planta de tratamiento compuesta para el …
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PLANTA DE TRATAMIENTO COMPUESTA PARA EL
PROCESAMIENTO DE LIXIVIADOS GENERADOS POR EL
RELLENO SANITARIO “PARQUE ECOLÓGICO PRADERAS DEL
MAGDALENA” CON LA FINALIDAD DE OBTENER UN
AFLUENTE APROVECHABLE PARA EL USO DE RIEGO
HENRY FARID MUÑOZ GARCÍA
KAREN ESTEFANI OLIVEROS VARGAS
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA
SECCIONAL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
GIRARDOT
2014
PLANTA DE TRATAMIENTO COMPUESTA PARA EL
PROCESAMIENTO DE LIXIVIADOS GENERADOS POR EL
RELLENO SANITARIO “PARQUE ECOLÓGICO PRADERAS DEL
MAGDALENA” CON LA FINALIDAD DE OBTENER UN
AFLUENTE APROVECHABLE PARA EL USO DE RIEGO
HENRY FARID MUÑOZ GARCÍA
KAREN ESTEFANI OLIVEROS VARGAS
Documento presentado a la Facultad de Ingeniería Civil para
evaluar la viabilidad del Proyecto de Grado
Asesores
OSCAR TORRES A. y CÉSAR DEFRANCISCO L.
Ingenieros Civiles
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA
SECCIONAL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
GIRARDOT
2014
3
Nota de aceptación
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Jurado
Girardot, 17 de julio de 2019
4
Quiero dar gracias a Dios por darme la fortaleza, paciencia e iluminar mi
mente, por haber puesto en mi camino aquellas personas que han sido mi
soporte y compañía durante todo el período de estudio y lograr el objetivo
de terminar mi carrera profesional.
Igualmente a mis padres y hermanos quienes son la principal motivación
en esta etapa de mi vida y me brindaron el apoyo para terminar mis
estudios superiores llenándome de motivación día a día para lograr mi
objetivo.
Karen
A mi querida familia, le doy gracias a Dios por haberme dado la fortuna
de unos padres de buen corazón y les doy gracias por el esfuerzo que
hacen a diario para que no me falte nada, con su apoyo incondicional, este
sueño se realizó.
Verlos juntos me hace pensar en lo afortunado que soy, gracias papá por
enseñarme a nunca rendirme ante los problemas, gracias mamá por
enseñarme que con amor y dedicación puedo alcanzar el éxito.
Son los mejores padres que un hijo podría tener, los amo con todo mi
corazón.
Henry
5
AGRADECIMIENTOS
A mis asesores les doy gracias por la atención , orientación y tiempo así
mismo el apoyo, y por la sabiduria que me trasmitieron en el desarrollo de
mi proyecto para llevarlo a cabo durante este periodo
6
CONTENIDO
pág.
AGRADECIMIENTOS 5
RESUMEN 13
ABSTRACT 14
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15
2. JUSTIFICACIÓN 18
3. OBJETIVOS 20
3.1 OBJETIVO GENERAL 20
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 20
4. MARCOS DE REFERENCIA 21
4.1 MARCO HISTÓRICO 21
4.1.1 Antecedentes. Tratamiento de Lixiviado Del Relleno
Sanitario De Montevideo. 21
4.1.2 Tratamiento De Lixiviados Producidos En El Relleno Curva
De Rodas En Medellín. 23
4.1.3 Adecuación y llenado de las celdas. 27
4.2 MARCO TEÓRICO 32
4.2.1 Niveles de tratamiento. 32
4.2.2 Lixiviados 39
4.3 MARCO LEGAL 41
7
5. RESULTADOS OBTENIDOS DEL ANÁLISIS A LOS
LIXIVIADOS DEL RELLENO SANITARIO PARQUE ECOLÓGICO
PRADERAS MAGDALENA 42
5.1.1 Tratamientos conocidos en la reducción de lixiviados según
RAS 2000. 45
5.1.2 Digestión Anaerobia. 46
5.1.3 Tratamiento de lodos y procesos anaeróbicos. 49
5.1.4 Digestión Aerobia. 50
5.2 EVALUACIÓN DE LA DEMANDA DE OXIGENO 52
5.3 DEMANDA BIOQUÍMICA O BIOLOGÍA DE OXIGENO 52
5.4 EVALUACIÓN QUÍMICA DE LA DEMANDA DE OXIGENO 53
5.5 DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO 53
6. METODOLOGÍA 55
6.1 PROPUESTA DE TRATAMIENTO PARA LOS LIXIVIADOS
PRADERAS DEL MAGDALENA 56
6.1.1 Tratamiento Preliminar 56
6.2 TRATAMIENTO PRIMARIO 60
6.3 TANQUE CLARIFICADOR 64
6.4 DETERMINACIÓN DEL BALANCE HÍDRICO 68
6.5 CONDICIONES PARA DISEÑO DE AIREADORES EN
CASCADA 69
6.6 MEZCLA RÁPIDA EN CANAL RECTANGULAR CON
RESALTO HIDRÁULICO 70
7. PROPUESTA DE DISEÑO 72
8
7.1 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN 75
7.2 AIREADORES EN CASCADA 77
7.3 AIREADOR MANUAL PARA REMOCIÓN DE HIERRO Y
MAGNESIO 79
7.4 MEZCLA RÁPIDA EN CANAL RECTANGULAR CON
RESALTO HIDRÁULICO 83
7.5 FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL 88
7.6 TANQUE HOMOGENIZADOR 93
7.7 DISEÑO DEL REACTOR UASB 97
7.7.1 Dimensión del reactor 97
7.8 TANQUE CLARIFICADOR 102
7.8.1 Lecho de secados. 103
7.9 TRATAMIENTO DE LODOS Y PROCESOS ANAERÓBICOS 103
7.10 FILTRO RÁPIDO 104
7.11 FILTRO LENTO 106
7.12 FILTRO DE ABSORCIÓN DE CARBÓN ACTIVADO 108
8. PRESUPUESTO PARA CONSTRUCCIÓN DE PLANTA DE
TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS PARQUE ECOLÓGICO
PRADERAS DEL MAGDALENA 110
9. CONCLUSIONES 111
BIBLIOGRAFÍA 112
ANEXO A. ARTÍCULO CIENTÍFICO 115
9
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Rangos típicos de concentraciones principales de los
lixiviados jóvenes y viejos en un relleno sanitario. 39
Tabla 2. Resultados de ensayos de características físico químicos
del relleno PRADERAS DEL MAGDALENA. 42
Tabla 3. Resultados esperados en el tratamiento del lixiviado,
relleno praderas del magdalena. 44
Tabla 4. Coeficientes de escurrimiento 69
Tabla 5. Parámetros típicos para diseño de cascadas de
oxigenación 70
Tabla 6. Resultados del cálculo para la generación de lixiviado. 74
Tabla 7. Dependencia de la concentración de oxigeno disuelto
respecto a la temperatura del agua (Bain y Stevenson 1999) 78
Tabla 8. Cálculo del volumen de igualamiento. 94
Tabla 9. Cálculo del efecto de igualamiento sobre la DBO. 95
Tabla 10. Efectos del igualamiento 96
10
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Mapa conceptual, descripción de problema. Año 2014. 17
Figura 2. Relleno Sanitario Parque Ecológico Praderas Del
Magdalena. 21
Figura 3. Mapa del Relleno Sanitario Praderas Del Magdalena 26
Figura 4. Corte y nivelación del piso de la celda con maquinaria
amarilla 28
Figura 5. Impermeabilización con arcilla MUÑOZ, H. 29
Figura 6. Excavación zanja para tubería de recolección de lixiviado 29
Figura 7. Instalación de Geotextil sobre el piso de la celda. 29
Figura 8. Aplicación de Bentonita y conformación del Sándwich. 30
Figura 9. Instalación de Geomembrana sobre el piso de la celda 30
Figura 10. Instalación de Geomembrana en las zanjas y los taludes
de la celda. 30
Figura 11. Instalación de tubería y conformación de filtro. 31
Figura 12. Filtros en piedra conectados a chimeneas. 31
Figura 13. Esquema general de un reactor UASB. 36
Figura 14. Flujo de sustrato como materia orgánica a través de
una comunidad biológica anaerobia. 49
Figura 15. Esquema general del sistema de digestión aeróbica. 51
Figura 16. Piscinas de lixiviados del Relleno Sanitario Praderas
del Magdalena. 56
11
Figura 17. tanque de sedimentacion rectangular. 57
Figura 18. Aireador de cascada tipo escalera. 58
Figura 19. Aireador manual para remoción de metales. 59
Figura 20. Canal rectangular con resalto hidráulico 60
Figura 21. Floculación y precipitación de flujo horizontal. 61
Figura 22. Aireador manual para remoción de metales. 62
Figura 23. Piscina 2 para base de tanque homogeneizador. 62
Figura 24. Reactor UASB 63
Figura 25. Tanque Clarificador 64
Figura 26. Filtro rápido de flujo ascendente. 65
Figura 27. Filtro Lento 66
Figura 28. Plano relleno sanitario praderas del magdalena. 67
Figura 29. distribucion de los procesos de la planta de tratamiento 67
Figura 30. Esquema de planta de tratamiento para el diseño. 68
Figura 31. Mecanismos de coagulación 71
Figura 32. Tanque de sedimentacion rectangular 76
Figura 33. Aireador de cascada tipo escalera. 77
Figura 34. Aireador manual para remoción de hierro y magnesio. 80
Figura 35. Configuración del resalto en un vertedero rectangular. 84
Figura 36. Floculador hidráulico de flujo horizontal. 88
Figura 37. Detalle de impermeabilización 89
12
Figura 38. Tanque homogenizador 93
Figura 38. Cálculo del volumen de igualamiento. 95
Figura 40. Efectos del igualamiento 97
Figura 41. Criterios de diseño del reactor UASB 101
Figura 42. Sección de vertedero de forma triangular 102
Figura 43. Tanque clarificador 103
Figura 44. Filtro rápido de flujo ascendente. 106
Figura 45. Filtro lento de arena y su sistema de control de flujo
mediante válvulas. 108
Figura 46. Filtro de absorción de carbón activado. 109
Figura 47. Tanque efluente tratado 109
13
RESUMEN
Los lixiviados que se generan en un Relleno sanitario son aguas
residuales de características especiales, producto de la descomposición
bioquímica que sufren las basuras después de ser dispuestas y por la
infiltración de las aguas lluvias que llegan a tener contacto directo con las
basuras. Los lixiviados se caracterizan por su alto contenido de materia
orgánica e inorgánica, alto contenido de patógenos y metales pesados"
MENDOZA, A MslC. II Simposio Iberoamericano de Ingeniería de residuos.
(2009). En el Parque Ecológico Praderas del Magdalena, operado por la
empresa Ser Ambiental S.A. E.S.P., se ha de diseñar la Planta de
tratamiento con la finalidad de obtener un afluente que cumpla con los
requerimientos ambientales exigidos por la autoridad ambiental
competente y aprovecharlos para el riego de todas las zonas verdes,
barreras vivas y coberturas vegetales sobre las celdas clausuradas. Para
el tratamiento se tendrán en cuenta las tres piscinas que actualmente
funcionan en el relleno realizando un pretratamiento de recirculación,
mediante las cuales servirán de base para el acondicionamiento de los
métodos para el tratamiento del lixiviado como son precipitación,
homogeneización, tratamiento anaerobio mediante un reactor UASB y
pulimento de las aguas.
Palabras clave: Parque Ecológico Praderas del Magdalena, Lixiviados,
DBO5, SST, Afluentes, REACTOR UASB.
14
ABSTRACT
leachate generated by landfill wastewater are of special features,
biochemical decomposition product of the garbage suffering after being
arranged and infiltration of rainwater coming into direct contact with the
waste. The leachates are characterized by their high content of organic
and inorganic matter, high in pathogens and heavy metals "Mendoza, a
mslc. II Iberoamerican Symposium on Engineering of Waste. (2009.) in
the grasslands ecological park Magdalena, operated by the company being
environmental S.A. E.S.P., has to design the treatment plant in order to
obtain a tributary that meets the environmental requirements demanded
by the competent environmental authority and leverage to irrigate all the
gardens, hedgerows and vegetation cover on cells closed. to treat the three
pools currently operating in the filling making a pretreatment
recirculation through which will be the basis for the design of methods for
the treatment of leachate and will be considered include precipitation,
homogenization, anaerobic treatment uasb and polishing using a water
reactor.
Keywords: Magdalena Grasslands Ecological Park, Leachate, Bod, TSS,
Tributaries, UASB reactor (Muñoz Oliveros).
15
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El siguiente trabajo se realiza pensando en la necesidad de hacer un
estudio para los lixiviados del parque ecológico praderas del Magdalena
de la ciudad de Girardot, con el fin de conocer las características para
plantear una metodología adecuada y eficaz de depuración, ya que en la
actualidad se lleva cabo un método de recirculación que no cuenta con la
capacidad para depurar los líquidos y en época de invierno la masa se
satura lo cual lleva a la acumulación de los lixiviados en las piscinas
conformándose como fuente de contaminación al aire, y presentando
riesgo de rebosamiento que puede generar contaminación producto de la
descomposición de desechos peligrosos inflamables, corrosivos, reactivos,
tóxicos, radioactivos, infecciosos, o mutagénicos , y contenido de materia
orgánica que componen el lixiviado produciendo un impacto socio
ambiental.
Es así como nace la idea de modificar y hacer que la metodología actual
sea reemplazada por un tratamiento adecuado que permita que estas
aguas tengan la finalidad de servir de riego, y así prevenir la
contaminación futura de los suelos y de las aguas superficiales, lo que
además contribuirá a la mitigación de los impactos ambientales.
El relleno sanitario Parque Ecológico Praderas del Magdalena ubicado en
la ciudad Girardot vía Nariño km 13 actualmente recibe un promedio de
350 ton/día de residuos sólidos de 42 municipios afiliados al relleno,
dentro de los cuales, la ciudad de Girardot es uno de sus mayores
aportantes.
Debido a que este problema no se presenta solo en “praderas del
magdalena”, se tiene el conocimiento de los tratamientos biológicos y
físico químicos que se han implementado para los diferentes rellenos
sanitarios que actualmente tratan los lixiviados en Colombia como son el
relleno sanitario; el guayabal de la ciudad de San José de Cúcuta, Relleno
sanitario de navarro en Santiago de Cali, parque ambiental los pocitos en
Barranquilla, Universidad Nacional sede Manizales, donde pusieron a
prueba dos reactores piloto aerobio y anaerobio (tipo biodisco y UASB).
Las discrepancias entre un sistema y el otro se muestran significativas ya
que cada uno de los procesos de tratamientos están enfocados en tratar
diferentes características de lixiviado lo cual hace que ninguno de los
referenciados anteriormente tengan una eficacia total.
16
La investigación (tratamiento biológico del lixiviado generado en el
relleno sanitario el Guayabal de la ciudad de San José de Cúcuta),
realizado por Alexander Álvarez Contreras y Jhon Hermógenes Suárez
Gelvez, es concluyente ya que pusieron a prueba los dos tipos de
tratamiento para el mismo relleno sanitario teniendo diferentes
resultados para cada uno de los procesos.
El sistema de Biodisco mostró una alta remoción de nitrógeno amoniacal;
esto es muy importante, ya que este elemento causa eutrofización en
fuentes hídricas. La eliminación del nitrógeno principalmente se ejerce
por los procesos de nitrificación y desnitrificación que allí ocurren.
Los resultados de porcentajes de remoción reportados para el Sistema
Anaerobio Reactor UASB no alcanzaron un nivel alto esperado, ya que
obtuvieron valores menores de 65,45%, a concentraciones bajas de DQO.
