0.00701 m3/seg = 7.01 L/seg

W = 3� = 7.6 cm

K = 0.176

n = 1.547

Estos valores se remplazan en la ecuación de calibración de canales

Parshall

Q = K * han (2)

Entonces la ecuación de calibración para la canaleta del proyecto es:

Q = 0.176 * ha1.547

ha = 1.547 176.0)/10*01.7( 33 segm−

ha = 0.125

____________________2. ARBOLEDA VALENCIA, Jorge. Teoria y practica de la purificación delagua. 1992

En la Tabla 15, se calcula la altura del agua en la garganta de la canaleta a

caudal máximo, también se determina la altura que llevara el agua antes de

entrar en la canaleta Parshall (Ha), esto se logra utilizando el valor de la

profundidad de la depresión de la garganta (N = 0.0557 m).

Tabla 15. Altura del agua en la canaleta Parshall a caudal máximo.Q (m3/seg) ha (m) Ha = ha + N (m)

Máximo 7.01 * 10-3 0.125 0.182Fuente: El Autor.

Para que la canaleta Parshall pueda utilizarse como instrumento medidor de

caudales, es necesario que la sumergencia máxima (hb/ha) no exceda de

0.7 (1)

hb/ha = 0.7

hb = 0.7 * ha

Donde:

hb : Altura del agua donde se crea el salto hidráulico.

ha : Altura del agua a 2/3 de A

____________________1. BONAFE ESCRIBA DOMINGO. Hidráulica para ingenieros. Belliscolibrería 1998.

Los valores de hb se especifican en la tabla 16.

Tabla 16. Altura del agua donde se crea el salto hidráulico de la CanaletaParshall.

Q hb(m) Hb=ha * 0.7 (m)7.01 *10 -3 0.125 0.0875

Fuente: El Autor

Por último se calcula la altura real del agua en el punto donde se crea el

salto hidráulico, esta altura se determina como se muestra en la tabla 17

Tabla 17. Altura real del agua donde se crea el salto hidráulico en laCanaleta Parshall.

Q hb(m) Hb=hb + N (m)Máximo 0.0875 0.145

Fuente: El Autor

Además de las variables que se determinaron anteriormente en el calculo

de la canaleta, existen otras variables que están relacionadas con las

dimensiones de las mismas. Estas se determinan directamente en la tabla

15, teniendo en cuenta el ancho de la garganta. Todas las variables

calculadas y determinadas a través de las tablas anteriores, se pueden

observar claramente en la Figura 5. Dimensiones de la canaleta Parshall.

Figura 5. Dimensiones de la canaleta Parshall.

4.4.3 Desarenadores. Se diseñarán dos canales desarenadores, los cuales

funcionan continuamente y en caso de realizar labores de limpieza o

mantenimiento se suspende el uso de uno de ellos.

Como los dos desarenadores estarán funcionando continuamente, entonces

el caudal que pasará por cada uno de ellos será la mitad del caudal total,

como se muestra en la tabla 19.

Tabla 19. Caudal de diseño para los canales desarenadores.Q (m3/seg) Qdesarenadorm3/seg)

Máximo 7.01 * 10-3 3.505 * 10-3

Fuente: El Autor.

El primer cálculo que se debe realizar para dimensionar un canal

desarenador es determinar el área útil o área transversal, lo cual se

consigue utilizando las ecuaciones:

1. AT= h * b

2. AT= Q/ Vh

Donde:

AT: Área transversal del desarenador (m2)

h: Altura del agua en la sección (Ha de la canaleta Parshall)

b: Base de la sección (m)

Q: Caudal (m3/seg)

Vh: Velocidad del agua en desarenador o componente horizontal (m/seg)

Igualando las ecuaciones 1 y 2 se tiene:

h * b = Q/Vh

b = Q/Vh * h

Las velocidades del agua en los canales desarenadores deben estar en el

intervalo de 0.24 a 0.40 m/seg (3). Para dimensionar el canal desarenador

se asume una velocidad de 0.30 m/seg, entonces:

bmax = segmm

segm/3.0*182.0

/0035.0 3

bmax = 0.0642 m

Con el valor de bmax se determina el valor del área transversal:

bmax se reemplaza en la ecuación 1:

ATmax= 0.182 m * 0.0642

ATmax= 0.012 m2

_______________3. METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.

1995.

En la tabla 19 se hace un resumen de los cálculos anteriores y en la última

columna se verifican que las velocidades estén dentro del intervalo.

Tabla 19. Verificación de las velocidades dentro del canal desarenador.Q(m3/seg) Ha (m) b (m) AT (m2) Vh = Q/AT (m/seg)3.505 * 103 0.182 0.15 0.012 0.29

Fuente: El Autor.

Para calcular la longitud del canal del desarenador es necesario tener en

cuenta la tasa de desbordamiento artificial (TDS) y la velocidad de

sedimentación (Vsed). Acevedo Nieto recomienda que la tasa de

desbordamiento superficial o carga hidráulica este entre 600 y 1200 m3/m2

día, y la velocidad con que se sedimentan las partículas sea de 0.02 m/seg,

datos que utilizaremos para dimensionar la longitud del canal.

L= )3(* HaVsedVh

Donde:

L: Longitud del canal.

V: Componente horizontal de la velocidad en el canal (0.24 � 040 m/seg

Típica 0.3 m/seg)

_______________3. METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.1995.

Vsed: Velocidad de sedimentación (0.0158 � 0.0208 m/seg Típica 0.02 m/seg)

Ha: Altura del agua a caudal máximo.

Entonces:

L = 182.0*)/(02.0

)/(3.0segmsegm

L = 2.73 m

Teniendo en cuenta la turbulencia, es recomendable sumarle un 50 % de la

longitud:

L = 2.73 m + (2.73 m * 0.50)

L = 4.095 m ≈ 4 m

De esta manera se determina que la longitud del canal desarenador debe

ser aproximadamente de 4 m.

El cálculo del área superficial se hace de la siguiente manera:

As = L * b max

As = 4 m * 0.0642 m

As = 0.26 m2

Con el área superficial se verifica que la carga hidráulica superficial, a

caudal máximo, este dentro del intervalo propuesto por Arboleda Valencia

Jorge (600 � 1200 m3/m2día).