Sin embargo, es necesario resaltar la necesidad de controlar el pH del
lixiviado en el afluente; en este caso particular, el lixiviado posee un alto
contenido de nitrógeno amoniacal, y como consecuencia de un aumento de
pH, se puede alcanzar concentraciones inhibitorias de amoníaco libre.
La alcalinidad y el alto contenido de nitrógeno amoniacal son factores que
influyeron considerablemente en el comportamiento del proceso de tra-
tamiento anaerobio evaluado, debido a que el nitrógeno amoniacal
ocasionó inhibición a las bacterias metanogénicas.
La tecnología UASB y Biodisco no pueden ser usados como único sistema
de tratamiento de lixiviados, ya que el efluente del tratamiento aún
conserva altas concentraciones de carga contaminante.
En función de las experiencias realizadas hasta el momento, se considera
que es preferible una combinación de tratamiento anaerobio, seguido de
un posterior proceso aerobio. En la etapa anaerobia se consigue una
primera reducción de la carga orgánica que puede completarse luego con
el sistema aerobio. En caso de problemas ocasionados por sobrecargas en
el reactor anaerobio o cambios en la composición del lixiviado, un sistema
de Biodisco está en condiciones de soportar esas variaciones.
Basado en las experiencias y a la problemática mencionadas se propone
un método de tratamiento biológico, aerobio y anaerobio el cual se
realizara por medio de la construcción de una planta de tratamiento que
funcionara por gravedad para el proceso en el que constara de tratamiento
17
preliminar, secundario y terciario seguido del proceso de un reactor UASB
para la degradación de la materia orgánica de los lixiviados del relleno
Parque Ecológico Praderas del Magdalena, de manera que el proceso
tenga la finalidad de que las aguas tratadas sirvan de riego para las zonas
verdes del relleno.
Según los resultados que arrojan sobre este tratamiento en los diferentes
centros donde se han implementado, han resultado ser eficaces en el
proceso esperado, no obstante para el tratamiento de las aguas del parque
ecológico praderas del magdalena se tiene la incógnita debido a que no se
han tenido registro anterior de este tipo de configuración. Y por
consiguiente no se ha logrado precisar un tratamiento general para todo
tipo de lixiviado, de manera que se analizaran las características del
lixiviado a tratar, (MUÑOZ Y OLIVEROS).
Figura 1. Mapa conceptual, descripción de problema. Año 2014.
Fuente. (Muñoz y Oliveros 2013).
18
2. JUSTIFICACIÓN
Nuestro proyecto pretende demostrar que existen soluciones viables al
problema de la contaminación proveniente de los lixiviados del PARQUE
ECOLÓGICO PRADERAS DEL MAGDALENA, Debido a la alta
probabilidad de rebose de los lixiviados en las piscinas por consecuencia
del invierno y demanda de residuos sólidos urbanos lo cual contaminaría
las zonas aledañas al relleno sanitario.
Con la realización del proyecto se estimara la forma de hacer que el
proceso para el tratamiento de los lixiviados se realice sencilla
eficazmente, obteniendo resultados de eliminación de carga contaminante
en un 75% cumpliendo con las condiciones establecidas por la CAR en la
resolución 408 de 2005 de la CAR, Artículo 40 de los criterios de calidad
admisibles para uso agrícola teniendo en cuenta parámetros como el
espacio disponible, el presupuesto, y su fácil operación.
Se hace necesario proponer un método para estos líquidos altamente
contaminados sean tratados y evitar impactos socios-ambientales debido a
sus compuestos tóxicos. Ya que Girardot tuvo una mala experiencia con el
antiguo botadero a cielo abierto, ubicado unos km antes del actual relleno
sanitario, en el cual no se hizo ningún esfuerzo por tratar ni contener los
lixiviados que allí se generaban causando un grave impacto sobre la zona
de influencia del mismo. El problema se presenta cuando los vertidos,
contienen metales pesados, bacterias patógenas y otras sustancias,
superan la capacidad de autodepuración de los medios acuáticos,
Este caso nos sirve de experiencia para proponer una solución a esta
problemática y así mismo sensibilizar a las personas ya que sin darnos
cuenta se están agotando los recursos hídricos y la fertilidad de los suelos.
Con la realización de este proyecto se obtendrá la experiencia en el
conocimiento para la ejecución del proceso de los tratamientos del
lixiviado producto de la descomposición de los residuos de la zona, ya que
su composición físico-química y bacteriológica varía en comparación a
otros rellenos de Colombia
En la ejecución del proyecto se espera obtener que el afluente contenga la
menor carga contaminante y un alto grado de material fertilizante para
aprovecharlo en el uso agrícola de plantas ornamentales del relleno
sanitario y demostrar que estos recursos pueden ser utilizados de manera
19
eficiente y responsable sin causar impacto ambiental ni desequilibrio
biológico.
De acuerdo con las investigaciones y métodos realizados en Colombia por
diferentes entidades públicas y privadas, demuestran que los métodos
tradicionales suelen ser eficientes hasta cierto grado ya que dependen
directamente del tamaño de la planta, y de los tratamientos físico-
químicos que allí se realicen sin importar el tipo de tratamiento (aerobio o
anaerobio). Siendo así un sistema confiable pero muy costoso para
algunas administraciones que carecen de recursos para implementarlos,
es por eso que se plantea una configuración de bajos costos de
construcción y operación, eficaz y audaz, la cual está encaminada a
cumplir con los requerimientos que las autoridades ambientales han
impuesto.
El planteamiento de este proyecto servirá como base para la justificación
de otras investigaciones que quieran seguir desarrollando con lo que
respecta a este tema, debido a que está fundamentado en el análisis
científico y estudios que tienen aceptabilidad y viabilidad en la
determinación de los tratamientos para los lixiviados. Dando la
posibilidad de iniciar investigaciones en el laboratorios desarrollando la
idea que planteamos teóricamente, convirtiéndola en PTAR’s piloto que
confirmen nuestras teorías o arrojen otros resultados favorables o
desfavorables, (MUÑOZ Y OLIVEROS).
20
3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Caracterizar la carga contaminante de los lixiviados y plantear los
tratamientos adecuados para la depuración de las aguas y mediante los
resultados esperados lograr que los procesos de tratamiento eliminen el
75 % de carga contaminante y demostrar que funcionan y contribuyen con
el medio ambiente, para aprovechar el afluente en el uso de riego de
plantas ornamentales Y así mismo obtener el tratamiento de los lixiviados
a un bajo costo de construcción y operación.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Evaluar las características de los lixiviados a tratar para precisar el
tratamiento a ejecutar.
Proponer un tratamiento que funcione a bajo costo con los
requerimientos exigidos y que de los resultados esperados.
Demostrar que el tipo de tratamiento planteado cumpla con los
requerimientos exigidos por la autoridad ambiental competente.
21
4. MARCOS DE REFERENCIA
4.1 MARCO HISTÓRICO
En abril de 2004 ingresa a la región del Alto Magdalena, Ser
Ambiental S.A. E.S.P., una empresa de girardoteños cuya
filosofía es prestar un servicio domiciliario de aseo
verdaderamente público, equitativo y de calidad. Con lo cual se
presenta el Estudio de Impacto Ambiental el 9 de diciembre de
2004 en Audiencia Pública.
El 9 de marzo de 2005 la CAR, Otorga a Ser Ambiental S.A.
E.S.P. la Licencia Ambiental mediante Resolución No. 408 para
la construcción, puesta en marcha, operación, clausura y pos
clausura de un relleno sanitario (SER AMBIENTAL 2013).
Figura 2. Relleno Sanitario Parque Ecológico Praderas Del
Magdalena.
Fuente. Los autores.
“El día 8 de noviembre de 2005, la CAR mediante Resolución No. 2013 de
fecha 28 de octubre de 2005, autoriza a Ser Ambiental S.A. E.S.P. para
recibirle los residuos sólidos domiciliarios a 20 municipios más de la parte
sur de Cundinamarca, ante el inminente cierre del relleno La Recebera
localizado en el municipio de Girardot” (SER AMBIENTAL 2013).
4.1.1 Antecedentes. Tratamiento de Lixiviado Del Relleno Sanitario De
Montevideo.
22
El lixiviado producido en el relleno sanitario de Montevideo, en
Uruguay, tiene las siguientes características promedio: DQO,
18.500 mg/L; DBO, 10.500 mg/L; N-NH4, 1.500 mg/L; P, 17
mg/L; pH, 8. Este fue tratado por medio de un reactor UASB de
acrílico con un volumen de 11 litros y con un reactor de biodiscos
como post-tratamiento. Se utilizó un inóculo proveniente de un
reactor anaerobio, llenando con este aproximadamente un tercio
del reactor.
Los parámetros de seguimiento y control fueron demanda
química de oxigeno: (DQO), Ácidos grasosos volátiles (AGV),
alcalinidad, nitrógeno total y amoniacal, producción y
composición de gas, además de concentración de metales en el
lodo y los perfiles de sólidos en el reactor.
En una primera etapa se realizaron experiencias durante 10
meses con un aumento progresivo de carga a fin de determinar
la carga máxima admisible. En esta etapa se llegó a valores de
carga hasta 9 kg DQO/ m3.d en promedio (valor máximo
puntuales de 14 kg DQO/ m3.d) y la eficiencia desde un
principio se mantuvo en torno a 80%. En esta etapa se tuvieron
problemas de funcionamiento cuando hubo un aumento en el pH
del lixiviado crudo (8,5-9), lo que produjo un aumento en el
amoníaco libre, por encima de los valores reportados como
inhibitorios; esta inhibición se contrarrestó con un ajuste en el
pH.
En la segunda etapa se operaron dos reactores UASB en
paralelo, uno de ellos agregando fósforo en la alimentación. Las
cargas máximas alcanzadas fueron 24 kg DQO/ m3 con remoción
de 75% para el reactor sin adición de fósforo y de 90% para el
reactor con adición de fósforo. Se observó mayor acumulación de
sólidos fijos en el reactor sin agregado de fósforo y compactación
de lodos en el fondo del reactor. No se observó inhibición por
acumulación de metales en el periodo de funcionamiento del
reactor anaerobio. De acuerdo a los resultados obtenidos, el
sistema UASB-Biodiscos operaría con una eficiencia global del
94% de remoción de DQO (BORZACCONI -1996).
23
4.1.2 Tratamiento De Lixiviados Producidos En El Relleno Curva
De Rodas En Medellín.
Esta investigación tuvo como objetivo evaluar el desempeño de
los reactores anaerobios de flujo ascendente en lecho suspendido
(UASB) y en lecho fijo de filtros anaerobios (FAFA) escala de
laboratorio.
El reactor UASB en el cual se realizó el estudio es una columna
construida en acrílico transparente de 14 cm de diámetro y 25 L
de capacidad con dispositivos para extracción de muestras de
lodo, sedimentación de sólidos, trampa desnatadora y campana
de recolección de gases. Fue inoculado con 10,2L de lodo
proveniente de un UASB que trata aguas residuales domesticas
de tipo floculento, el cual presento una AME (actividad
metanogénica especifica) entre 0,08 y 0,2 kg DQO/g sólidos
suspendidos volátiles (SSV).
En el reactor UASB se manejaron cargas entre 1 y 24,8 kg
DQO/m3.d con eficiencias de remoción entre el 30% y el 90%
para TRH (tiempos de retención hidráulica) entre 3 y 5 d. Se
presentó un aumento de pH hasta 9,5 lo que causo la "caída" del
sistema. La capacidad buffer del sistema presentó un valor
Medio de 0,26 (AGUDELO, R. 1996).
Proyecto de investigación realizado por la Universidad Francisco De
Paula Santander y el Relleno Sanitario “El Guayabal” de San José De
Cúcuta.
En este trabajo se realizó un diagnóstico de calidad y cantidad
del lixiviado generado en el relleno sanitario "El Guayabal" de
la ciudad San José de Cúcuta, y se evaluaron dos sistemas de
tratamiento biológico a escala laboratorio para este lixiviado.
El lixiviado en el momento de la experiencia presentaba un
rango de DBO de 7.650 a 28.250 mg/L. Los sistemas de
tratamiento ensayados fueron: un reactor anaerobio del tipo
UASB y un sistema de Biodiscos. La carga máxima asimilada
por el sistema de Biodiscos fue de 31 gDQo/m2*d, con una
eficiencia de remoción promedio en DBO de 70% y eficiencias de
remoción máximas por encima del 90% para una carga óptima
24
en un rango de 15 a 20 gDQo/m2*d; además, este sistema
presentó gran estabilidad frente a variaciones importantes en
cuanto a las características del lixiviado y ausencia de olores
desagradables. Los porcentajes de remoción de DBO en el
reactor UASB eran muy variables, con picos bajos y caídas muy
marcadas, que indican que no se presentaba un funcionamiento
óptimo del proceso durante la mayor parte del período de
operación del reactor UASB; esto se debió principalmente a que
no se tuvieron en cuenta las estrictas condiciones de este
sistema.
El sistema de biomasa fija tipo Biodiscos presentó buena
eficiencia de remoción y gran estabilidad frente a variaciones
importantes en la composición del lixiviado y en la carga
orgánica. La carga óptima del reactor de Biodiscos se encontró
en un rango de 10 a 20 gDQO/m2*d; éste fue el rango en el cual
el sistema de Biodiscos alcanzó los más altos valores en
porcentaje de remoción de DQO, con un promedio de 75,88%, un
valor máximo de 91,91% y un valor mínimo de 52,29%.
Los resultados de porcentajes de remoción reportados para el
Sistema Anaerobio Reactor UASB no alcanzaron un nivel alto
esperado, ya que obtuvieron valores menores de 65,45 %, a
concentraciones bajas de DQO. Sin embargo, es necesario
resaltar la necesidad de controlar el pH del lixiviado en el
afluente; en este caso particular, el lixiviado posee un alto
contenido de nitrógeno amoniacal, y como consecuencia de un
aumento de pH, se puede alcanzar concentraciones inhibitorias
de amoniaco libre.
De acuerdo con los resultados obtenidos en el transcurso de la
operación del reactor UASB, la selección del lodo de inóculo es
un factor importante en el proceso de degradación anaerobia; no
sólo se debe tener presente la procedencia del lodo, sino también
sus características de sedimentabilidad, concentración de SST y
SSV, la Actividad Metanogénicas Específica y la relación
SSV/SST, ya que estos parámetros definen la calidad del
inóculo.
La alcalinidad y el alto contenido de nitrógeno amoniacal son
factores que influyeron considerablemente en el comportamiento
25
del proceso de tratamiento anaerobio evaluado, debido a que el
nitrógeno amoniacal ocasionó inhibición a las bacterias
metanogénicas.
La tecnología UASB y Biodisco no pueden ser usados como único
sistema de tratamiento de lixiviados, ya que el efluente del
tratamiento aún conserva altas concentraciones de carga
contaminante
En función de las experiencias realizadas hasta el momento, se
considera que es preferible una combinación de tratamiento
anaerobio, seguido de un posterior proceso aerobio. En la etapa
anaerobia se consigue una primera reducción de la carga
orgánica que puede completarse luego con el sistema aerobio. En
caso de problemas ocasionados por sobrecargas en el reactor
anaerobio o cambios en la composición del lixiviado, un sistema
de Biodiscos está en condiciones de soportar esas variaciones.
(Recuperado de http://www.google.com.co/url? sa=t&rct=j&q=
tratamiento+biologico+del+lixiviado+generado+en+el+relleno
+sanitario+el+guayabal&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0C
CIQFjAA&url=http%3A%2F%2Frcientificas.uninorte.edu.co%
2Findex.php%2Fingenieria%2Farticle%2Fdownload%2F2794%
2F1894&ei=9_lYUMu2HYT49QSaiYEY&usg=AFQjCNF7LqNA
2VkShybg_aQgYcHdgzGI4AAño 2006).
Datos De Interés Y Operación Del Relleno Sanitario “Parque Ecológico
Praderas Del Magdalena”
“Localización: Se encuentra ubicado a 13,5 Kms del municipio de Girardot
(Cund.), en la vía que conduce de Girardot-Nariño, vereda Acapulco,
Hacienda Bellavista, predio Balconcitos” (SER AMBIENTAL S.A ESP).
26
Figura 3. Mapa del Relleno Sanitario Praderas Del Magdalena
Fuente: Extraída de (EART GOOGLE. 2013).
Según SER AMBIENTAL SA ESP el “Área: Son 69 hectáreas
distribuidas de la siguiente forma; área del relleno 8 Ha, zona
administrativa, vivero, aula didáctica y estanque 2 Ha, zona
reservada para ecoturismo 59 Ha.
Vida útil: hasta el año 2021.
Horario de operación: 24 horas al día, 7 días a la semana.
Cantidad de desechos que ingresan: Aproximadamente 350
toneladas por día.
Municipios atendidos: Son 48 municipios los que se reciben
en el relleno sanitario. Agua de Dios, Alvarado, Anapoima,
Apulo, Arbeláez, Beltrán, Cabrera, Cajamarca, Carmen de
Apicalá, Chiguaní, Chaparral, Coello, Coyaima, Cunday,
Dolores, Espinal, Flandes, Fusagasuga, Girardot, Granada,
Guamo, Guataquí, Icononzo, Jerusalén, La Mesa, Lérida,
Líbano, Mariquita, Melgar, Nariño, Nilo, Pandi, Pasca, Piedras
Blancas, Pulí, Purificación, Ricaurte, Saldaña, San Antonio, San
Bernardo, San Juan de Rioseco, San Luis, Suárez, Tibacui,
Tocaima, Venecia, Villarica, y Viota.
27
Numero de celdas: 12 celdas distribuidas de la siguiente
forma; A de la 1-5, B de la 1-4 y C de la 1-3
Terrazas: De 3 metros de altura, 2.7 metros de residuos y
0.30 metros de cobertura en tierra.
Compactación: Hasta alcanzar una densidad de campo de 1
Ton/m3.
Manejo de lixiviado: Pondajes de oxidación en serie y
recirculación de lixiviados a la masa (SER AMBIENTAL S.A.
E.S.P. 2013).
4.1.3 Adecuación y llenado de las celdas.
El proceso constructivo de las celdas de llenado llevado a cabo
por la empresa Ser Ambiental S.A. E.S.P, quien es dueña y
operador del relleno sanitario “Parque Ecológico Praderas Del
Magdalena”, se realiza teniendo en cuenta los diseños aprobados
mediante la resolución 408 del 9 de marzo del 2005 otorgada por
la CAR. En la cual se contemplan doce celdas en colmena
construidas en tres etapas cada una.
Procesos:
Nivelación de pisos. Los diseños aprobados por la CAR,
contienen los parámetros de construcción para cada una de las
celdas, en los cuales indican las cotas, coordenadas y pendientes
de los pisos y tuberías para la captación y evacuación de los
lixiviados.
Para la adecuación de las celdas según los diseños aprobados
por la CAR, se debe hacer un levantamiento topográfico sobre el
terreno natural donde se construirá la celda, se instalan
indicadores para referenciar los puntos de corte y se procede a
realizar el movimiento de tierras conformando el piso de diseño,
con sus respectivas pendientes de evacuación del lixiviado, el
mismo procede se repite para las zanjas de captación y
evacuación (MUÑOZ, OLIVEROS y SER AMBIENTAL S.A.
E.S.P. 2013).
28
Figura 4. Corte y nivelación del piso de la celda con maquinaria
amarilla
Fuente. MUÑOZ, H. Parque Ecológico Praderas Del Magdalena. Relleno
Sanitario de SER AMBIENTAL. 2011.
Impermeabilización. Dentro de la resolución 408 del 9 de
marzo de 2005 se plantean las medidas para reducir el impacto
ambiental a los suelos, aplicando un sistema de
impermeabilización compuesto por materiales naturales e
industriales que sirven para aislar los residuos sólidos del
terreno natural cuyo proceso constructivo es el siguiente:
Después de la nivelación del terreno natural se aplica una capa
de 0.50 m de arcilla extendida en toda la superficie respetando
las pendientes, se procede a excavar la zanja donde ira la
tubería de captación y evacuación de lixiviado. Luego de ello se
extiende una capa de geotextil y encima una capa de bentonita,
esta se cubre con otra capa de geotextil y se cosen conformando
un sándwich. Finalmente se coloca geomembrana de alta
densidad sobre el sándwich, la zanja y los taludes, (MUÑOZ,
OLIVEROS SER AMBIENTAL S.A. E.S.P. 2013).
29
Figura 5. Impermeabilización con arcilla MUÑOZ, H.
Fuente. Parque Ecológico Praderas Del Magdalena. Año 2011
Figura 6. Excavación zanja para tubería de recolección de
lixiviado
Fuente. MUÑOZ, H. Parque Ecológico Praderas Del Magdalena. 2011.
Figura 7. Instalación de Geotextil sobre el piso de la celda.
Fuente. MUÑOZ, H. Parque Ecológico Praderas del Magdalena. 2011.
30
Figura 8. Aplicación de Bentonita y conformación del Sándwich.
Fuente. MUÑOZ, H. Parque Ecológico Praderas del Magdalena. 2011.
Figura 9. Instalación de Geomembrana sobre el piso de la celda
Fuente. MUÑOZ, H. Parque Ecológico Praderas del Magdalena. 2011.
Figura 10. Instalación de Geomembrana en las zanjas y los taludes
de la celda.
Fuente. MUÑOZ, H. Parque Ecológico Praderas Del Magdalena. 2013.
31
Instalación de elementos hidráulicos. Luego de
impermeabilizar la celda se precede a instalar la tubería de seis
pulgadas perforada en el lomo para la captación y evacuación
del lixiviado, inmediatamente se conforma un filtro en la zanja
con piedras de 8 a 10 pulgadas, así como varios filtros en piedra
repartidos por toda la superficie de la celda no mayores a 0,50
metros de alto los cuales se conectan con las chimeneas que se
encargan de absorber el lixiviado de los niveles superiores y
evacuar los gases hacia la atmosfera (MUÑOZ ,OLIVEROS Y
SER AMBIENTAL S.A. E.S.P. 2013).
Figura 11. Instalación de tubería y conformación de filtro.
Fuente. MUÑOZ, H. Parque Ecológico Praderas Del Magdalena. 2011.
Figura 12. Filtros en piedra conectados a chimeneas.
Fuente. MUÑOZ, H. Parque Ecológico Praderas Del Magdalena. Año
2011.
32
4.2 MARCO TEÓRICO
4.2.1 Niveles de tratamiento.
Los niveles que conforman el sistema de tratamiento se
determinaron por las remociones que se pueden llegar a lograr
en cada una de ellos y por las características de concentración
esperadas en el lixiviado a tratar, para lograr el resultado
esperado en la destinación del recurso para uso de riego de
plantas ornamentales.
El tratamiento está conformado por los siguientes niveles:
Tratamiento Preliminar o Pre tratamiento
Tratamiento Primario
Tratamiento Secundario
Tratamiento Terciario (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012)
4.2.1.1 Descripción de cada uno de los niveles de tratamiento.
Tratamiento preliminar. “Consiste en eliminar los residuos
fácilmente separables y preparar el lixiviado para el
tratamiento posterior, y de igual manera evitar la generación de
daños a los equipos mecánicos, incrustaciones en tuberías y
depósitos permanentes en tanques de los tratamientos
siguientes.
El pretratamiento se utiliza para eliminar la grasa y espuma del
agua residual, antes de la sedimentación primaria, al objeto de
mejorar su tratabilidad, comprende los separadores de grasa, la
preaireación y la floculación.
Desarenadores. La misión de los desarenadores es separar
arenas, término éste que engloba a las arenas propiamente
dichas y a la grava, cenizas y cualquier otra materia pesada que
tenga velocidad de sedimentación o peso específico superiores a
los de los sólidos orgánicos putrescibles del agua residual. La
arena incluye también cáscaras de huevo, pedazos de hueso,
granos de café y grandes partículas orgánicas, tales como
residuos de comidas. Los desarenadores deberán proteger los
33
equipos mecánicos móviles de la abrasión y desgaste anormales;
reducir la formación de depósitos pesados en las tuberías.
Tanques separadores de grasas. Un tanque separador de
grasas consiste en un depósito dispuesto de tal manera que la
materia flotante ascienda y permanezca en la superficie del
agua residual hasta que se recoja y elimine, mientras que el
líquido sale del tanque de forma continua, a través de una
abertura situada en el fondo, o por debajo de unos muros o
deflectores de espumas bastante profundos. Esta operación
puede conseguirse en un tanque especial o combinarse con la
sedimentación primaria, lo que dependerá del proceso y
naturaleza del agua residual.
La finalidad de los separadores de grasas es la separación del
agua residual de las sustancias más ligeras que tienden a flotar.
El material recogido en la superficie de los tanques separadores
de grasas incluye aceite, grasa, jabón, pedazos de madera y
corcho, residuos vegetales y pieles de fruta que se producen en
las casas y en la industria.
La mayoría de los separadores de grasas son rectangulares o
circulares y están provistos para un tiempo de detención de 1 a
15 minutos. La salida, que está sumergida, se halla situada en
el lado opuesto a la entrada y a una cota inferior a ésta para
facilitar la flotación y eliminar cualquier sólido que pueda
sedimentarse
4.2.1.2 Tratamiento Primario. “Consiste en la remoción de una
fracción considerable de los sólidos suspendidos totales (SST) y una
fracción de la materia orgánica (DBO5 y DQO)” (VALENCIA MONTOYA
GUILLERMO) “Para tal fin se cuenta con una piscina o pondaje de
sedimentación dispuesta en serie en las que se realiza el proceso de
Sedimentación” (MUÑOZ y OLIVEROS 2012).
Que el proceso de sedimentación en las lagunas es natural
utilizando la fuerza de la gravedad para llevar a cabo la
separación sólido - líquido, permitiendo disminuir los Sólidos
Suspendidos Totales en un 30% y reducción de una pequeña
fracción de la materia orgánica medida en DBO5 y DQO máximo
en un 5%.
34
En el Tanque Homogenizador se acondiciona el lixiviado para el
Tratamiento Secundario. El pH se lleva al valor óptimo, se
igualan las concentraciones de DBO y el caudal para ingresar al
proceso biológico y se suministraran todos los nutrientes
requeridos por los microorganismos.
Floculación. La finalidad de la floculación del agua residual es
formar agregados o flóculos de materia finamente dividida. La
floculación del agua residual mediante aire o agitación mecánica
merece la pena considerarse cuando se pretenda aumentar la
eliminación de sólidos suspendidos y la DBO en los tanques de
sedimentación primaria. Aunque no se emplea frecuentemente
en el tratamiento del agua residual, la floculación puede
resultar beneficiosa al acondicionar aquellas aguas que
contengan ciertos residuos industriales. Cuando se añadan
productos químicos, el período de detención a caudal de proyecto
no deberá ser inferior a 20 minutos y, preferiblemente, debería
ser de 30 minutos. (VALENCIA MONTOYA, GUILLERMO)
Fuente: http://www.bvsde. paho.org/bvsacd/ scan2/05862/
05862-15.pdf
Tratamiento Secundario. Consiste en la remoción de la
materia orgánica que se encuentra presente en los lixiviados ,
mediante procesos biológicos como anaerobios y aerobios para
una disminución de las altas cargas orgánicas, con el fin se
dispone de un tratamiento biológico anaeróbico tipo UASB
donde se elimina el 70% de la concentración orgánica medida
como DBO5 contenida en el lixiviado Y un Tratamiento
Biológico Aeróbico tipo Filtro Percolador con recirculación para
obtener un 40% de disminución de la DBO5 del lixiviado
afluente.
Reactores Anaeróbicos U.A.S.B. La abreviación U. A. S.
B. se define como Upflow Anaerobic Sludge Blanquet o Reactor
Anaerobio de Manto de Lodos de Flujo Ascendente. Esta
tecnología proveniente de Bélgica y Holanda, es aplicada
especialmente al tratamiento de aguas residuales con alto
contenido de materia orgánica.
El reactor UASB, fue desarrollado en Holanda por Lettinga y
sus colaboradores en los años 70. El diseño de un reactor UASB
35
consiste en una zona de reacción en la parte inferior, en la que
se acumula la biomasa, la de mejor sedimentabilidad en el fondo
y encima los lodos más ligeros.
La operación de los reactores UASB se basa en la actividad
autorregulada de diferentes grupos de bacterias que degradan la
materia orgánica y se desarrollan en forma interactiva,
formando un lodo o barro biológicamente activo en el reactor.
Dichos grupos bacterianos establecen entre sí relaciones
simbióticas de alta eficiencia metabólica bajo la forma de
gránulos cuya densidad les permite sedimentar en el digestor.
La biomasa permanece en el reactor sin necesidad de soporte
adicional. Una de las ventajas del tratamiento anaeróbico sobre
el tratamiento aeróbico es la producción de gas metano como
fuente energética y la baja producción de lodo biológico.
Estos reactores reemplazaron de cierta forma en las plantas de
tratamiento aerobio a los sedimentadores primarios,
sedimentadores secundarios, biodigestores para el tratamiento
de lodos y gran parte de los sistemas de lodos activados, pues
logran eficiencias de remoción comprendidas entre el 60 y 80%
de la DQO y la DBO en función de la concentración inicial del
agua residual. Los U. A. S. B. funcionan como tratamiento
primario, tratamiento secundario, pero no llegan a eficiencias de
remoción superiores al 82%. Para lograrlo, deben ser
complementados por sistemas aerobios tradicionales como lodos
activados, filtros percoladores o lagunas.
El reactor UASB está siendo experimentado con éxito en el
tratamiento de aguas residuales muy diversas de procesos de la
industria de alimentos, industriales, urbanas y lixiviados,
aunque inicialmente se desarrolló para aguas residuales de
tipos principalmente solubles y de concentración media. El
tratamiento anaerobio se recomienda para el lixiviado con una
relación de DBO/DQO entre 0,7 y 0,3 (residuos parcialmente
estabilizados) (CAICEDO MESA. 2006)
36
Figura 13. Esquema general de un reactor UASB.
Fuente. Datateca.unad.edu.co/contenidos/358039/contenido línea/leccion23
_sistemas_anaerobios.htm
Otras características son:
Mayor superficie para la adhesión de microorganismos.
Mayor concentración de bacterias que en otros sistemas, lo
cual permite operar con velocidades de carga orgánica más
elevadas.
Minimización de problemas de colmatación por sólidos.
Elevada velocidad de transferencia de materia, que facilita el
tratamiento de aguas con un alto contenido de materia orgánica.
Pérdida de presión en el lecho moderada.
Concentración de lodos volátiles en la fuente moderada.
Ventajas:
Baja producción de lodos (10% en relación al tratamiento
aerobio).
Bajos requerimientos nutricionales.
37
El proceso puede manejarse con altas cargas intermitentes.
Los lodos se conservan (sin alimentación) por largos períodos
de tiempo.
Producción de metano aprovechable.
Bajos costos de operación al no requerir oxígeno.
Identificación y medición de productos intermedios que
proporcionan parámetros de control adicionales.
Costo de inversión bajo.
La fermentación ácida y metánica, así como la sedimentación
tienen lugar en el mismo tanque, por lo cual las plantas son muy
compactas.
Como no hay relleno, se reduce la posibilidad de cortos
circuitos, obstrucciones y puntos muertos.
El consumo de potencia es bajo, puesto que el sistema no
requiere ninguna agitación mecánica.
La retención de biomasa es muy buena y por eso no es
necesario reciclar el lodo.
Desventajas:
Las bacterias anaerobias (particularmente las
metanogénicas) se inhiben por un gran número de compuestos.