TDS = Q/ As

Qmax = 3.505 * 10 �3 m3/seg = 302.4 m3/día

TDS = (302.4 m3/día)/ 0.26 m2

TDS = 1163 m3/m2día

Para determinar la cantidad de material retenido en el canal desarenador,

es necesario determinar el tiempo que demora el agua en atravesar el

canal, para este propósito de utiliza la ecuación de velocidad:

T = L/Vh

Donde:

Vh: Componente horizontal de la velocidad en el canal.

L: Longitud del desarenador.

T: Tiempo que demora el agua en pasar por el canal.

Entonces:

T = 4 m/ (0.3 m/seg)

T = 13.33 seg

Como resultado de los análisis de laboratorio, se determinó que los sólidos

sedimentables de esta agua residual son del orden de 4.6 ml/L en una hora.

Para determinar la cantidad de sólidos que se sedimentan en 13.33 seg se

establece la siguiente relación:

Sólidos recogidos = 4.6 ml/L * 13.33 seg * 1 h/3600 seg

Sólidos recogidos = 0.017 ml/L ≈ 0.017 L/m3

El material retenido (MR) se estima con caudal medio de la siguiente

manera:

MR = Q * Sólidos recogidos

Como:

Qmedio = 0.00701 m3/seg = 605.6 m3/día

Entonces:

MRmedio = 605.6 m3/día * 0.017 L/m3

MRmedio = 10.30 L/día ≈ 0.0103 m3/día

Como se proyecta hacer limpieza a los canales cada 5 días, entonces:

MRmedio = 0.0103 m3/día * 5 días

MRmedio = 0.0515 m3

La determinación del volumen requerido para la recolección de este

material, se hace de la siguiente manera:

V = 2

1**ba

b = 1*

*2a

v

Donde:

V: Volumen requerido para recolectar el material = MRmedio

a: Ancho del canal (bmax)

b: Altura necesaria para el deposito de material

l: Longitud del canal desarenador.

Entonces:

b = m

m41283.0

30515.0*2+

b = 0.20 m

4.4.4 Trampa de grasa. Como estamos manejando un caudal pequeño y la

concentración de grasas es de 50 mg/L, se diseñará una trampa de grasa,

la cual será suficiente para eliminar la cantidad de grasa de las aguas

residuales del Club Puerto Peñalisa. Para el cálculo de la trampa de grasa,

es recomendable tener en cuenta los siguientes criterios de diseño.

Tabla 20. Parámetros de diseño para las trampas de grasa.PARÁMETRO DE DISEÑO VALOR

Tiempo de retención 5 a 10 minProfundidad del tanque 1.5 a 2 mTasa de aplicación 4 L/m2 * segProfundidad del tubo por donde sale el caudal 0.5 a 0.7 mDistancia del fondo del tanque a la entrada del tubo de salida 0.3 mFuente: Notas de clase de Diseño y Operaciones II Universidad de La Salle.Ingeniero Oscar Páez. 2000.

4.4.4.1 Diseño de trampa de grasa. La determinación del volumen para la trampa

de grasa se hace de la siguiente forma:

Vtanque = Q * Tret

Donde:

Q: Caudal de diseño.

Tret: Tiempo de retención.

Asumiendo un tiempo de retención de 8 minutos, se tiene:

Vtanque = (7.01 * 10 �3 m 3/seg) * (8 min * 60 seg/1 min)

Vtanque = 3.3 m3

El área superficial se determina de la siguiente manera:

As = Q/Ta

Donde:

Ta: es la tasa de aplicación.

As = (7.01 * 10 �3 m 3/seg)/ (4 L/m2 seg)

As = 1.75 m2

Para calcular la profundidad requerida para el funcionamiento se utiliza la

siguiente relación:

Prequerida = Vtanque / As

Prequerida = 3.3 m3/ 1.75 m2

Prequerida = 1.88 m

Por práctica lo aproximamos a 1.90 m que esta dentro del intervalo.

Los tubos por donde entra y sale el caudal a la trampa de grasa, se deben

dimensionar así:

Q = 0.62 * S * hg **2 (1)

S = Q/ 0.62 * hg **2

Donde:

Q: Caudal.

S: Área de la sección del tubo

G: Gravedad

H: Profundidad de la salida del caudal, respecto al nivel del agua.

Entonces al reemplazar:

S = mseg

segm7.0*/81.9*2*)62.0(

)/10*01.7(2

33−

S = 0.00310 m2

____________________1. BONAFE ESCRIBA DOMINGO. Hidráulica para ingenieros. Belliscolibrería 1998.

Para determinar el diámetro del tubo, se utiliza la ecuación del área de la

circunferencia:

S = ππ /4

4* 2

SDD=→

Entonces:

D = 0.0628 m

D = 6.28 cm →3 �

Para calcular las dimensiones del tanque se utiliza la siguiente relación:

Vtanque = a * 2 a * Prequerida requeridaque PVa *2/tan=→

Donde:

A: Ancho del tanque

2a: Longitud del tanque

Prequerida = Profundidad requerida por el tanque.

Al sustituir quedaría:

a = mm 90.1*2/3.3 3

a = 1.8 m

entonces las dimensiones de la trampa serán 1,8 m de ancho, 3.6 m de

largo y 1.9 m de profundidad y se deben utilizar tubos de 3�. En la figura 7.

Esquema básico de la trampa de grasa, se pueden visualizar todas las

dimensiones de la trampa.

Figura 7. Esquema básico de la trampa de grasa.

4.4.5 Reactor de lodos activados. La implementación de un reactor de lodos

activados (segunda fase del sistema), busca primordialmente lograr pulir

mas el efluente, ya que con este sistema se logrará remover entre un 80 �

90% de la materia orgánica que viene en el agua y que no pudo ser

removida en el tratamiento anterior.

Finalmente, se necesita determinar la carga orgánica con que sale el agua

de los tratamientos primarios, ya que estos verterán su caudal directamente

sobre el reactor que a su vez estará conectado con el reactor secundario.

Como el caudal que llegará al reactor es de 7.01 * 10-3 m3/seg y la DBO5 en

este punto es de 38 mg/L, entonces la carga orgánica se determinará de la

siguiente forma:

CO = Q * DBO5

CO = 0.0071 m3/seg * día

seggr

Kgmg

grm

LLmg

186400*

10001*

10001*

11000*38

3

CO = 23 kg DBO5 / día

Una vez determinada la carga orgánica, se debe calcular la carga volúmica

(CV) que es la concentración de biomasa que debe hacer por cada m3 en

un día. Para calcular el valor de CV es necesario determinar la carga

másica (Alimento / microorganismo) y la concentración de biomasa en el

tanque de aireación, datos que se encuentran consignados en la tabla 21,

donde se reúnen los parámetros de diseño para reactores de lodos

activados.

Tabla 21. Parámetros de diseño para reactores de lodos activados.PARÁMETRO DE DISEÑO VALOR

Profundidad del tanque (3) 2.5 � 4 mTiempo de retención (3) 3 � 5 hEdad de lodos (3) 5 � 15 diasConcentración de lodos suspendidos (3) 2000 � 4000 mg/LCarga volúmica (4) 0.8 � 1.92 Kg DBO5 m3díaCarga másica (4) 0.005 � 1día-1

Concentración de biomasa en el tanque deaireación (4)

3000 mg/L

Fuentes:

(1) METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.1995.(4) NOTAS DE CLASE DE DISEÑO Y OPERACIONES II Universidad de LaSalle. Ingeniero Oscar Páez. 2000.

Como el valor típico (3) de la carga másica (cm) es 0.3 día-1 y la

concentración de biomasa en el tanque de aireación (X) es de 3000 mg/L,

entonces el valor CV será:

CV = 311000*

10001*

10001*3000*3.0

mL

grKg

mggr

Lmg

día

CV = díam

kgDBO3

59.0

____________________3. SIERRA JORGE HUMBERTO. Análisis de aguas y aguas residuales.Universidad de Antioquia 1998.

Utilizando la carga orgánica y la carga volúmica se determina el volumen

requerido por el tanque de aireación, esto se realiza utilizando la siguiente

relación:

Vtanque = CO / CV(4)

Entonces:

Vtanque =

díamkgDBOdía

kgDBO

35

5

9.0

23

Vtanque = 25.55 m3

Con el volumen requerido para el tanque de aireación se determinan las

dimensiones del mismo, teniendo en cuenta que la profundidad en un

tanque de aireación debe ser de 2.5 � 4 m, asumiendo una profundidad de

3.5 m y utilizando la siguiente ecuación se obtendrá el área del tanque de

aireación.

_____________________4. NOTAS DE CLASE DE DISEÑO Y OPERACIONES II Universidad de LaSalle. Ingeniero Oscar Páez. 2000.

Vtanque = Atanque * P → Atanque = Vtanque / P

Donde:

Atanque : Área del tanque de aireación (m2)

Vtanque : Volumen del tanque de aireación (m3)

P : Profundidad del tanque de aireación (m)

Atanque = 25.55 m3/ 3.5 m

Atanque = 7.3 m2

Como se proyecta que el tanque de aireación sea de forma cuadrada,

entonces sus dimensiones se determinarán así:

Atanque = L * L → = Atanque

Donde:

Atanque = Área del tanque de aireación (m2)

L = Largo o ancho del tanque de aireación (m)

Entonces:

L = 23.7 m

L = 2.7 m≈3 m

De esta manera se define que el tanque de aireación tendrá 3 m de ancho,

3 m de largo y 3.5 m de profundidad.

Una vez dimensionado el tanque de aireación se debe calcular la potencia

del aireador. Para este fin se utiliza la ecuación de requerimientos de

oxigeno (3) que se indica a continuación:

O2 = a * DBO5 a eliminar + b� * Sa * Vtanque + 4.6 * CN * RN

Donde:

O2: oxigeno requerido

a : Cantidad de oxigeno requerido para la síntesis bacterial

DBO5 a eliminar: Eficiencia que se produce en los reactores de lodos

activado (kg/día)

b � : Velocidad con que se utiliza el oxigeno para la autoxidación en un día

(día-1)

Sa : Concentración de biomasa en el tanque de aireación (Kg/m3)

Vtanque: Volumen del tanque de aireación (m3)

RN : Fracción de nitrógeno amoniacal transformado en nitratos (%)

CN : Carga amoniacal (kg/día)

_______________3. METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.1995.

La cantidad de oxigeno requerido para la síntesis bacterial (a�) esta en

función de la carga másica. Esta variable se define directamente en la tabla

22.

Tabla 22. Valores típicos del oxigeno requerido para la síntesis bacterialCarga

másica(día-1)

0.09 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50

a' 0.66 0.65 0.62 0.59 0.56 0.53 0.50Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc GrawHill. 1995.

Como la carga másica es de 0.3 entonces a� es 0.56

La DBO5 a eliminar es la eficiencia que produce un reactor de lodos

activados, esta eficiencia fluctúa entre 80 � 90 %, por esta razón se asume

una eficiencia de 85%, entonces:

DBO5 a eliminar = CO * 0.85

DBO5 a eliminar = 23 kg DBO5 / día * 0.85

DBO5 a eliminar = 19.55 Kg/día

b" es la velocidad con que se utiliza el oxigeno para la autoxidación en un día

o en otras palabras es la energía interna que necesitan los microorganismos

para vivir sin comida en un día. b � esta en función de la carga másica y se

lee directamente de la tabla 23.

Tabla 23. Velocidades típicas de autoxidaciónCarga

másica(día-1)

0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.90 1

b"(día-1) 0.04 0.066 0.093 0.108 0.117 0.123 0.13 0.136Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc GrawHill. 1995.

Observando esta tabla anterior se determina que b� = 0.108/día

La concentración de biomasa en el tanque de aireación (Sa = X) es la misma

que se utilizó para calcular la carga volúmica (3000 mg/L = 3 kg/ m3).

La fracción de nitrógeno amoniacal transformado en nitratos (RN) esta en

función de la carga másica y se determina utilizando la tabla 24.

Tabla 24. Fracción de nitrógeno amoniacal transformado en nitratos.Carga

másica0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.70 1

RN 100% 50% 48% 26% 8% 2% 0%Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc GrawHill. 1995.

Siendo RN = 48 %.

Como parámetro de diseño se afirma que la carga amoniacal (CN) para

aguas residuales domésticas es de 110 Kg/día o 70 gr/persona (3).

Al sustituir todos estos valores en la ecuación de requerimiento de oxigeno

se obtiene:

O2 = a * DBO5 a eliminar + b� * Sa * Vtanque + 4.6 * CN * RN

O2 = 0.56 * 48.0*110*6.455.25*3*108.055.19 33 día

KgmmKg

díadíaKg

++

O2 = 262.10 kg/día

Como las variables anteriores fueron determinadas en el laboratorio a una

temperatura de 20 ºC, entonces se debe hacer una corrección al

requerimiento de oxigeno, teniendo en cuenta la temperatura promedio del

municipio de 27 ºC.