El arranque del proceso es lento.
Su aplicación debe ser monitoreada.
Puede requerir un pulimento posterior de su afluente.
38
Generación de malos olores si no es eficazmente controlado,
(MUÑOZ Y OLIVEROS).
Fundamentos del proceso U.A.S.B. El desarrollo de
tecnologías anaerobias para el tratamiento de fangos y residuos
de alto contenido de materia orgánica se ha incrementado en los
últimos 10 años. En condiciones anaerobias suelen ocurrir
procesos como la desnitrificación, reducción de sulfatos,
hidrólisis y fermentación acetogénica y metanogénica. La
conversión de la materia presente en el agua residual en metano
es realizada por una comunidad microbiológica heterogénea
compuesta por dos bacterias: No Metanogénicas y
Metanogénicas.
La relación simbiótica que debe mantener el grupo de bacterias
conserva una asociación sintrófica ya que las bacterias
acetogénicas conocidas como bacterias productoras obligadas de
Hidrógeno producen Acetato e hidrógeno, el cual es utilizado por
las bacterias metanogénicas y hidrogenofílicas.
Los métodos de tratamiento anaerobio se han desarrollado en
dos líneas.
Bajas tasas de aplicación (Digestores de Biogás, Tanques
Sépticos, Lagunas Anaerobias).
Altas tasas de Carga Orgánica (Reactores con Crecimiento
Celular en Suspensión, Reactores con Biopelícula Fija).
El reactor anaerobio de flujo ascendente y manto de lodo
describe un reactor de Biopelícula fija sin medio de empaque o
soporte, con una cámara de digestión que tiene flujo ascendente
y a cierta altura se desarrolla un manto de lodos anaerobios que
es altamente activa y en el cual se da la estabilización de la
materia orgánica del afluente hasta CH4 y CO2. (CAICEDO
MESA 2006)
39
4.2.1.3 Tratamiento Terciario.
Es el pulimento final, Consiste en la remoción de patógenos
asegurando una calidad muy superior del afluente secundario.
Este proceso permitirá que el afluente final sea utilizado en
riego. Este último nivel de tratamiento consta de procesos físico
- químicos.
El afluente del Filtro Percolador ingresa inicialmente a un
Tanque Clarificador donde los sólidos suspendidos se precipitan
en el fondo cónico del tanque en forma de lodos y de aquí son
extraídos por gravedad y dispuestos en el Lecho de Secado. Con
el Clarificador se obtiene un 70% de remoción de Sólidos
Suspendidos Totales y el agua que sale del clarificador pasa
después por tres tipos de filtros dispuestos en serie en el
siguiente orden: Filtro Rápido de Arena-Antracita, Filtro Lento
y Filtro de Absorción de Carbón Activado para obtener
finalmente un lixiviado con remoción mayor del 80% en SST,
remoción mayor del 80% en DBO5, remoción mayor del 90% en
Coliformes fecales, remoción alrededor del 45% de metales
pesados y remoción en gran medida de unidades de Color y
turbiedad (MENDOZA, A MslC. 2009, MUÑOZ Y OLIVEROS).
4.2.2 Lixiviados. “El lixiviado es un líquido altamente agresivo al
ambiente principalmente por sus elevadas cargas orgánicas representadas
en parámetros de DQO en un rango de 10.000 a 30.000 mg/l, valor que
depende del tipo de basura depositada y de la capacidad del relleno”
(MORENO Revista Memos de Investigación, No. 284).
Tabla 1. Rangos típicos de concentraciones principales de los
lixiviados jóvenes y viejos en un relleno sanitario.
Edad Del
Relleno
Nuevo (< 2
Anos) Nuevo (< 2 Anos) >10 Años
Constituyentes Rango Valor Típico Rango Típico
DQO 3000 – 60000 18000 100 – 500
DBO5 2000 – 30000 10000 100 – 200
COT 1500 – 20000 6000 80 – 160
SST 200 – 2500 500 100 – 400
20 – 1500 400 100 – 200
40
Edad Del
Relleno
Nuevo (< 2
Anos) Nuevo (< 2 Anos) >10 Años
Nitrógeno Total
Fósforo Total 5 – 100 30 5 – 10
Alcalinidad CaCO3 1000 – 10000 3000 200 – 1000
Sales Solubles 200 – 4000 800 100 – 500
Hierro 50 – 1200 60 20 – 200
Plomo 1 – 10 2 0.01 - 0.5
Zinc 25 – 250 50 0.1 – 1
Ph 5 – 8 6 6.6 - 7.5
Fuente: MORENO. Revista Memos de Investigación, No. 284.
Dentro de la composición química de los lixiviados suelen
encontrarse concentraciones elevadas de productos tóxicos como
metales pesados, compuestos órgano-clorados, entre otros. Los
lixiviados varían ampliamente en su composición, dependiendo
de la edad del relleno, y el tipo de residuos depositados,
(MORENO Revista Memos de Investigación, No. 284)
4.2.2.1 Producción de lixiviado.
En un relleno sanitario es el exceso de la cantidad de agua que
accede al mismo sobre la capacidad de retención de agua de los
residuos confirmados en él, se estima aplicando un balance
hídrico en la cubierta de las mismas considerando la
precipitación, la evapotranspiración potencial, el escurrimiento
superficial y los cambios del contenido de humedad del material
de la cubierta. Esta retención de agua de los residuos en contra
de la gravedad, se denomina capacidad de campo y es una
característica de los mismos.
La capacidad de campo de los residuos confinados en rellenos
sanitarios es de difícil determinación, por lo que para conocer la
cantidad de agua que pueden absorber son necesarios ensayos
de laboratorio
EL balance se realiza utilizando valores mensuales a lo largo de
un año, para determinar las estaciones o épocas de máxima
infiltración anual (VILLAMAYOR .2007).
41
4.2.2.2 Capacidad de infiltración de las celdas.
Suponiendo que la capa del material de la cubierta de las celdas
se halla en estado de saturación y que por debajo de ella no hay
oposición al flujo de agua, una cantidad de agua excedente de su
capacidad de campo ingresa a la celda del relleno. Esta
consideración es teórica pero viable para valorar las situaciones
más desfavorables, Normalmente la cantidad del agua de lluvia
infiltrada se estima por medio de un balance hídrico estándar
cuya expresión matemática se presenta en la siguiente fórmula:
P = R + E +I (VILLAMAYOR. 2007).
4.3 MARCO LEGAL
Código Nacional de los Recursos Naturales - Decreto Ley 2811 de 1974
preservación y manejo de los recursos naturales renovables también son
de utilidad publica e interés social (CN. artículo 30) fundamentado en el
principio de que el ambiente es patrimonio común de la humanidad y
necesario para supervivencia y el desarrollo económico y social de los
pueblos.
Código Sanitario Nacional - Ley 9 de 1979 protección del medio ambiente
de reglamentación y condiciones sanitarias en lo que relaciona a salud
humana que se deben adoptar para la regulación, legalización y control de
los descargos de residuos y materiales que afectan las condiciones
sanitarias del ambiente
Política Nacional de Manejo Integral de Residuos Sólidos – 1997.
Decretos 1713 de 2002, 1505 de 2003 y 838 de 2005 El Plan Nacional de
Desarrollo “Hacia un Estado Comunitario” y la política del Gobierno
Nacional que incentiva la Gestión Integral de Residuos Sólidos así como
inversiones en esquemas regionales.
Resoluciones 1096 de 2000, 1045 de 2003 y 0477 de 2004 determina la
obligación del estado a proteger la diversidad del ambiente, de prevenir y
controlar los factores de deterioro y el derecho de todas las personas a
gozar de un ambiente sano y así mismo consagra como deber de las
personas proteger los recursos culturales y naturales.
42
5. RESULTADOS OBTENIDOS DEL ANÁLISIS A LOS
LIXIVIADOS DEL RELLENO SANITARIO PARQUE ECOLÓGICO
PRADERAS MAGDALENA
En el relleno sanitario “parque ecológico praderas del magdalena”
presenta las siguientes características físicas químicas y bacteriológicas
en el lixiviado producido y retenido en cada uno de los pondajes en serie.
Se detectó en la muestra presencia de trazas de aluminio, arsénico,
cadmio, cobre, cromo total, litio, mercurio, selenio y plomo; el hierro, el
zinc, el níquel y el manganeso se encontraron en concentraciones
relativamente altas; los metales berilio, cobalto, molibdeno y vanadio no
fueron detectados por los métodos de ensayo aplicados.
Tabla 2. Resultados de ensayos de características físico químicos
del relleno PRADERAS DEL MAGDALENA.
Fuente: SER AMBIENTAL .2012
De manera general los valores encontrados para los diferentes parámetros
analizados en la muestra de lixiviados son característicos de un lixiviado
crudo joven, lo que se evidencia por el valor alto de materia orgánica
biodegradable.
43
El lixiviado contiene una concentración alta de fenoles. No se detectó
presencia ni de pesticidas organoclorados ni de bifenilos policlorados
(polychlorinated biphenyls) (PCB´S.).
Si se comparan los resultados con los valores establecidos en el
artículo 4 de la resolución 408 de 2005 expedida por la CAR se
aprecia como la DBO, los aceites y grasas, los fenoles, el boro y
los metales cadmio, cromo total, hierro, manganeso, plomo, zinc
y níquel superan los valores máximos permisibles establecidos
por la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca – CAR
Ver Anexo A. Informe Técnico 009 del 12 de Septiembre de 2012
Ser Ambiental. (DBO), (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012)
De acuerdo con el articulo 40 del decreto 1594 de 1984 dela CAR
se establece los rangos de calidad admisibles para la destinación
del recurso para uso de riego a plantas ornamentales. Para
obtener los resultados esperados se aplico el porcentaje de
remoción estimado estadísticamente en cada uno de los niveles
de depuración y se obtuvieron los siguientes resultados.
(MUÑOZ Y OLIVEROS 2014).
La siguiente tabla muestra resultados obtenidos mediante los
procesos aplicados en la depuración de los lixiviados en cada uno
de los niveles de tratamiento descritos. En la columna 4
observamos los valores admisibles por la CAR para EL recurso
como uso de riego a plantas ornamentales y en la columna 5 se
muestran los resultados obtenidos mediante el tratamiento
planteado.
44
Tabla 3. Resultados esperados en el tratamiento del lixiviado,
relleno praderas del magdalena.
Parámetro
Caja pp de
lixiviados
/pondaje
Relleno
Sanitario
Praderas del
Magdalena
Resolución n 408
de 2005 de la
CAR (valores
máximos
permisibles) y *
art. 40 dec. 1594
de 1984 valores
para uso de riego
Resultado
s del
tratamie
nto
Coordenadas
Geográficas
- N04"
19´40,0´´/W7
4"51´26,3´´
- -
Altitud Sobre
El Nivel Del
Mar
m 284 -
Ph UNI 6,98 4,5-9,0 4,5-9,0
Temperatura °C 41,6 - -
DBO5 MG02/
l
18500 100 63,27
SST mg/l 5000 220- 2500 210
Coli TOTAL microrg
/100ml
75000 5000 3,750
Aceites Y
Grasas
mg/l 5 2 0,2
Fenoles mg/l 3,06 0,2 0,612
Boro mgb/l 0,79 * 0,3 – 4,0 1,68
Aluminio mgal/l 0,24 5 0,43
Arsénico mgas/l 0,062 0,1 0,13
Berilio mgbe/l < 0,01 0,1 0,03
Cadmio mgcd/l 0,044 0,01 -
45
Parámetro
Caja pp de
lixiviados
/pondaje
Relleno
Sanitario
Praderas del
Magdalena
Resolución n 408
de 2005 de la
CAR (valores
máximos
permisibles) y *
art. 40 dec. 1594
de 1984 valores
para uso de riego
Resultado
s del
tratamie
nto
Cobalto mgco/l <0,058 0,05 0,02
Cobre mgcu/l 0,13 0,2 -
Cromo Total mgcr/l 0,63 0,1 0,07
Hierro Total mgfe/l 114 5 4,69
Litio mgli/l 0,15 2,5 0,08
Manganeso mgmn/l 6,8 0,2 0,64
Mercurio mghg/l 0,008 0,01 0,00
Molibdeno mgmo/l <0,06 0,01 -
Níquel mgni/l 1,25 0,2 0,12
Plomo mgpb/l 0,37 * 5 0,20
Selenio mgse/l 0,001 0,02 0,00
Vanadio mgv/l <0,20 0,1 -
Zinc mgzn/l 2,32 2 1,28
Pesticidas
Organoclorados
mg/l <0,0001 0,05 -
Pcb,S mg/l <0,0001 NO DETECTABLES -
Fuente: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012)..
Las celdas en blanco muestran que no hay presencia de dichas
características.
5.1.1 Tratamientos conocidos en la reducción de lixiviados según
RAS 2000.
46
Todo el líquido contaminante generado en el relleno sanitario
debe tratarse antes de ser vertido en un cuerpo de agua,
superficial o subterráneo, utilizando procesos de reconocida
viabilidad técnica. En el proceso de tratamiento deben tenerse
en cuenta explícitamente los siguientes aspectos:
Toxicidad a microorganismos en caso de usarse procesos
biológicos de tratamiento.
Formación de precipitados en tuberías, canales, válvulas,
bombas, tanques, y en general en toda la obra. Debe preverse la
operación considerando que se van a formar dichas
incrustaciones. Debe considerarse la posibilidad de remover los
iones incrustantes.
Formación de espumas. Se debe prever la forma de operación y
el rendimiento para que aun en el caso de que se formen se
garantice el cumplimiento de calidad en el afluente.
Variabilidad de las características del lixiviado en el tiempo.
Deben preverse que las características físico-químicas y
biológicas del lixiviado cambian extremadamente durante la
vida útil de la planta. Se debe prever la flexibilidad de operación
y rendimiento para todo el período de diseño y cerramiento del
relleno sanitario.
El proceso debe cumplir con las calidades del agua al verter de
tal forma que se garanticen los usos del agua, en el cuerpo
receptor, que han sido 38 asignados para éste. Las normas de
calidad para el cuerpo receptor de acuerdo a los usos, serán las
estipuladas por el decreto 1594 de 1984 reglamentario de la ley
9ª en cuanto a usos del agua y vertimiento de residuos líquidos o
aquel que lo modifique o sustituya (RAS 2000).
5.1.2 Digestión Anaerobia.
El proceso de digestión anaerobia es la degradación de la
materia orgánica por parte de microorganismos en ausencia de
oxígeno molecular como subproducto el denominado biogás que
se compone de un 70% de metano y un 30% de una mezcla de
47
dióxido de carbono nitrógeno, hidrógeno, amoníaco y sulfuro
de hidrógeno responsables de los malos olores generados
durante la digestión. (Patricia Torres y otros. Tratamiento
Anaerobio de Lixiviados en Reactores UASB, Ingeniería y
Desarrollo Universidad del Norte, publicación # 18 Cali 2005).
Dicho proceso se caracteriza por un conjunto de reacciones
asociadas al metabolismo de numerosos microorganismos, para
transformar la materia orgánica en sustratos simples
fermentables por las bacterias metanogénicas.
En general, las bacterias son incapaces de alimentarse de
material complejo por lo que las macromoléculas (proteínas,
carbohidratos y lípidos) son hidrolizados previamente por
enzimas extracelulares a compuestos más simples (azúcares,
aminoácidos y ácidos grasos).
Esta hidrólisis ayuda a que el material particulado y los
polímeros orgánicos que componen las aguas residuales puedan
ser asimilados por las bacterias e incorporados a sus procesos
metabólicos, así:
Proteínas a aminoácidos
Carbohidratos a azúcares
Lípidos a ácidos grasos y alcoholes
El proceso de fraccionamiento de la materia orgánica absorbe
agua, por ello se denomina hidrólisis, ocurre en el exterior de las
bacterias debido a la acción de catalizadores biológicos llamados
exoenzimas, producidas por las bacterias acidogénicas o
fermentativas.