O2 corregido = So * AC

CCwaltAsfB t

s

*024.1*)**( 201 −− (4)

Donde:

O2 corregido : Requerimiento de oxigeno corregido

_______________3. METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.1995.

So : Suministro de oxigeno generado por aireadores superficiales (Kg

O2/Kw * h)

B : Factor de corrección sanitaria.

Asf : Factor de corrección de la solubilidad del oxigeno respecto a la altura.

Cwalt : Concentración de oxigeno de saturación que se debe mantener en

el tanque (mg/L)

Cs : Oxigeno de saturación determinado bajo condiciones de ensayo mg/L

T : Temperatura del agua (ºC)

A : Factor de corrección de transferencia de oxigeno.

Todas estas variables se determinan de la siguiente manera:

El suministro de oxigeno (So) generado por aireadores superficiales es

determinado por el equipo de aireación o en otras palabras por el fabricante

del equipo.

Como resultado del análisis de varios catálogos de equipos, se sugiere la

utilización del FLOAT MOUNT TORNADO AERATOR � AEROMIX - o de

características similares, debido a que el suministro de oxigeno es de 2

KgO2/Kw * h, siendo este el suministro de oxigeno ideal para sistemas de

lodos activados (Ver Anexo 2). El factor de corrección de salinidad (B) esta

en función del tipo del agua. El valor B se lee en la tabla 25, dando como

resultado 0.95.

Tabla 25. Factor de corrección de salinidad en función del tipo de agua.TIPO DE AGUA B

Municipal 0.95Industria de jugos o gaseosa 0.95Lechería 0.9Matadero 0.95Petroquímicas 0.9Industria de papel 0.95Fuente: NOTAS DE CLASE DISEÑO Y OPERACIONES II. Universidad dela Salle. Ingeniero Oscar Páez. 2000

Asf es el factor de corrección de solubilidad de oxigeno que esta en función

de la altitud. Este se determina en la tabla 26, como Ricaurte se encuentra

a 284 m.s.n.m. entonces el valor de Asf es 1.

Tabla 26. Valores típicos de Asf.m.s.n.m FACTOR Asf0 � 100 1

100 � 1500 0.951500 � 2000 0.9322000 � 2500 0.915 2500 � 3000 0.8973000 � 3500 0.879 3500 - 4000 0.862

Fuente: METCALF & EDDY. Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw �Hill. 1995

La concentración de oxigeno de saturación (Cwalt) esta en función de la

temperatura. Los valores para Cwalt se determinan en la tabla 27,

recordando que la temperatura promedio en el municipio es de 27 ºC. Como

en la tabla 27 no se encuentra la temperatura de 27 ºC, entonces se saca

un promedio con las temperaturas mas cercanas (26 y 28 ºC), obteniendo

como resultado una concentración de saturación de 8.04 mg/L.

La concentración de oxigeno de saturación que se debe mantener en el

tanque de aireación (C1) debe ser, como parámetro de diseño, de 2 mg/L (4)

C5 es el oxigeno de saturación determinado bajo condiciones de ensayo.

Debido a que se sugiere el FLOAT MOUNT TORNADO AERATOR �

AEROMIX- como equipo de aireación, entonces el oxigeno de saturación en

condiciones normales de ensayo es de 11.27 mg/L.

T es la temperatura del agua a condiciones normales (27 ºC).

El factor de corrección de transferencia de oxigeno (A) se determina

observando la tabla 28, con la cual se define que A = 0.75.

_____________________4. NOTAS DE CLASE DE DISEÑO Y OPERACIONES II Universidad de LaSalle. Ingeniero Oscar Páez. 2000.

Tabla 27. Valores típicos de concentración del oxigeno de saturaciónTEMPERATURA (ºC) Cwalt (mg/L)

0 14.6212 13.8294 13.1076 12.4478 11.843

10 11.02712 10.77714 10.30616 9.87018 9.17620 9.09222 8.74324 8.41826 8.11328 7.96830 7.55932 7.30534 7.06536 6.83738 6.62040 6.412

Fuente: METCALF & EDDY. Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw �Hill. 1995

Tabla 28. Factores de corrección para la transferencia de oxigeno.TIPO DE AGUA A

Municipal 0.75Industria de jugos o gaseosa 0.75Lechería 0.60Matadero 0.60Petroquímicas 0.60Industria de papel 0.75Fuente: NOTAS DE CLASE DISEÑO Y OPERACIONES II. Universidad dela Salle. Ingeniero Oscar Páez. 2000

Una vez especificadas todas estas variables, se remplazan en la ecuación

utilizada para corregir los requerimientos de oxigeno. Razon por la cual

quedará de la siguiente manera:

O2 corregido = So * AC

CCwaltAsfB t

s

*024.1*)**( 201 −−

O2 corregido = 75.0*024.1*/27.11

)/04.8*1*95.0(**

2 20272 −

LmgLmg

hKwKgO

O2 corregido = 0.88 Kg / Kw * h

Una vez corregido el requerimiento de oxigeno, se debe determinar la

potencia real necesaria para el buen funcionamiento del reactor. Esto se

consigue con la siguiente relación:

PREAL = O2 / O2 corregido(5)

Entonces:

PREAL = hKwKg

horasdíadíakg*/88.0

)24/1(*)/10.262(

PREAL = 12.6 Kw ≈13 Kw

_____________________5. R. S RAMALHO. Tratamiento de aguas residuales. Editorial Reverte S. A.México 1991.

Como es necesario garantizar una buena repartición de los

microorganismos en el agua, se debe calcular la potencia de la mezcla.

Para calcular la Pmezcla hay que tener en cuenta, como parámetro de

diseño(2), que se necesita de 40 w por cada m3 de agua.

Entonces:

Pmezcla = Vtanque * 40 w/m3

Pmezcla = 25.55 m3 * 40 w/m3

Pmezcla = 1022 w ≈1.022 Kw

Como la potencia real es mayor que la potencia de la mezcla, entonces se

deben instalar equipos que suministren una potencia aproximada de 13 Kw,

ademas se debe cumplir con todos los parámetros anteriormente señaldos.

Debido a que se necesita una potencia de 13 Kw (17.5 HP), se sugiere

utilizar dos (2) aireadores de marca FLOAT MOUNT TORNADO AERATOR

� AEROMIX- con potencia unitaria de 7.5 Kw (10 HP) (Ver Anexo 2),

logrando de esta manera una potencia total de 15 Kw (20 HP). En la figura

8 se muestra el esquema del sistema de lodos activados.