Después de obtenidas las moléculas simples en la hidrólisis,
éstas pueden ser absorbidas a través de la pared celular de las
bacterias y son descompuestas internamente mediante los
procesos metabólicos. El proceso es llevado a cabo por las
bacterias acidogénicas o fermentativas, como producto final del
proceso de acidogénesis o fermentación está el ácido acético, o en
su defecto otros ácidos grasos volátiles (AGV) como el
propiónico, el butírico y el valérico. la acidogénesis produce
hidrógeno y su concentración se convierte en un elemento
48
regulador del metabolismo del proceso, debido a que el ácido
acético y el hidrógeno constituyen el metano.
El paso siguiente es la acetogénesis acidoclástica y consiste
en la generación de ácido acético a partir de los AGV formados
en la acetogénesis. En esta fase, un grupo de bacterias conocidas
como "bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno" (OHPA),
convierten los productos de la fermentación en ácido acético,
dióxido de carbono e hidrógeno. (Nuria Marin Ortega.
Phosphorus Precipitation in Anaerobic Digestión Process,
Dissertation.com, Boca Ratón, Florida USA 2006).
La última etapa de la digestión anaerobia se lleva a cabo por
la actividad de un grupo de bacterias conocido como
metanogénicas. Este proceso se conoce como metanogénesis
hidrogenolítica y se basa en la reducción de dióxido de carbono a
metano. (Patricia Torres y otros. Tratamiento Anaerobio de
Lixiviados en Reactores UASB, Ingeniería y Desarrollo
Universidad del Norte, publicación # 18 Cali. 2005).
Las condiciones óptimas para un proceso anaerobio son:
Nutrientes suficientes.
pH entre 6.5 y 7.6, se deben prevenir los pH menores a 6.2,
valor en que no trabajan las bacterias metanogénicas.
Temperatura en el intervalo mesofílico 30-38°C. en el
intervalo termofílico 50- 60°C.
Ausencia de Oxígeno.
Ausencia de sustancias tóxicas, tales como metales pesados,
sulfuros (Nuria Marin Ortega. Phosphorus Precipitation in
Anaerobic Digestion Process, Dissertation.com, Boca Raton,
Florida USA. 2006).
Un esquema, el cual resume lo mencionado anteriormente se muestra a
continuación:
49
Figura 14. Flujo de sustrato como materia orgánica a través de
una comunidad biológica anaerobia.
Una condición que disminuye la eficiencia de remoción de DBO
en un proceso anaerobio es la presencia de reacciones que
compiten con la reacción metanogénica, tal como la reducción de
sulfatos a sulfuros por las bacterias reductoras de sulfato, en
ésta la DBO no es removida puesto que solamente se hace un
cambio de materia orgánica a sulfuros. (Guillermo Valencia
Montoya, Digestión Aeróbica. 2007).
5.1.3 Tratamiento de lodos y procesos anaeróbicos.
Todos los procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales
producen, en mayor o menor grado, alguna forma de lodo,
conocido como el concentrado de contaminación, y su
tratamiento y disposición es, razonablemente, el mayor pro-
blema actual en el tratamiento de las aguas residuales.
50
El objetivo principal del tratamiento de los lodos es reducir el
volumen de los lodos que se han de manipular y aumentar su
estabilidad biológica, a fin de producir un material
suficientemente concentrado y suficientemente inofensivo para
la selección del método último de disposición. En general, esto
significa, eliminar de los lodos toda el agua que sea posible, tan
económica y rápidamente como sea posible, para dejar un
residuo compacto del que se pueda disponer de un modo
aceptable. Aparte de su alto contenido de agua, el otro gran
problema de los lodos es su tendencia a la putrefacción.
Por tanto, la principal preocupación es "estabilizar" los lodos,
para reducir su actividad biológica y la tendencia a la
putrefacción, y su contenido de organismos causantes de
Enfermedades (Winkler -2000).
5.1.4 Digestión Aerobia.
La digestión aeróbica es un proceso mediante el cual los lodos
provenientes del sedimentador primario o los lodos de los
procesos aeróbicos de tratamiento, o una combinación de ellos,
son sometidos a aeración prolongada en un tanque separado y
descubierto. En este punto es preciso advertir que no se debe
confundir la digestión aeróbica, la cual se realiza en un tanque
separado, con la aeración extensiva, la cual tiene lugar en el
mismo tanque de aeración. El proceso de digestión aeróbica es
generalmente utilizado para estabilizar el exceso de lodos
provenientes de los lodos activados, o los lodos combinados
producidos en plantas pequeñas de tratamiento que no tengan
digestión anaeróbica separada para los lodos primarios. En la
figura se indica esquemáticamente un diagrama del sistema de
digestión aeróbica (VALENCIA MONTOYA).
51
Figura 15. Esquema general del sistema de digestión aeróbica.
El proceso debe diseñarse para que la reacción predominante en
el reactor o tanque de aeración sea la reacción de autooxidación
de los microorganismos. En el diseño deben considerarse el tipo
de lodos que se busca digerir aeróbicamente, la carga orgánica
como kg de SSV que se aplican al tanque por día y por metro
cúbico del reactor, el tiempo de digestión, la edad del lodo, la
temperatura, la calidad del sobrenadante y la cantidad de
oxígeno que se debe aplicar.
La literatura menciona que el sistema presenta las siguientes
ventajas:
Facilidad de operación
Bajo capital de inversión comparada con la digestión
anaeróbica
No produce olores ofensivos
Reduce el numero mas probable (NMP) de coliformes y por lo
tanto de organismos patógenos
Reduce la cantidad de sustancia soluble en hexano (grasas)
Produce un sobrenadante clarificado con una DBO baja, con
pocos sólidos y poco fósforo
52
Reduce la tasa de respiración de los lodos
El proceso presenta también sus desventajas entre las que se
suele mencionar los altos costos de operación causados por los
altos consumos de energía, la falta de parámetros y criterios
claros para el diseño, y la dificultad que presentan los lodos
digeridos aeróbicamente para ser separados mediante
centrifugación y filtración al vacío. El método más utilizado
para el secado de estos lodos es el de disposición en lechos de
secado de arena. (VALENCIA MONTOYA bvsde.
paho.org/bvsacd/scan2/05862/05862-15.pdf).
5.2 EVALUACIÓN DE LA DEMANDA DE OXIGENO
La cantidad de oxigeno necesaria para la descomposición
biológica aeróbica de un material nutriente es el factor clave
para expresar su fuerza contaminante y se han ideado algunas
pruebas de laboratorio para evaluarla al interpretar los
resultados de tales pruebas y al usar los valores indicados por
ellas existe la tendencia de tratar el valor medido de la
demanda de oxigeno como si fuera alguna propiedad absoluta
del material, como su densidad, su calor especifico. La capacidad
de auto purificación del agua implica una compleja serie de
procesos interdependientes, las pruebas de laboratorio tratan
con secciones del proceso total y no siguen los mismos
mecanismos, bien separados de la variabilidad inherente dentro
de un determinado proceso de prueba (Winkler. 2000)
5.3 DEMANDA BIOQUÍMICA O BIOLOGÍA DE OXIGENO
La prueba DBO estima el oxígeno gasta do en la descomposición
biológica actual residual y es efectivamente una simulación de
laboratorio del proceso microbiano de autopurificación. Se trata
de una prueba de largo tiempo establecida, en una muestra de
los residuos se diluye una mezcla convenientemente con una
población mixta apropiada de microorganismos. Se mide la
concentración del oxígeno disuelto. El cambio en la cantidad de
oxígeno disuelto da la cantidad de oxigeno no utilizado durante
este tiempo por los microorganismos al metabolizar nutrientes
de dicha cantidad de muestra de agua residual. De este
resultado se calcula la cantidad de oxigeno requerido para el
53
tratamiento similar de un volumen normal de residuos, la
demanda bioquímica de oxígeno, en gramos de oxigeno por
metro cúbico de agua residual (g/m3), o las expresiones
equivalentes miligramos por litro (mg/l) o partes por millón
(ppm). La cantidad de sustancias nutrientes descompuestas en
la prueba, y por tanto, la cantidad de oxígeno disuelto
consumido depende de la temperatura y duración de la
incubación.
Cuando la descomposición de los nutrientes de una muestra s
tan completa como se pueda obtener aeróbicamente, el oxígeno
disuelto así consumido es la DBO total o ultima.
Las condiciones normales aceptadas son .incubación durante 5
días a 20ºc, y se suponen dichas condiciones, si no se especifican
otras, no obstante no existe razón alguna para que no se puedan
usar otros periodos y otras temperaturas, siempre que se
especifiquen claramente junto con los resultados (Winkler.
2000).
5.4 EVALUACIÓN QUÍMICA DE LA DEMANDA DE OXIGENO
Las limitaciones de la prueba DBO especialmente el largo
periodo que transcurre entre el momento en que se toma la
muestra se obtiene el resultado, han llevado a realizar pruebas
químicas para analizar la demanda de oxigeno de un residuo la
oxidación de los contaminantes se efectúa en dichas pruebas
usando un agente químico oxidante. Dichas prueba son mucho
más rápidas y por general más producibles y tienen cada vez
mayor aceptación especialmente en la evaluación de la
resistencia de los residuos industriales no biológicos. Los
agentes oxidantes de uso más común son el permanganato, acido
de potasio, el bicromato ácido y el oxígeno a altas temperaturas
(WINKLER. A).
5.5 DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO
Explica que el oxígeno tomado por una muestra de agua residual
del bicromato de potasio después de dos o tres horas de reflujo
con ácido sulfúrico concentrado se conoce como la demanda
química de oxigeno DQO, casi todas las sustancias orgánicas se
54
oxidan virtualmente en su totalidad por este procedimiento con
la excepción de ciertos compuestos aromáticos como la piridina,
el benceno o el tuleno. El valor BQO da por tanto una idea del
contenido orgánico total de un residuo sea o no sea
biodegradable de manera que la relación DBO/DQO constituye
una guía para la proporción de las materias orgánicas presentes
que son biodegradables, sin embargo se debe tener cuida en este
caso, ya que ciertas sustancias como la celulosa, son
biodegradables pero solo anaeróbicamente por lo que no
contribuyen a la determinación aeróbica de la DBO.
La prueba DBO está sujeta al interferencia por los cloruros que
se deben primero precipitar con sulfato mercurio, y se puede
añadir sulfato de plata para catalizar la oxidación de los ácidos
grasos, una inversión rápida que a resultados en 20 minutos ha
sido presentada por la British Carbonization Research
Association, lo que hace que la prueba sea extremadamente
provechosa para procesos de control a corto plazo de sistemas de
tratamiento de aguas residuales (Winkler.2000).
55
6. METODOLOGÍA
El proceso para la investigación del planteamiento de las técnicas de
tratamiento para la depuración de los lixiviados para el relleno sanitario
PARQUE ECOLÓGICO PRADERAS se realizó solicitando información a
la empresa SER AMBIENTAL, quien es dueña del relleno sanitario
“PARQUE ECOLÓGICO PRADERAS DEL MAGDALENA” la cual nos
brindo información interna del manejo de los aforos mensuales con sus
respectivas características hasta la fecha ,planos del relleno, visitas al
terreno, fotografías de operaciones, y videos, así mismo se procedió a
profundizar en la teoría de la técnica para tratamientos de lixiviados
apoyando nuestro conocimiento en libros de la Web, Biblioteca Luis
Arango , y biblioteca universidad piloto de Colombia de Girardot-cund,
con la información encontrada se efectuaron los respectivas cálculos de los
parámetros indicados para el funcionamiento correcto de los procesos así
como el diseño de cada uno de los elementos.
En los siguientes estudios determinamos los procesos necesarios a incluir
para la depuración hasta llegar al nivel de purificación que sirvan como
afluente para uso de riego:
Características del líquido.
Caudal.
(Es): Escurrimiento superficial.
(Wd): Contenido de humedad.
(γmc): Material de cobertura.
(CC): Capacidad de campo del relleno.
(P): Precipitación.
(Erd): Evapotranspiración potencial.
Caudal futuro.
Con los anteriores parámetros obtenemos la información para precisar los
procesos a efectuar y del mismo modo el diseño y dimensionamiento de los
elementos que constituyen el tratamiento de las aguas.
56
6.1 PROPUESTA DE TRATAMIENTO PARA LOS LIXIVIADOS
PRADERAS DEL MAGDALENA
Para la operación de la depuración de los líquidos se escogieron los
siguientes niveles de tratamiento.
6.1.1 Tratamiento Preliminar. Se dispone de tres piscinas y un tanque
existente que actualmente reciben el lixiviado del relleno sanitario, de las
cuales se ha analizado que servirán de base para ser adaptadas a los
procesos del diseño de la planta teniendo en cuenta las condiciones de
terreno y la capacidad para la disposición del líquido por lo que es
aplicable al sistema se ha definido que los procesos se realizaran de la
siguiente forma:
Figura 16. Piscinas de lixiviados del Relleno Sanitario Praderas
del Magdalena.
Fuente: OLIVEROS, K parque ecológico praderas del magdalena. 2014.
CRIBADO, S.G Y SEDIMENTADOR Debido a que el líquido se
concentra inicialmente en el pondaje 1 se le asignado el proceso de cribado
que comprende la separación de materiales pesados, desarenación,
separación de grasas, detergentes y sedimentación primaria.
57
Figura 17. tanque de sedimentacion rectangular.
Fuente: Romero Rojas Jairo Alberto, Purificación del agua, editorial
Escuela Colombiana de Ingeniería.
Para el proceso de sedimentación se ha asignado el tanque existente
ubicado seguido del sistema de cribado para el proceso de decantación de
la materia orgánica que no alcanza a ser retenida, el líquido será enviado
a esta fase por medio de bombeo.
El tanque de sedimentacion se divide normalmente en cuatro zonas: zona
de entrada, zona de salida ,zona de lodos y zona de asentamiento como se
indica en la figura, con la finalidad de que la trayectoria de las particulas
se indique en la zona de sedimentacion,la zona de lodos tienen como
funcion recibir el material sedimentado e impedir que interfiera con el
asentamiento de particulas
6.1.1.1 Aireador de cascada tipo escalera. Se instalara un sistema
de aireación por gravedad de cascada para la trasferencia de oxígeno al
agua y mantener la uniformidad de oxígeno en el líquido y la
neutralización de olores la aireación será inducida por bombeo mecánico
desde el pondaje Número 1 hacia el sistema aireador tipo cascada. Fuente:
los autores.
Está diseñado para airear el agua mediante escalones de
concreto, en forma similar a la que ocurre en un río turbulento.
En este tipo de aireadores el agua se deja caer, en láminas o
capas delgadas, sobre uno o más escalones de concreto. El
aireador de cascada produce una pérdida de energía grande,
pero es muy sencillo. Autores como Larry E. Overman, señalan
que con una cascada y 40 cm de profundidad de suministro se
58
puede airear 9000 m3/d de agua con remociones del 50-60% de
CO2 (Jairo Alberto Romero Rojas).
Figura 18. Aireador de cascada tipo escalera.
Fuente: Purificación del agua, Jairo Alberto Romero Rojas
6.1.1.2 Tanque de recolección de agua oxigenada. El tanque de
recolección realizara la función de recoger el líquido oxigenado mediante
la aireación producida por el aireador de cascada para poder surtir al
siguiente aireador con un caudal constante.