____________________2. SILVA Antonio. Guía para toma y preservación de muestras.Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca CAR 1985.

Los reactores de lodos activados necesitan un sistema de sedimentación

secundaria, ya que en estos se realiza la sedimentación de lodos que

posteriormente se recirculan al reactor, logrando de esta manera mantener

la concentración de microorganismos en el tanque de aireación. Por esta

razón se debe calcular el caudal de recirculación:

CLR * QR + CAF * QAF + AS =CLM * (QR + QDÍA + QLODO) (4)

Siendo:

CLR : Concentración de sólidos suspendidos en el lodo de recirculación

(gr/m3)

QR : Caudal de recirculación (m3/día)

CAF : Concentración de sólidos suspendidos en el caudal afluente (gr/m3)

QAF : Caudal afluente (m3/día)

AS : Aumento de la masa biológica en el reactor (gr/día)

CLM : Concentración de biomasa en el reactor (m3/día)

QDÍA : Cantidad de agua que pasará por el reactor en un día (m3/día)

QLODO : Cantidad de lodo que se producirá por el reactor en un dia (m3/día)

_____________________4. NOTAS DE CLASE DE DISEÑO Y OPERACIONES II Universidad de LaSalle. Ingeniero Oscar Páez. 2000.

CLR es la concentración de sólidos suspendidos en el lodo de recirculación.

Esta concentración debe estar en un intervalo de 7 � 9 gr/L, por esta razón

se asume 8 gr/L como valor típico.

CAF es la concentración de sólidos suspendidos en el caudal afluente. Para

calcular CAF se debe recordar que para este reactor se determino una

eficiencia del 85 %. Pro esta razón:

CAF = 220 mg/L � (0.85 * 220 mg/L)

CAF = mg

grm

LLmg

10001*1000*33

3

CAF = 33 gr/ m3

QR es el caudal de recirculación.

QAF es el caudal afluente o caudal de diseño (0.00701 m3/seg). Como debe

estar en las mismas unidades, entonces:

QAF = día

segseg

m 8400*00701.0 3

QAF = 605.66 m3/día ≈606 m3/día

CLM es la concentración de biomasa en el reactor (X), su valor típico es de

3000 mg/L.

As es el aumento de la masa biológica en el reactor, esta variable se

determina utilizando la siguiente ecuación:

As = (0.557 * CO) � (0.05 * CLM * VTANQUE) (4)

Siendo:

CO : Carga orgánica

CLM = X : Concentración de biomas en el tanque de aireación.

Al remplazar tendremos:

As = (0.557 * 23 Kg/día) � (0.05 / día * 3000 mg/L * 25.55 m3)

As = 12.811 Kg � (150 mg/ 1 día * 25.55 m3 * 1000 L / m3 * 1gr/1000 mg *

1kg/1000gr)

As = 9.98 Kg / día ≈ 8980 gr/día.

Qdía es la cantidad de agua que pasará por el reactor en un día:

Qdía = 606 m3/día

Qlodo es la cantidad de lodo que se producirá por el reactor en un día, este

caudal se determina de la siguiente manera:

Plodo = 0.45 * CO * % Remoción (4)

_____________________4. NOTAS DE CLASE DE DISEÑO Y OPERACIONES II Universidad de LaSalle. Ingeniero Oscar Páez. 2000.

Donde:

Plodo : Producción de lodo

CO : Carga orgánica

Al sustituir queda:

Plodo = 0.45 * 23 Kg/ día * 0.85

Plodo = 8.8 Kg/ día

Como es necesario calcular el caudal del lodo producido en un día

entonces:

Qlodo = Plodo / % de volumen (3)

Qlodo = (8.8 Kg / día * 1 m3 / 1000Kg) / 0.01

Qlodo = 0.88 m3/ día

Todas estas variables se remplazan en la ecuación que determina el caudal

de recirculación, quedando de la siguiente manera:

CLR * QR + CAF * QAF + AS =CLM * (QR + QDÍA + QLODO)

_______________3. METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.1995.

8000 gr * QR + 33 gr/m3 * 606 m3/día + 8980 gr/ día

= 3000 gr m3 * (QR + 606 m3/día + 0.88 m3/día)

8000QRgr/m3 + 19998gr/día + 8980gr/día = 3000QRgr/m3 + 1818000gr/día +

2640 gr/día

8000QRgr/m3 - 3000QRgr/m3 = 1818000gr/día + 2640 gr/día -19998gr/día -

8980gr/día

5000QRgr/m3 = 1791662 gr/día

QR = (1791662 gr/día) / (5000gr/m3)

QR = 0.25 m3/min

Como ya se ha determinado el caudal de recirculación, entonces se debe

calcular el factor de recirculación que como parámetro de diseño (4) debe

ser mayor de 0.5 este factor se determina utilizando la siguiente relación:

FR = QR / Q

_____________________4. NOTAS DE CLASE DE DISEÑO Y OPERACIONES II Universidad de LaSalle. Ingeniero Oscar Páez. 2000.

Entonces:

FR = (0.25 m3/min) / (0.0071 m3/seg) * (60 seg/1 min)

FR = 0.59

Ahora es necesario definir la edad de lodos para el reactor de mezcla

completa (3), este debe ser de 5 a 15 días. Para determinar la edad de lodos

se utiliza la siguiente ecuación:

Elodo = (X * Vtanque) / Plodo

Elodo = (3 Kg/m3 * 25.55 m3) / 8.8 Kg/día

Elodo = 8.71 días

Por esta razón la edad de los lodos para este reactor es de

aproximadamente 9 días.

Como el volumen del tanque fue calculado sin tener en cuenta el caudal de

recirculación, entonces debemos rectificar del volumen del reactor implicado

QR y el tiempo de retención, entonces:

QTOTAL = Q + QR

_______________3. METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.1995.

QTOTAL = 0.42 m3/min + 0.25 m3/min

QTOTAL = 0.67 m3/min * 60 min/hora

QTOTAL = 40.2 m3/hora

Ya que los reactores de lodos activados de mezcla completa tiene un

tiempo de retención entre 2 � 5 horas (3), entonces se asume un T RET de 3

horas, dato con el cual se determinará el volumen del tanque:

Vtanque = Q total * T ret

Vtanque = 40.2 m3/hora * 3 horas

Vtanque = 120.6 m3

Una vez corregido el volumen del reactor, se deben recalcular las

dimensiones del mismo teniendo en cuenta que la profundidad o fondo del

tanque es de 3.5 m.

_______________3. METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.1995.

Vtanque = Atanque * P → Atanque = Vtanque / P

Donde:

Atanque : Área del tanque de aireación (m2)

Vtanque : Volumen del tanque de aireación (m3)

P : Profundidad del tanque de aireación (m)

Atanque = 120.6 m3/3.5

Atanque = 34.46 m2

Atanque = L * L

L = Atanque

Donde:

Atanque = Área del tanque de aireación (m2)

L = Largo o ancho del tanque de aireación (m)

Entonces:

L = 246.34 m

L = 5.87 m≈6 m

4.4.6 Sedimentación secundaria. Debido a que la sedimentación secundaria es

necesaria para que el reactor de lodos activados realice la recirculación del

lodo, entonces se requiere que el diseño de este sistema sea funcional en

la segunda fase del tratamiento.

Para que las unidades de sedimentación secundaria logren un optimo

funcionamiento es recomendable tener en cuenta los siguientes parámetros

de diseño:

Tabla 29. Parámetros de diseño para sedimentadores secundarios.PARÁMETRO DE DISEÑO VALOR VALOR TÍPICO

Profundidad del tanque (4) 7 � 10 pies (2.1 � 3.1 m)Tiempo de retención(4) 2 � 3 hVelocidad de sedimentación (3) 33 m/día (1.375 m/h)Diámetro (3) 3 a 60 m 12 a 45Pendiente de la solera (3) 6.25 a 16 mm/m 8mm/mVelocidad de los rascadores(3) 0.02 � 0.05 r/min 0.03 r/min

Fuentes:(3) METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.1995.(4) NOTAS DE CLASE DE DISEÑO Y OPERACIONES II Universidad de LaSalle. Ingeniero Oscar Páez. 2000.

Como el sistema de lodos activados maneja un caudal de 0.42 m3/min, se

hace necesario hacer una recirculación del caudal equivalente a 0.25

m3/min. El caudal de diseño para que el sedimentador secundario pueda

trabajar debe ser de 0.67 m3/min.

Una vez determinado el caudal de diseño para el sedimentador, se debe

determinar el área requerida por el mismo así:

Q = Vs * Ar → * Ar = Q / Vs

Donde:

Ar : Área requerida por el decantador (m2)

Q : Caudal que entra en el decantador (m3/h)

Vs : Velocidad de sedimentación (m/h)

Entonces:

Ar = hm

horam/375.1

1min/60min*/67.0 3

Ar = 29.23 m2

El volumen requerido para el sedimentador se calcula de la siguiente forma:

Q = Vr /Tr → Vr = Q * Tr

Siendo:

Vr : Volumen requerido por el tanque sedimentador (m3)

Tr : Tiempo de retención ( 2 a 3 h, se asume 2.5 h)

Entonces:

Vr = 0.67 m3/min * 60 min/1hora * 2.5 hora

Vr = 100.5 m3

Vr = ¶ * r2 * h → r = hVr */π

Siendo:

Vr : Volumen requerido para el sedimentador (m3)

r : Radio del tanque de sedimentación (m)

h : Profundidad del tanque de sedimentación (m)

Asumiendo que h = 3 m, al remplazar tendremos:

r = mm 3*/5.100 3 π

r = 3.27m , por lo tanto el diámetro del tanque es de 6.54 m ≈6.6 m

El diámetro de la barrera interna debe ser igual al 20% del diámetro total del

sedimentador, entonces:

D barreras = 20% D tanque

D barreras = 0.2 * 6.6 m

D barreras = 1.32 m

El diámetro de la parte inferior del tanque donde se recolectan los lodos

que se van a recircular en la segunda parte del tratamiento debe ser igual al

5% del diámetro del tanque:

D salida de lodos = 5% D tanque

D salida de lodos = 0.05 * 6.6 m

D salida de lodos = 0.33 m

La profundidad que debe tener la barrera debe ser igual al 30% de la

profundidad del tanque:

h barrera = 30% ha

h barrera = 0.3 * 3 m

h barrera = 0.9 m

Para definir el diámetro del tubo por donde entra el agua al sedimentador,

es necesario recordar que la velocidad dentro del tubo debe ser menor o

igual a 0.75 m/seg y que el caudal que entrará constantemente es de 0.42

m3/min, entonces:

A = Q/V

Donde:

A : Área de la sección transversal del tubo (m2)

Q : Caudal que pasa por el interior del tubo (m3/seg)

V : Velocidad del agua dentro del tubo (m/seg)

Al sustituir en la relación:

A = segm

segm/75.0

)60min/1(*min)/42.0( 3

A = 0.0094 m2

Con el área de la sección transversal, se determina el diámetro del tubo de

la siguiente manera:

A = ¶ * r2

r = π/A

Donde:

A : Área de la sección transversal del tubo (m2)

r : Radio de la sección transversal del tubo (m)

Sustituyendo tendríamos:

r = π/0094.0 2m

r = 0.055 m = 5.5 cm

Donde:

D tubo de llegada = 2 * 5.5 cm

D tubo de llegada = 11 cm = 4.33� ≈6 pulgadas

Como tubos de 5 pulgadas no se fabrican en Colombia, entonces se debe

sustituir por uno de 6�. Al implementar un tubo de este diámetro, se logrará

una velocidad del agua de 0.38 m/seg en el interior del tubo, que es

aceptable por ser menor de 0.75 m/seg.

Para determinar las dimensiones de los 4 orificios por donde sale el agua al

sedimentador, se utilizan las siguientes ecuaciones:

Q =4

min/42.0 3m

Q = (0.105 m3/min) * (1min/60seg)

Q = 0.00175 m3/seg

Como:

Q = 0.62 * S * hg **2

S = Q / (0.62 * hg **2 )

En la que:

Q : Caudal

S: Área de la sección del tubo

g : Gravedad

h : Profundidad de la salida del caudal, respecto al nivel del agua

Entonces al remplazar:

S = )05.0*/81.9*2(*)62.0(

)/00175.0(2

3

msegmsegm

S = 0.002849 m2

Para determinar el diámetro de los orificios de salida se deben hacer los

siguientes cálculos:

Como Área = S

Entonces:

S = ¶ * r2

r = π/S

Al remplazar se obtendrá:

r orificio = π/002849.0 2m

r orificio = 0.03 m, razón por la cual el diámetro es 0.06 m = 6 cm

Definiéndose de esta manera que los orificios por donde sale el agua al

sedimentador deben tener 6 cm de diámetro.