6.1.1.3 Aireador manual para remoción de metales. Para el diseño
se instalara el siguiente sistema desarrollado en la india para la remoción
de hierro y manganeso en el medio rural, es un aireador que consta de
tres cilindros colocados uno sobre otro, en cada uno de los cilindros
superiores se colocan 15 cm de piedra de 20-50 mm en la capa del cilindro
inferior se coloca un espesor de 30 cm de arena gruesa sobre un lecho de
soporte de grava de 5 cm de espesor y grava de 1-2 cm. Una vez se tenga
el líquido oxigenado en el tanque de recolección se enviara mediante una
tubería por gravedad al sistema aireación y remoción de metales de
absorción para luego ser llevado por tubería a un segundo tanque de
recolección.
Los resultados indican elevadas concentraciones de Hierro total mg
Fe/L 114.0 y Magnesio mg Mn/L 6.8, se pretende remover dichos metales
durante todo el proceso hasta llegar al valor permitido por Resolución 408
de 2005 de la CAR, Artículo 45 de los criterios de calidad admisibles para
la destinación del recurso para preservación de flora y fauna, en aguas.
59
Figura 19. Aireador manual para remoción de metales.
Fuente: Abastecimiento de agua y alcantarillado 5 edición McGraw Hill.
6.1.1.4 Tanque de recolección de agua después de la remoción de
metales. El tanque de recolección es diseñado para el almacenamiento
del agua residual saliente del aireador de metales que se dispondrá a ser
evacuado por una tubería que conducirá hacia el canal rectangular para el
siguiente proceso de tratamiento.
6.1.1.5 Mezcla rápida en canal rectangular con resalto
hidráulico. El canal se instalara seguidamente del tanque de recolección
de forma acondicionada que el caudal saliente entre al canal donde se
adicionara el coagulante y se efectuará la mezcla rápida mediante la
dispersión que genera, el caudal saliente pasara directamente al sistema
de floculación y precipitación de flujo horizontal.
La principal observación formulada, con respecto al diseño de mezcla
rápida, radica en la importancia de dispersar uniformemente el
coagulante en el agua cruda de manera que se evite el subtratamiento o el
sobretratamiento.
60
Figura 20. Canal rectangular con resalto hidráulico
Fuente: Abastecimiento de agua y alcantarillado 5 edición McGraw Hill.
6.2 TRATAMIENTO PRIMARIO
Sistema de floculación y precipitación de flujo horizontal. Para
este tratamiento se dispone del pondaje 3 ya existente, donde se adaptara
como floculador y precipitador de flujo horizontal que se ha definido para
el sistema donde el agua residual aireada entra con la mezcla del
coagulante para la floculación y precipitación de las partículas coloides y
así aumentar la eliminación de sólidos suspendidos., los lodos se
evacuaran periódicamente por una válvula conectada a una tubería en el
fondo del tanque que los enviara a un depósito donde se trataran.
Consiste en un tanque de concreto dividido por tabiques, bafles o
pantallas de concreto u otro material adecuado, dispuestos en tal forma
que el agua haga un recorrido de ida y vuelta alrededor de los extremos
libres de los tabiques. Entre las ventajas se hace notar la inexistencia de
equipo mecánico y el mantenimiento mínimo, se pueden señalar como
desventajas, el alta perdida de carga y la poca flexibilidad de control en el
grado de mezcla para caudales variables.
61
Figura 21. Floculación y precipitación de flujo horizontal.
Fuente: Abastecimiento de agua y alcantarillado 5 edición McGraw Hill).
Aireador manual para remoción de metales. Una vez realizada la
floculación se instalara un segundo Aireador manual para remoción de
metales, para complementar el proceso de remoción de hierro y
manganeso, ya que como se observa en los resultados es necesario para la
eliminación completa, de las elevadas concentraciones de Hierro total mg
Fe/L 114.0 y Magnesio mg Mn/L 6.8, se pretende remover dichos metales
durante todo el proceso hasta llegar al valor permitido por el Artículo 45.
62
Figura 22. Aireador manual para remoción de metales.
Fuente: Abastecimiento de agua y alcantarillado 5 edición McGraw Hill.
Tanque homogenizador. La Piscina No 2 existente realizara el
proceso de homogenización donde se estabilizara el caudal y la fluctuación
de carga de la DBO del lixiviado antes de ser enviado al tratamiento
biológico (reactor UASB).
Figura 23. Piscina 2 para base de tanque homogeneizador.
Fuente: Los autores.
Canales de suministro al reactor UASB. Los canales de suministro
del caudal de agua residual al reactor cumplirán la función de regulación
63
del caudal entrante al reactor para el adecuado funcionamiento del
proceso biológico.
Tanque de lodos. El tanque de lodos se instalara en paralelo a los
sistemas de proceso para recibir los lodos provenientes de los procesos.
El objetivo principal del tratamiento de los lodos es reducir el
volumen de los lodos que se han de manipular y aumentar su
estabilidad biológica, a fin de producir un material
suficientemente concentrado y suficientemente inofensivo para
la selección del método último de disposición. En general, esto
significa, eliminar de los lodos toda el agua que sea posible, tan
económica y rápidamente como sea posible, para dejar un
residuo compacto del que se pueda disponer de un modo
aceptable (extraído de http://www.bvsde.ops-
oms.org/bvsacd/scan/029505/029505-10.pdf).
Reactor UASB. Una vez se ha realizado el proceso de sedimentación y
floculación se enviara el líquido al reactor UASB por medio de una serie
de canales que distribuirán el flujo por partes iguales para el tratamiento
biológico de la materia orgánica. El volumen que tendrá el reactor se
calculará a partir de los caudales medios.
Figura 24. Reactor UASB
Fuente: Haskoning, la Universidad del Valle e Incol. 1981).
64
Sistema de recolección del afluente. Para la recolección en el reactor
UASB se propone dimensionar la geometría del vertedero de forma
triangular a partir de la formula de Kindsvater
6.3 TANQUE CLARIFICADOR
“Los Clarificadores de agua están destinados a realizar un mejor
aprovechamiento del agua utilizada en el proceso de lavado de los áridos
de la instalación. Mediante la clarificación del agua conseguimos
eliminarle todos los lodos en ella disueltos para poder utilizarla de nuevo
en el proceso de lavado de los áridos” (extraído de
http://www.concretonline.com/index.php?option=com_content&task=view
&id=441&Itemid=40
Figura 25. Tanque Clarificador
Fuente: Clarificadores de agua, se encuentra en
http://www.concretonline.com/index.php?option=com_content&task=view
&id=441&Itemid=40.
Filtro rápido de flujo ascendente. Se instalara el filtro rápido de
arena gruesa para retener las partículas del floc e impurezas del agua
donde el material del líquido queda atrapado en la matriz de arena que se
dispone a salir del reactor UASB. Se lleva a cabo mediante una
65
combinación de varios procesos diferentes. Los más importantes son:
colado, sedimentación, absorción y procesos bacteriológicos y bioquímicos
Figura 26. Filtro rápido de flujo ascendente.
Fuente. VALENCIA MONTOYA, Guillermo. Se encuentra en
http://www.bvsde. paho.org/bvsacd/scan2/05862/05862-15.pdf.
Filtro Lento. Seguido del filtro rápido se instalaran el filtro lento de
arena para complementar la retención de impurezas y partículas del agua
y un porcentaje de organismos patógenos en el agua. Se considera que las
partículas que se verían atrapadas son las de diámetro inferior a siete
veces el diámetro medio de la arena. Si consideramos que el diámetro
medio de la arena es de 150 /xm, las partículas más grandes de 20/m se
verán retenidas por ver impedido su paso físicamente.
66
Figura 27. Filtro Lento
Fuente: Calculo de filtro lento de arena, se encuentra en
http://www.gits.ws/08cyd/pdfs/A2-FiltroArenaSanLuis.pdf.
Filtro de carbón. El carbón activado para promover la absorción de
Arsenio, atrayendo y acumulando el adsorba todo sobre la superficie.
El carbón activado es un producto que posee una estructura cristalina
reticular similar a la del grafito; es extremadamente poroso y puede llegar
a desarrollar áreas superficiales del orden de 1,500 m2 o más, por gramo
de carbón. Todos los átomos de carbón en la superficie de un cristal son
capaces de atraer moléculas de compuestos que causan color, olor o sabor
indeseables; la diferencia con un carbón activado consiste en la cantidad
de átomos en la superficie disponibles para realizar la adsorción (extraído
de http://www.unne.edu.ar/Web/cyt/com2005/7-Tecnologia/T-092.pdf.)
Tanque de almacenamiento afluente tratado. Tanque en disposición
para el almacenamiento del agua residual tratada que finalmente será
empleada para riego en el relleno sanitario o para ser devuelta al río
Magdalena.
67
Figura 28. Plano relleno sanitario praderas del magdalena.
Fuente: SER AMBIENTAL S,A E,S,P.
Figura 29. distribucion de los procesos de la planta de tratamiento
Fuente: SER AMBIENTAL S.A. E.S.P.
La flecha de color rojo indica la conexión de entre procesos. Se obtiene
para una mejor claridad el siguiente esquema representativo.
68
Figura 30. Esquema de planta de tratamiento para el diseño.
Fuente: OLIVEROS K Diseño de planta de tratamiento .procesos de
depuración.
6.4 DETERMINACIÓN DEL BALANCE HÍDRICO
Análisis de balance hídrico. Los elementos que componen el balance
hídrico de una celda de relleno sanitario son los siguientes:
Escurrimiento superficial (Es): valor variable, dependiente
de la precipitación, se obtiene al multiplicar el coeficiente
adimensional de escurrimiento por los valores de precipitación.
El coeficiente de escurrimiento depende del tipo de suelo y de su
pendiente, se halla tabulado como se presenta en la tabla.
P: precipitación, en mm.
R: escurrimiento superficial, en mm.
E: evapotranspiración potencial, en mm.
I: infiltración, en mm. (VILLAMAYOR MEDINA, Julio y GRAU
FERNÁNDEZ, José Félix. 2007)
69
Tabla 4. Coeficientes de escurrimiento
Tipo de suelo Pendiente Coef. Ke
% Est. Seca Est. Húmeda
Suelo arenoso 0 a 2 0,17 0,34
2 a 7 0,34 0,50
Suelo arcilloso 0 a 22 a 7 0,33 0,45 0,43 0,55
Adoptado de CETESB,1992
Contenido de humedad de los residuos (Wd): valor variable, se
determina por el ensayo correspondiente; por criterio práctico se utiliza el
valor medio de los resultados de los ensayos.
6.5 CONDICIONES PARA DISEÑO DE AIREADORES EN
CASCADA
El aireador de cascada produce una pérdida de energía
grande, pero es muy sencillo. Autores como Larry E. Overman,
señalan que con una cascada y 40 cm de profundidad de
suministro se puede airear 9000 m3/d de agua con remociones
del 50-60% de CO2.
El aireador de cascada se diseña como una escalera; entre
más grande sea el área horizontal más completa es la aireación.
La aireación ocurre en las aéreas de salpicamiento en forma
similar a la que ocurre en un río turbulento; por ello se
acostumbra colocar salientes, bloques o vertederos en los
extremos de los escalones.
La carga hidráulica de estos aireadores puede ser de 10 – 30
L/s. m2 u 864-2592 m/d, donde la carga hidráulica es la relación
entre el caudal aplicado y el área horizontal del aireador; la
altura de los escalones, de 20-40 cm, y la altura total de 1 – 3 m.
(Jairo Alberto Romero Rojas. Purificación del agua).
70
Tabla 5. Parámetros típicos para diseño de cascadas de
oxigenación
Parámetro Valor
Carga hidráulica para caudal promedio 1200-6200 m3/m.d
Carga hidráulica típica para caudal promedio 3000 m3/m.d
Altura del escalón 15-30 cm
Altura típica del escalón 20 cm
Longitud del escalón 30-60 cm
Longitud típica del escalón 45 cm
Altura de la cascada 1.8-5 m
Fuente: Purificación del agua, Jairo Alberto Romero Rojas.
6.6 MEZCLA RÁPIDA EN CANAL RECTANGULAR CON
RESALTO HIDRÁULICO
Los mezcladores rápidos hidráulicos se utilizan cuando se dispone de
suficiente cabeza o energía en el flujo de entrada. En general se utilizan
resaltos hidráulicos, canaletas Parshall, tubos vénturi, dispersores de
tubos perforados y tanques con bafles, para disparar energía en
turbulencia y aprovecharla para la mezcla del coagulante.
El mezclador hidráulico tiene la ventaja de no requerir equipo mecánico,
consideración muy importante en el diseño de plantas para lugares en los
que no se dispone de personal capacitado para mantenimiento ni de
suministro apropiado de repuestos.
La principal observación formulada, con respecto al diseño de mezcla
rápida, radica en la importancia de dispersar uniformemente el
coagulante en el agua cruda de manera que se evite el subtratamiento o el
sobretratamiento.
La coagulación en el agua con alumbre, ocurre predominantemente
mediante dos mecanismos: adsorción de las especies hidrolizadas solubles
sobre el coloide, con la consecuente desestabilización de este y coagulación
de barrido, en la cual el coloide es entrapado dentro del hidróxido de
aluminio precipitante
En la adsorción desestabilización las reacciones son muy rápidas; ocurren
en microsegundos si no hay formación de polímeros y en un segundo si se
71
forman polímeros. La coagulación de barrido es más lenta y ocurre en 1 a
7 segundos. Por lo tanto, para adsorción desestabilización los coagulantes
deben dispersarse en el agua cruda tan rápido como sea posible, en menos
de un segundo.
Figura 31. Mecanismos de coagulación
El modelo básico de diseño fue formulado por Camp y Stein en 1943 y
aunque se reconoce que el concepto del gradiente de velocidad no es
completamente adecuado para el diseño de mezcladores rápidos, sigue
siendo el criterio más usado en la práctica. El gradiente de velocidad es
ampliamente aceptado, como un medio para calcular los requerimientos
energéticos de mezcla.
72
7. PROPUESTA DE DISEÑO
En nuestro caso, se desarrollara la fórmula para compararla con los datos
obtenidos por los ensayos de infiltración In situ, por el método de Prochet.
Coeficiente de escurrimiento para este caso
Es: 115.56 mm
Valor medio de los resultados de los ensayos.
Wd: 34.71%
Características del material de cobertura (γmc): valor variable, por
hipótesis simplificadora, se asume que se halla en estado de saturación.
γmc: 1700 Kg/m3
Capacidad de campo del relleno (CC): valor variable, se determina por
medio de la fórmula (1.1).
Donde W es el peso de sobrecarga en Kg, calculado en la mitad de la
altura de los residuos del nivel en estudio y 4536 es una constante K
La ecuación del balance de agua se expresa por la siguiente fórmula:
∆W(Kg) = P(Kg) + WRSU (Kg) - EVP(Kg) - ES (Kg)
Siendo:
∆W: cantidad de agua ingresada a la celda.
P: precipitaron
WRSU: contenido de humedad de los residuos.
(1.1)
(1.2)
73
EVP: evapotranspiración potencial.
ES: escurrimiento superficial
Precipitación (P): Para hallar la precipitación se tuvo acceso a los
registros diarios de pluviosidad iniciados en el año 2010 hasta la fecha, se
obtuvieron promedios mensuales y anuales de precipitación y para efectos
del ensayo se calculó la precipitación diaria promedio.
P= 1344,67 mm/año
P= 3,68 mm/día
Evapotranspiración potencial (Erd): Para hallar este dato se tuvo
acceso a los registros diarios de evaporación iniciados en el año 2012.
(Erd)= 0,84 mm/hora
(Erd)= 2.03 L/m2*día
Generación de lixiviado. Como se expresó, el exceso de agua sobre la
capacidad de campo, corresponde a la cantidad de lixiviado que se genera
en la celda en estudio.
L(Kg) = ∆W(Kg) - Cc (Kg)
Por criterios de practicidad de los cálculos, los balances hídricos, tanto del
material de cobertura como de la celda, se aplican para áreas unitarias (1
m2) y luego el valor L(Kg.) se realizan las siguientes operaciones
matemáticas.
Siendo:
A: área de la celda
ƒ: factor de conversión
(1.3)
(1.4)
(1.5)
74
L: lixiviado generado
Para el cálculo de la cantidad de lixiviado, no se consideraran las
cantidades de agua que se pierden en las reacciones internas que derivan
en la generación de los gases de vertedero, criterio compatible con la
condición de considerar la situación más desfavorable.
Los supuestos expresados permitirán establecer la siguiente condición e
hipótesis simplificadora:
Se define un sistema cerrado de estudio para el relleno en consideración,
donde solo el agua que cae directamente sobre el área de la celda en
estudio, producto de la precipitación es la que afecta al mismo.
Para cuando el relleno sanitario haya sido clausurado aportara 642926.93
m3/año lo que corresponde a 20.37 Lts/sg pero solo saldrá por el drenaje
el 11,22% del caudal, por obstrucciones o taponamientos, lo cual
corresponde a 2.29 Lts/sg, esto nos hace tomar la decisión de dejar el
caudal de diseño en 3 Lts/sg.
Tabla 6. Resultados del cálculo para la generación de lixiviado.
Celda Lts/sg M3/Día M3/año
Caudal C1 0,17 14,80 5402,10
Caudal C2 0,65 55,90 20404,72
Caudal C3 0,98 84,39 30804,03
Caudal B1 0,34 29,54 10783,41
Caudal B2 0,97 83,62 30520,10
Caudal B3 1,32 113,94 41588,44
Caudal B4 3,17 274,37 100144,65
Caudal A1 0,78 67,85 24765,79
Caudal A2-A3 6,34 548,45 200182,95
Caudal A4 2,35 203,60 74312,33
Caudal A5 3,30 284,98 104018,40
Σ Caudales aportados Lts/sg 20,37 1761,44 642926,93
Σ Caudales aportados actuales Lts/sg 8,38 724,42 264413,25
Salida de caudal 2010 0,5 43,20 15768,00
Caudal retenido 2010 3,92 338,74 123639,32
Salida de caudal 2011 0,68 58,75 21444,48
75
Celda Lts/sg M3/Día M3/año
Caudal retenido 2011 6,91 597,37 218038,95
Salida de caudal 2012 1,12 96,77 35320,32
Caudal retenido 2012 7,26 627,16 228911,95
Salida de Caudal Actual 2013 1,12 96,77 35320,32
Caudal retenido actualmente 7,26 627,16 228911,95
Salida de Caudal 2014 1,77 152,64 55713,38
Caudal retenido 12,96 1119,36 408564,82
Salida de Caudal 2015 1,84 159,00 58034,78
Caudal retenido 12,88 1113,00 406243,43
Salida de Caudal 2016 2,22 191,81 70010,16
Caudal retenido 14,86 1283,64 468529,51
Salida de Caudal 2017 2,65 228,83 83523,29
Caudal retenido 17,72 1531,41 558963,58
Salida de Caudal 2018 2,69 232,35 84808,27
Caudal retenido 17,68 1527,89 557678,61
Salida de Caudal 2019 2,75 237,63 86735,73
Caudal retenido 17,62 1522,61 555751,14
Salida de Caudal 2020 2,85 246,43 89948,16
Caudal retenido 46,27 3997,97 1459257,85
Salida de Caudal 2021 2,89 249,95 91233,14
Caudal retenido 17,48 1510,28 551253,74
Fuente. (MUÑOZ, OLIVEROS, VILLAMAYOR MEDINA, Julio, GRAU
FERNÁNDEZ y José Félix. Investigación Determinación de la cantidad de
Lixiviados generado en rellenos sanitarios, Universidad Nuestra Señora
de la Asunción Paraguay (2007). Se encuentra en
http://www.bvsde.paho.org/ bvsaidis/paraguay5/IIIRS05.pdf.
7.1 TANQUE DE SEDIMENTACIÓN
El tanque de sedimentacion se divide normalmente en cuatro zonas: zona
de entrada, zona de salida ,zona de lodos y zona de asentamiento como se
indica en la figura.
76
Figura 32. Tanque de sedimentacion rectangular
Fuente: ROMERO ROJAS JAIRO ALBERTO, Purificación del agua,
editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
77
7.2 AIREADORES EN CASCADA
Figura 33. Aireador de cascada tipo escalera.
Fuente: Purificación del agua, Jairo Alberto Romero Rojas).
Según el Artículo 45. Del decreto 1594 de 1984, dentro de los
criterios de calidad admisibles para la destinación del recurso
para preservación de flora y fauna el Oxigeno disuelto tiene un
valor de 5.0 mg/L, por consiguiente diseñaremos el aireador
para que cumpla con las regulaciones del estado. (MUÑOZ Y
OLIVEROS 2012).
78
Para determinar la altura de la cascada de oxigenación se puede
usar la ecuación (2.0):
Donde:
R=relación deficitaria de oxigeno
Cs=concentración de saturación de oxígeno disuelto a la
temperatura T, mg/L
Co= concentración de oxígeno disuelto en el agua, antes del
vertedero o cascada, mg/L
C= concentración de oxígeno disuelto en el agua, después del
vertedero o cascada, mg/L
H= altura de caída del agua, m
T= temperatura del agua, °C
a= 1.25 para agua limpia
1.0 para agua poluta de río
0.8 para afluente de aguas residuales
b= 1.0 para un vertedero de caída libre
1.1 para escalones
1.3 para vertedero escalonado (Jairo Alberto Romero Rojas.
Purificación del agua).
Tabla 7. Dependencia de la concentración de oxigeno disuelto
respecto a la temperatura del agua (Bain y Stevenson 1999)
Temp. OD (mg/l) Temp. OD (mg/l) Temp. OD (mg/l)
0 14.16 12 10.43 24 8.25
1 13.77 13 10.20 25 8.11
2 13.40 14 9.98 26 7.99
3 13.05 15 9.76 27 7.86
4 12.70 16 9,56 28 7.75
5 12.37 17 9.37 29 7.64
6 1206 18 9.18 30 7.53
7 11.76 19 9.01 31 7.42
(2.0)
(2.1)
79
Temp. OD (mg/l) Temp. OD (mg/l) Temp. OD (mg/l)
8 11.47 20 8.84 32 7.32
9 11.19 21 8.68 33 7.22
10 10.92 22 8.53 34 7.13
11 10.67 23 9.38 35 7.04
Fuente: Purificación del agua, Jairo Alberto Romero Rojas
De la tabla obtenemos Cs, ya que vamos a trabajar con 35°C de
temperatura T, nuestro Cs será de 7.04 mg/L, asumimos que
nuestro Co es igual al cero debido a la naturaleza de nuestro
efluente.
Entonces desarrollamos la ecuación 2.1 para determinar la
relación deficitaria de oxigeno
Ahora desarrollamos la ecuación 2.0 para determinar la altura
de la cascada de oxigenación.
Teniendo la altura H de la cascada determinamos el número y
dimensiones de los escalones según la tabla 4.
Se puede adoptar para esta cascada de 2.5 m de altura, 10
escalones de 0.25 m de altura cada uno y una longitud de 0.60
m”. (MUÑOZ, OLIVEROS y Jairo Alberto Romero Rojas.
Purificación del agua).
7.3 AIREADOR MANUAL PARA REMOCIÓN DE HIERRO Y
MAGNESIO
Hierro total mg Fe/L 114.0 y Magnesio mg Mn/L 6.8, se pretende
remover dichos metales durante todo el proceso hasta llegar al valor
80
permitido. Se instalara para los niveles de tratamiento preliminar y
primario (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
Figura 34. Aireador manual para remoción de hierro y magnesio.
Fuente: Abastecimiento de agua y alcantarillado 5 edición McGraw Hill).
Para airear adecuadamente un agua, según experimentación, mantener el
agua en el aire 1.7 segundos lanzándola con una boquilla de 2.5 cm de
diámetro y Cd= 0.85. La boquilla debe quedar graduada de tal forma que
forme un Angulo de 85° con la horizontal.
Entonces tenemos:
Vuelo del agua es de 1.7 sg
Φ de la boquilla 2.5 cm
Coeficiente de descarga Cd 0.85 (según tipo y forma de la boquilla valores
entre 0.75 – 0.95)
Con estos valores podremos hallar la velocidad del flujo para que el
sistema funcione correctamente, de acuerdo con las ecuaciones de Newton
para movimiento uniformemente acelerado, las coordenadas de una
partícula de fluido que pasa de la tobera a un punto P de la trayectoria
están dadas por:
(3.0)
(3.1)
81
Donde:
Y= Coordenada vertical del punto P
Vo= Velocidad inicial del chorro
Φ= Angulo de inclinación del chorro con la horizontal
g= Gravedad
t= Tiempo de vuelo
Para hallar el tiempo de vuelo de la partícula se utiliza la siguiente
fórmula:
Donde h= es la energía total sobre la tobera medida por experimentación,
generalmente entre 1.2 – 9 m
(MUÑOZ Y OLIVEROS 2012, abastecimiento de agua y alcantarillado 5a
edición McGraw Hill).
Entonces hallamos velocidad inicial de flujo Vo desarrollando la fórmula
3.0
(3.2)
(3.0)
(3.0)
(3.3)
82
Ahora determinamos la distancia hasta donde se abre el abanico
utilizando la formula No. 3.4.
Ahora hallamos el caudal que pasa por la boquilla del sistema de
aspersión.
Teniendo el caudal podremos calcular el trabajo requerido para el
sistema.
Los 4.94 metros de pérdida de energía equivalen a una presión de 0.49
Kg/cm2 o 49 KPa, valor a tener en cuenta si el terreno no es favorable
para aplicar dicha altura.
Teniendo las condiciones del aireador procedemos a hallar el área y
dimensiones teniendo en cuenta que por el pasaran 176 Litros por
segundo.
(3.4)
(3.5)
(3.6)
83
El número de boquillas requeridas en este aireador son:
176/4.24 = 42 boquillas
Distribuiremos las 42 boquillas en 4 filas de 10 boquillas cada una,
dejaremos una distancia entre boquillas de 50 cm.
Ahora hallaremos la longitud de cada tubo con 10 boquillas:
9 x0.5 = 4.7 m.
Teniendo en cuenta el resultado obtenido con la formula No. 3.4 (distancia
hasta donde se abre el abanico), tomaremos ese dato para determinar la
distancia entre los tubos 1.25 m, así no habrá interferencia entre los
surtidores.
Los 4 tubos caben en una distancia de 3 x 1.25= 3.75 m
Dejando un espacio de 1 m a cada lado extremo de los tubos, el aireador
tendría un área de:
6.7 x5.75 m = 38.5 m2
Y un radio de 3.50 m.
Dicho esto podremos saber la carga de diseño del aireador la cual es por lo
general entre 0.11 – 0.32 m2 por l/s.
14.63/50 = 0.22 m2 por l/s.
7.4 MEZCLA RÁPIDA EN CANAL RECTANGULAR CON
RESALTO HIDRÁULICO
Para mezcladores hidráulicos:
= =
(4.0)
84
Dónde:
G = gradiente de velocidad, s -1
g = aceleración de la gravedad, m/s2
H= pérdida de energía debida a la fricción, m
ν= viscosidad cinemática del agua, m2/s
T= tiempo de retención, s
μ= viscosidad dinámica del agua, Ns/m2, Kg/m s, Pa.s
Ƴ= peso específico del agua, N/m3
= densidad del agua, Kg/m3
La figura representa la configuración del flujo y del resalto hidráulico en
un vertedero rectangular sin contracciones laterales, extendido a todo lo
ancho del canal, en caída libre.
Para asegurar una dispersión homogénea y continua del coagulante en
toda la masa de agua cruda, el coagulante debe aplicarse sobre la sección
1, a una distancia Lm del vertedero.
Figura 35. Configuración del resalto en un vertedero rectangular.
85
Características de diseño:
Ancho B= 0.60 m
Alto P= 1.6 m
Caudal Q= 176 l/sg
μ= 7.2x10-4 N/m2
Entonces empezamos calculando el caudal por unidad de ancho del
vertedero:
Se calcula la profundidad crítica del flujo por la ecuación 4.2
Cuando hay resalto, la profundidad del agua en la sección 1 según la
Figura debe estar relacionada con la profundidad crítica hc, por la
ecuación de White:
Los valores de V1 y V2 se calculan por las expresiones:
(4.1)
(4.2)
(4.3)
86
Se calcula la velocidad V1 con la ecuación 4.4
Para que haya resalto estable y mezcla eficiente el número de Froude en
la sección 1, “F1” debe estar comprendido entre 4.5 y 9.0 y se calcula con
la ecuación 4.6.
F1= 4.89 es supercrítico y de régimen turbulento.
Se calcula la profundidad después del resalto
Se calcula la velocidad V2 después del resalto con la ecuación (4.5)
(4.4)
(4.5)
(4.6)
(4.7)
87
Se calcula el valor de la perdida de energía en el resalto, h, por la fórmula
de Belanger:
Mediante la fórmula de Smetana se calcula la longitud del resalto L j, para
resalto estable.
Se calcula la velocidad media en el resalto Vm.
Se calcula el tiempo de mezcla rápida para determinar el tipo de
coagulación que se llevara a cabo, adsorción-desestabilización o
coagulación de barrido, mediante esta fórmula.
La coagulación en este punto será por adsorción-desestabilización con
formación de polímeros.
(4.8)
(4.9)
(4.10)
(4.11)
88
Se calcula el gradiente de velocidad por la ecuación (4.0)
Para hallar la distancia del punto de aplicación del coagulante Lm se usa
la siguiente ecuación deducida experimentalmente.
7.5 FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL
Según Fair y Geyer el tiempo de retención t = 10-90 min, la velocidad de
flujo = 0.1-0.9 m/s y la perdida de energía h = 0.3 y 0.9 m.
Según la American Water Works Association (AWWA) el gradiente de
velocidad para flujo horizontal G= 5 – 100 s-1 y el número de Camp Gt =
30000 – 150000
Figura 36. Floculador hidráulico de flujo horizontal.
(4.12)
89
Figura 37. Detalle de impermeabilización
A continuación se presentan las características que usaremos para
diseñar nuestro floculador de flujo horizontal.
Caudal Q= 15160 m3/día o 175.46 l/sg, el tanque de floculación debe estar
dividido en tres secciones de volúmenes iguales, con gradientes de
velocidad de 60, 40 y 20 el tiempo total de floculación es de 20 minutos, la
temperatura del agua 30°C, las pantallas son de fibra de vidrio con un
coeficiente de fricción f = 0.3, la longitud del floculador debe ser de 28
metros.
Entonces el volumen del floculador será ν:
(5.0)
90
El ancho del floculador para una profundidad de flujo de 2 metros
Para tres cámaras iguales de floculación el ancho de cada cámara o
sección será
El número de pantallas, para la sección del floculador se calcula de la
siguiente manera:
Dónde:
N = Numero de pantallas
μ = Viscosidad dinámica, Pa*s Kg/ms
t = Tiempo de retención
ρ = Densidad del agua, Kg/m3
f = Coeficiente de fricción
H = Profundidad de flujo
L = Longitud del floculador
G = Gradiente de velocidad, S-1
Q = Caudal, m3/s
(5.1)
(5.2)
91
Entonces el número de pantallas para la primera sección con G = 60 S -1
es:
La distancia entre pantallas será:
La distancia mínima entre pantallas según Insfopal, para floculadores de
flujo horizontal e= 0.45 m, entonces se toma el valor mínimo
recomendado.
La pérdida de energía para la sección del floculador que estamos
estudiando se calcula por la ecuación:
La velocidad de flujo será con la formula (3.5):
(5.3)
(5.4)
92
La distancia libre entre el extremo de cada pantalla y la pared de la
cámara de floculación será:
Finalmente hallamos el número de Camp para cada sección.
Se realiza el mismo calculo desde N para las demás secciones con G= 40 S -
1 y G= 20 S-1.