El canal situado alrededor del perímetro del tanque, por donde sale el agua

clarificada del sedimentador, se calcula teniendo en cuenta que la velocidad

del agua debe ser de 0.3 m/seg. Entonces:

Q = V/A →A = Q/V

Donde:

A : Área del transversal del cana (m2)

Q : Caudal que sale del sedimentador (m3/seg)

V : Velocidad del agua en el canal (m2)

Sustituyéndose se obtendrá:

A = segm

segm/3.0

60min/1min*/42.0 3

A = 0.023 m2

Con el área transversal del canal se determinan las dimensiones del mismo,

asi:

A = a * 2a 2Aa =→

Siendo:

A : Área del transversal del cana (m2)

a : Alto y ancho del canal (m)

Entonces:

a = 2/023.0 2m

a = 0.108 m = 10.8 cm ≈11 cm

Por esta razón, el canal se ubica alrededor del tanque de sedimentación,

tendrá 11 cm de alto y 22 de ancho.

Para determinar la cantidad de lodo que se producirá por el sedimentador

secundario, hay que tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño.

Tabla 30. Parámetros de diseño necesarios para determinar la cantidad delodos producidos por un sedimentador secundario.

PARÁMETRO DE DISEÑO VALOR

Rendimiento de eliminación 65%

Peso especifico del fango 1.25

Concentración de sólidos secos en el fango 0.8%

Concentración de sólidos suspendidos producidos por lossistemas biológicos

2000 mg/L

Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc GrawHill. 1995.

Recordando que se deben recircular 0.25 m3/min del caudal total (0.42

m3/min) entonces se deben evacuar del sistema 0.17 m3/min. De esta

manera se puede determinar la cantidad del lodo producido en un día. Esto

se hace de la siguiente forma:

Sólidos secos = Concentración como sólido seco * Concentración de SS

Sólidos secos = 0.65*2000mg/L * 1000L/1 m3 * 1gr/1000mg * 1 Kg/1000 gr

Sólidos secos = 1.3 Kg/m3

Fango sólido seco = Q * Sólidos secos

Fango sólido seco = 0.17 m3/min * 60 min/ 1h * 24 h/ día * 1.3 Kg/1000 gr

Fango sólido seco = 318.24 Kg/día

Q líquido = (Fango sólido seco ) / (% sequedad * Peso específico * S agua)

Q líquido = (318.24 Kg/día) / (0.008 * 1.25 * 1000 Kg/m3)

Q líquido = 31.82 m3 / día

Para determinar el diámetro del tubo que servirá para la recirculación de

lodos en la segunda fase, se utilizan las siguientes relaciones:

Como el Q recirculación es de 0.025 m3 / min, entonces:

A = segm

segm/75.0

60min/1min*/25.0 3

A = 0.0055 m2

Como el área recircular es:

A = ¶ * r2

r = π/A

r salida de lodos = π/0055.0 2m

r salida de lodos = 0.048 m

D salida de lodos = 0.0827 m = 8.27 cm

Luego el tubo destinado para la recirculación de lodos debe ser de 3�.

En la figura 9. se puede apreciar el esquema del tanque de sedimentación

secundaria.

Figura 9. Esquema básico del tanque de sedimentación secundario.

5. PROCEDENCIA Y CARACTERÍSTICAS DEL FANGO, MANEJO DE LODOS Y

CONTROL DE OLORES

5.1 PROCEDENCIA Y CARACTERÍSTICAS DEL FANGO

Para proyectar convenientemente las instalaciones para el tratamiento y

evacuación del fango, es necesario conocer la procedencia, cantidad y

características de los sólidos y del lodo a tratar.

La procedencia de los sólidos producidos en las plantas de tratamiento

varia en función del tipo de planta y del modo de explotación. Las

principales fuentes de sólidos y fango, y lodos generados, se indican en la

tabla 31.

Tabla 31. Procedencia de sólidos y fango en una instalación convencionalde tratamiento de aguas residuales.

OPERACIÓN TIPO DESÓLIDO

OBSERVACIONES

Desbaste Sólidosgruesos

Los sólidos gruesos se eliminan medianterejas de limpieza mecánica y manual. Lasbasuras incluyen todo tipo de materialesorgánicos e inorgánicos lo suficientementegrandes para ser eliminados por las rejas.

Desarenado Arenas yespumas

Las arenas están constituidas normalmente,por los sólidos inorgánicos mas pesados quesedimentan con velocidades relativamentealtas. Dependiendo de las condiciones defuncionamiento, las arenas también puedencontener cantidades significativas de materiaorgánica, especialmente arenas y grasa.

Trampa degrasas

Espumas ygrasas

La espuma esta formada por los materialesflotantes recogidos en la superficie de lastrampas. Incluye grasa, aceites minerales yvegetales, ceras, jabones entre otros. Elpeso especifico de la espuma es menor que1, generalmente 0.95.

Sedimentaciónsecundaria

Fangosecundarioy espumas

El fango digerido va por vía aerobia varia decolor marrón a marrón oscuro y tieneapariencia flocúlenla. El olor de este tipo defango no es molesto, se suele clasificarcomo moho. El fango aerobio bien digeridose deshidrata fácilmente en eras de secado.

Fangoactivado

Fangos El fango activado tiene generalmente unaapariencia flocúlenla de color marrón. Elfango en buenas condiciones tiene uncaracterístico olor a tierra, no es molesto.

Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc GrawHill. 1995.

5.2 MANEJO DE LOS LODOS.

Para tratar y evacuar el fango generado por las plantas de tratamiento de la

manera mas eficiente posible, es importante conocer las características de

los sólidos y del fango que se va a procesar.

Tabla 32. Manejo de lodos en cada proceso.

OPERACIÓN DISPOSICIÓN

DESBASTE Debido a que estos sólidos son de gran tamaño yposeen alto contenido de humedad, serecomienda almacenarlo en canecas, sacar elexceso de agua y tapar para evitar oloresposteriormente inertizar con cal y aplicar alterreno.

ARENAS Se propone mezclarlo con el lodo de lasedimentación y deshidratarlo, para llevarlo alrelleno sanitario donde nos servirá como materialde cobertura.

ESPUMAS Y GRASAS Deben ser recolectadas y almacenadas encanecas con sus respectivas tapas.

SEDIMENTACIÓNSECUNDARIA

Estos lodos pueden ser deshidratados, para suposterior utilización en el terreno.

Adaptada por el Autor.

5.3 CONTROL DE OLORES.

La proliferación sistemática de olores en las plantas de tratamientos se

puede minimizar prestando especial importancia a la contención de los

olores en los diferentes procesos, tomando las medidas de

amortiguamiento necesarias para que los olores se disipen, y asi evitar

malos olores alrededor de la planta.

Tabla 33. Distancia de amortiguamiento mínimas recomendados para ladisipación de los olores en las unidades de tratamiento.

PROESO DE TRATAMIENTO DISTANCIA DEAMORTIGUAMIENTO (m)

Tanque de sedimentación 125

Digestor de lodo 150

Unidades de procesado de fango(Eras de secado al aire libre)

150

Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc GrawHill. 1995.

Es necesario tener una distancia o área de amortiguamiento alrededor de la

planta entre 400 y 500 metros.

6. OBSERVACIONES DE CONSTRUCCIÓN

6.1 LOCALIZACIÓN

La planta de tratamiento se localizará en la parte de la zona de reserva

contigua al conjunto Chipre, este lugar se encuentra a 265 mt de nivel del

mar, siendo esta una de las partes mas bajas del club, donde se pueden

conducir las aguas residuales por gravedad y así evitar el bombeo el cual

generaría altos costos en el consumo de energía. Además la zona presenta

una barrera natural y con la distancia adecuada (400 metros) para evitar la

ploriferación de olores que puedan afectar a la comunidad.

6.2 CONSTRUCCIÓN

Debido a que este es el diseño hidráulico de la planta de tratamiento, las

observaciones de construcción y costos de la misma dependen del diseño

estructural y del estudio de suelos, ya que estos determinarán la

composición de las estructuras, los materiales necesarios, tiempo de

construcción y otras variables que son fundamentales para la estimación

del costo total del proyecto. Sin embargo se sugiere la secuencia que se

deberá seguir el proceso de construcción de la planta de tratamiento en el

momento que se vayan a llevar a cabo las obras concernientes al sistema

de tratamiento de aguas residuales:

! Limpieza y acondicionamiento de la zona.

! Adecuación de vías de acceso.

! Nivelación.

! Excavaciones.

! Cercas metálicas y vivas.

! Construcción de las estructuras de la primera fase del sistema de

tratamiento (rejillas, canaleta Parshall, desarenador, trampa de grasas y

sedimentador.

! Instalaciones eléctricas.

6.3 OPERACIÓN

Una vez finalizada la construcción de todas las estructuras de la planta de

tratamiento se debe proceder al arranque; consiste en hacer fluir el agua

por todas las estructuras para que empiece la actividad biológica y de esta

manera la degradación de la materia orgánica. Por ser un tratamiento

biológico, los resultados no se consiguen inmediatamente, sino que se debe

esperar un tiempo que generalmente es de 15 � 20 días. Durante este

periodo comienza la actividad biológica, es decir, empieza el crecimiento de

la población bacteriana en el reactor de lodos activados. Una vez que

exista una buena población de microorganismos, se empieza a degradar la

materia orgánica de forma constante. Por esta razón los resultados se

consiguen después de que haya transcurrido un periodo de tiempo. A

continuación se presenta el diagrama de flujo de la planta de tratamiento.

CONCLUSIONES

! Se diseño un sistema de tratamiento para las aguas residuales del Club

Puerto Peñalisa el cual cumplirá en su totalidad con las remociones o

parámetros exigidos por el Decreto 1594 de 1984.

! El sistema calculado estará por encima del 85% de eficiencia, logrando una

disminución de las cargas contaminantes sobre el río Sumapaz.

! Con la implementación del sistema de lodos se disminuye casi en su

totalidad los agentes patógenos, presentes en el agua residual, evitando de

esta manera alteraciones en la salud de la comunidad y aumentando así la

calidad de vida.

! Teniendo en cuenta que el caudal no es tan grande y que el tamaño de las

estructuras propuestas son relativamente pequeñas, la extensión de terreno

será poco considerable. Esto significa una gran ventaja, debido a los costos

de las tierras en este lugar.

! Es importante que se realicen las obras encaminadas a separar las aguas

lluvias de las aguas residuales, para evitar cargas de choque que puedan

alterar el funcionamiento de la planta.

RECOMENDACIONES

! Cuando se realice el vertimiento de las piscinas, el agua debe ser

conducida al alcantarillado pluvial, para evitar que las reacciones biológicas

dentro del sistema no se vean afectadas.

! Será indispensable hacer la separación de las aguas residuales de las

aguas lluvias, para disminuir tanto el caudal generado como los costos de

tratamiento. Las aguas lluvias deberán ser conducidas directamente al río

Sumapaz, sin pasar por los pozos sépticos para evitar su contaminación.

! Se debe educar a la comunidad sobre el tipo de residuos que pueden

arrojar al alcantarillado sanitario.

! Se deberá construir un colector principal el cual recoja las aguas residuales

antes del punto de vertimiento, para conducirlas al lugar determinado para

la construcción de la planta de tratamiento de las aguas residuales del Club

Puerto Peñalisa.

! El lugar determinado para la construcción de la planta deberá estar a mas

de 500 metros de la ultima casa del Club Puerto Peñalisa.

! Se debe realizar un monitoreo diario para asegurarse, de que todos los

sistemas estén funcionando correctamente.

! Extraer y mantener limpias de cualquier tipo de sólido, las estructuras del

sistema.

! Vigilar que los aireadores estén funcionando correctamente.

! Asegurarse que el caudal de recirculación entre al tanque de sedimentación

secundaria y el reactor de lodos sea constante.

! Para evitar la presencia de agentes patógenos en el lodo se puede aplicar

el proceso de estabilización con cal.

! Se deben conservar los árboles cercanos a la planta de tratamiento con el

fin de que puedan servir como cerca viva, para evitar la propagación de

olores y minimizar el impacto visual.

! La construcción del sistema de tratamiento de aguas residuales para el

Club Puerto Peñalisa es importante porque disminuye el impacto sobre el

ambiente y participa en la búsqueda de un desarrollo sostenible.

BIBLIOGRAFÍA

! METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill.

1995.

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