Entonces para la segunda sección con G= 40 S -1 tenemos
G = 40 S-1
t = 6.66 sg
N = 61
e = 0.46 m
1.5e = 0.69 m
h =0.09 m
V = 0.16 m/s
Gt2 = 15998.9
Para la tercera sección con G= 20 S-1 tenemos
G = 20 S-1
t = 6.66 sg
N = 39
e = 0.73 m
1.5e = 1.09 m
h = 0.02 m
V = 0.26 m/s
Gt3 = 7999.2
Entonces el número de Camp será de Gt= 47995.7
93
7.6 TANQUE HOMOGENIZADOR
Se calculará cuál debería ser el tiempo de residencia óptimo del tanque,
para lograr estabilizar la DBO de la corriente que llegaría al tratamiento
biológico. Con este dato y la media anual de caudal, se podrá determinar
el volumen óptimo que debería tener el tanque.
Una vez se determine el volumen óptimo, el siguiente paso será el diseño
del tanque homogeneizador.
A partir de los cálculos efectuados podemos determinar que el tanque de
igualamiento tendrá un volumen de almacenamiento máximo de 259.20
m3, y sus dimensiones de construcción serán de 10 metros de ancho por
15.5 metros de largo y 1.7 metros de profundidad ver tabla.
Figura 38. Tanque homogenizador
94
Tabla 8. Cálculo del volumen de igualamiento.
Período Caudal (M3/S) Dbo (Mg/L)
Flujo
Acumulado
(M3)
Carga De Dbo
(Kg/H)
0 – 1 0,0025 18000 9,00 162,00
1 – 2 0,0032 17050 20,52 196,42
2 – 3 0,0022 16800 28,44 133,06
3 – 4 0,0026 18500 37,80 173,16
4 – 5 0,0020 18200 45,00 131,04
5 – 6 0,0026 15000 54,36 140,40
6 – 7 0,0027 15600 64,08 151,63
7 – 8 0,0035 17600 76,68 221,76
8 - 9 0,0037 18000 90,00 239,76
9 – 10 0,0036 18100 102,96 234,58
10 – 11 0,0038 17900 116,64 244,87
11 – 12 0,0035 18650 129,24 234,99
12 – 13 0,0040 17940 143,64 258,34
13 – 14 0,0041 16720 158,40 246,79
14 – 15 0,0035 15600 171,00 196,56
15 – 16 0,0030 15780 181,80 170,42
16 – 17 0,0030 18000 192,60 194,40
17 – 18 0,0032 17950 204,12 206,78
18 – 19 0,0032 17380 215,64 200,22
20 – 21 0,0030 16870 226,44 182,20
21 – 22 0,0030 18420 237,24 198,94
22 – 23 0,0031 18500 248,40 206,46
23 – 24 0,0030 18500 259,20 199,80
Promedio 0,0030 - - 188,52
Fuente. MUÑOZ Y OLIVEROS 2012.
95
Figura 38. Cálculo del volumen de igualamiento.
Fuente: MUÑOZ Y OLIVEROS 2012.
El tiempo óptimo de retención del tanque para una mayor carga de DBO
igualada medida en Kg/h es de 12 horas, según los resultados de los
cálculos del efecto de igualamiento que se encuentran en la tabla No. 7.
Tabla 9. Cálculo del efecto de igualamiento sobre la DBO.
Período
Vap Flujo
durante el
período
(M3)
V Volumen
en el tanque
al final del
periodo (m3)
X DBO del
afluente
durante el
periodo
(mg/L)
Xi DBO
igualada
(mg/L)
Ci Carga
de DBO
igualada
(kg/h)
6 – 7 9,72 -1,08 15600 15600,00 168,48
7 – 8 12,60 0,72 17600 17787,50 192,11
8 – 9 13,32 3,24 18000 17989,10 194,28
9 – 10 12,96 5,40 18100 18077,82 195,24
10 – 11 13,68 8,28 17900 17950,33 193,86
11 – 12 12,60 10,08 18650 18372,54 198,42
12 – 13 14,40 13,68 17940 18118,11 195,68
13 – 14 14,76 17,64 16720 17392,51 187,84
14 – 15 12,60 19,44 15600 16645,63 179,77
15 – 16 10,80 19,44 15780 16336,48 176,43
16 – 17 10,80 19,44 18000 16930,59 182,85
17 – 18 11,52 20,16 17950 17309,91 186,95
18 – 19 11,52 20,88 17380 17335,39 187,22
20 – 21 10,80 20,88 16870 17176,74 185,51
21 – 22 10,80 20,88 18420 17600,58 190,09
96
Período
Vap Flujo
durante el
período
(M3)
V Volumen
en el tanque
al final del
periodo (m3)
X DBO del
afluente
durante el
periodo
(mg/L)
Xi DBO
igualada
(mg/L)
Ci Carga
de DBO
igualada
(kg/h)
22 – 23 11,16 21,24 18500 17913,86 193,47
23 – 24 10,80 21,24 18500 18111,43 195,60
0 – 1 9,00 19,44 18000 18078,27 195,25
1 – 2 11,52 20,16 17050 17695,66 191,11
2 – 3 7,92 17,28 16800 17443,04 188,38
3 – 4 9,36 15,84 18500 17814,40 192,40
4 – 5 7,20 12,24 18200 17934,90 193,70
5 – 6 9,36 10,80 15000 16663,11 179,96
Promedio - - - - 181,03
Fuente: MUÑOZ Y OLIVEROS 2012.
Para resumir los efectos del igualamiento se presenta la tabla y la figura.
Tabla 10. Efectos del igualamiento
Relación Carga De DBO
Normal Igualada
Máximo 258,34 1,37
198,42 1,10
Medio 188,52 181,03
Mínimo 131,04 0,70
168,48 0,93
Medio 188,52 181,03
Máximo 258,34 1,97
198,42 1,18
Mínimo 131,04 168,48
Fuente. MUÑOZ Y OLIVEROS 2012.
97
Figura 40. Efectos del igualamiento
Fuente. MUÑOZ Y OLIVEROS 2012.
7.7 DISEÑO DEL REACTOR UASB
7.7.1 Dimensión del reactor. El volumen del reactor se calculará a
partir de los caudales medios. Son los siguientes:
Q medio, fase1 = 1.1 l/s
Q medio, año horizonte = 3 l/s
La experiencia en otros reactores UASB recomienda que el TPH sea igual
o superior a 6 horas. Se ha tomada un valor superior.
TPH = 8h
El caudal de diseño de cada reactor es:
Qd= 3 l/s
El volumen de reactor necesario se obtiene del TPH y el Qd:
VR = TRH * Q
(6.0)
98
Área del reactor
AR = 21.6 m2 = 3m*7.2m
Altura efectiva del reactor
h= 4 m
Flujo másico
Carga Hidráulica
Velocidad de flujo en la campana
Separador gas – líquido – sólido (GLS). Otra parte importante y crítica en
el diseño de un reactor U. A. S. B. es la campana o separador GLS, el cual
es fundamental para lograr un buen funcionamiento del reactor a fin de
mantener un lodo sedimentable (en su mayoría granular), un afluente
clarificado (libre de gases) y unos gases adecuadamente separados.
Objetivos del separador GLS. Los objetivos a lograr con la
implementación de las campanas para cada reactor son:
Separación y descarga adecuadas del biogás en cada reactor.
(6.1)
(6.2)
(6.3)
99
Permitir el deslizamiento del lodo dentro del compartimiento de
digestión.
Servir como una clase de barrera (stopper) para expansiones excesivas
rápidas del manto de lodos (en su mayoría), dentro del sedimentador.
Prevenir el lavado (salida) de lodo granular flotante (y floculento).
Para la construcción del separador GLS se tienen en cuenta parámetros
recomendados por la literatura, los cuales indican que la campana
convencional es la mejor estructura, gracias a su fácil construcción,
simplicidad de instalación y funcionamiento, y eficiencia. Los aspectos a
tener en cuenta en el diseño de las campanas son:
La velocidad de flujo ascendente en la abertura
La carga hidráulica superficial
El ángulo de los lados de la campana
El traslapo vertical
Todos estos criterios no son de ninguna manera inflexibles, ya que pueden
ajustarse entre sí de acuerdo a las proporciones del reactor. Los
parámetros básicos de diseño para las campanas son:
Área de abertura:
Área de sección transversal de la campana:
(6.4)
(6.5)
100
Radio mayor de la Campana:
Ancho de la abertura:
WA= RR – RC
Altura de la campana:
Traslapo: Tv = 1.5 (WA)
Ancho de los deflectores: WD = TV + WA
Longitud de los deflectores: LD = 2WD tan 45º
101
Figura 41. Criterios de diseño del reactor UASB
Fuente: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
Sistema de distribución el afluente. “Este sistema tiene como función
dividir el caudal de forma que en cada punto de entrada en el reactor
tenga el mismo caudal.
Se recomienda que el área -en planta- afectada por un punto de entrada
sea de 3 a 4m2.
Sistema de recolección del afluente. Para la recolección en el reactor
UASB se propone dimensionar la geometría del vertedero de forma
triangular a partir de la formula de Kindsvater.
El dimensionamiento de los canales afluentes se realizara de manera que
el calado uniforme coincida con el calado crítico a caudal máximo. Para
ello se calculara la pendiente que consiga el mencionado criterio. (MUÑOZ
Y OLIVEROS 2012).
102
Figura 42. Sección de vertedero de forma triangular
Fuente. http://www.gits.ws/08cyd/pdfs/ANEJO7_REACTOR_UASBMarc.
PDF.
7.8 TANQUE CLARIFICADOR
Clarificador de lecho filtrante. Clarificador de lecho filtrante
comprendiendo un tanque (1), que consta de una parte superior
cilíndrica (2), y de una parte inferior inclinada (3) y que esta
provista con una tubería de alimentación dispuesta
centralmente (11) para el liquido que tiene que ser clarificado.
La tubería de alimentación tiene una salida dirigida al interior
del tanque, en la abertura superior (7) del cono de mezclado
circulante (6) dispuesta en la parte inferior inclinada del
tanque. La abertura superior es mayor que la abertura de salida
(12) de la tubería de alimentación, de forma que el lodo para ser
descargado desde la tubería de alimentación arrastre grumos de
sedimento de la parte inferior del lecho, causando así la
circulación interna de sedimento. El aparato es especialmente
adecuado para la clarificación de aguas residuales (extraído de
www.patentados.com).
103
Figura 43. Tanque clarificador
Fuente: www.patentados.com.
7.8.1 Lecho de secados.
En general, el lecho de secado al aire corresponde a un proceso
natural, en que el agua contenida intersticial mente entre las
partículas de lodos es removida por evaporación y filtración a
través del medio de drenaje de fondo. En este sistema no es
necesario adicionar reactivos ni elementos mecánicos ya que
está previsto un secado lento.
En el caso de la presente planta, el objetivo de esta unidad será
disponer los lodos extraídos del reactor UASB, del tanque
clarificador y del tanque precipitador, proveer su deshidratación
para reducir su volumen a niveles de concentración adecuados
para el posterior manejo en su disposición final. En ningún caso
se podrá aplicar sobre el lecho, lodo crudo o fresco debido a que
éstos pueden presentar serios problemas, como malos olores y
proliferación de insectos (extraído de http://www.bvsde.ops-
oms.org/bvsacd/scan/029505/029505-10.pdf).
7.9 TRATAMIENTO DE LODOS Y PROCESOS ANAERÓBICOS
Todos los procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales
producen, en mayor o menor grado, alguna forma de Iodo,
conocido como el "concentrado de contaminación", y su
104
tratamiento y disposición es, razonablemente, el mayor
problema actual en el tratamiento de las aguas residuales.
Los lodos se pueden considerar como un concentrado de la
contaminación o un precipitado de la DBO, está, sin embargo,
compuesto casi sólo PO, agua y contiene, cuando más, un bajo
porcentaje de materia sólida.
Por ejemplo, los lodos activados contienen menos del 1% de
materia sólida, el humus de los percoladores de 0.5 al 2% de
sólidos, y los indeseables lodos primarios del tratamiento de las
aguas negras alrededor del 5% de sólidos. La biomasa separada
del medio particulado de soporte de los sistemas de lecho
fluidizado puede tener concentraciones de hasta el 10%. La
proporción de materia orgánica en los sólidos de los lodos está
entre 70 y 80%.
El objetivo principal del tratamiento de los lodos es reducir el
volumen de los lodos que se han de manipular y aumentar su
estabilidad biológica, a fin de producir un material
suficientemente concentrado y suficientemente inofensivo para
la selección del método último de disposición. En general, esto
significa, eliminar de los lodos toda el agua que sea posible, tan
económica y rápidamente como sea posible, para dejar un
residuo compacto del que se pueda disponer de un modo
aceptable. Aparte de su alto contenido de agua, el otro gran
problema de los lodos es su tendencia a la putrefacción. Los
lodos activados de desecho se vuelven negros y desagradables si
se les deja sin aeración durante un día, y los Iodos primarios del
tratamiento de aguas negras son desagradables desde el
principio. Por tanto, la principal preocupación es "estabilizar"
los lodos, para reducir su actividad biológica y la tendencia a la
putrefacción, y su contenido de organismos causantes de
enfermedades. FUENTE: Operación y mantenimiento del lechos
de secado (extraído de http://www.bvsde.ops-oms.org/bvsacd/
scan/029505/029505-10.pdf).
7.10 FILTRO RÁPIDO
La remoción general de Impurezas del agua por filtración
rápida, se lleva a cabo mediante una combinación de varios
105
procesos diferentes. Los más importantes son: colado,
sedimentación, absorción y procesos bacteriológicos y
bioquímicos. Estos son los mismos procesos ya descritos para la
filtración lenta en arena (en la Sección 15.2). Sin embargo, en la
filtración rápida el material del lecho de filtro es mucho más
grueso y el ritmo de filtración es mucho más elevado (hasta 50
veces mayor que en la filtración lenta en arena). Estos factores
alteran completamente la importancia relativa de los varios
procesos de purificación.
El efecto más importante de purificación en la filtración rápida
es, con mucho, la absorción de impurezas con carga eléctrica
hacia los granos del lecho de filtro con una carga eléctrica
opuesta. En un filtro rápido las cargas estáticas naturales del
material del lecho de filtro están complementadas por cargas
electrocinéticas producidas por el flujo elevado de agua. Las
partículas cargadas (iones) son arrastradas fuera de los granos
del lecho de filtro con el resultado de que los granos quedan con
una carga (opuesta). El efecto electrocinético refuerza
grandemente la acción de absorción.
La degradación limitada de materia orgánica no necesita ser
una desventaja seria ya que los atoros acumulados serán
lavados del filtro durante el lavado por corriente de agua limpia.
Por lo general, la pobre actividad bacteriológica y bioquímica de
un filtro rápido será insuficiente para producir agua
bacteriológicamente segura. De aquí que será necesario un
nuevo tratamiento, tal como la filtración lenta en arena o
clorinación, para producir agua que sea apta para propósitos
domésticos o agrícolas.
Para este proceso de filtración es necesario p un filtro de flujo
ascendente como el representado en la figura, el cual sirve para
un proceso de filtración de grueso a fino. La capa gruesa del
fondo del lecho de filtro criba la mayor parte de las impurezas
suspendidas, incluso del agua cruda turbia, sin ningún aumento
grande de la resistencia del lecho de filtro, debido a los poros
grandes. Las capas finas sobrepuestas tienen poros más
pequeños pero aquí también la resistencia del filtro aumentará
sólo lentamente ya que no quedan muchas impurezas que
filtrar.
106
En los filtros de flujo ascendente se usa la arena como el único
medio de filtro. Frecuentemente, se les usa para el
pretratamiento de agua que es purificada nuevamente mediante
filtros rápidos del tipo de gravedad o mediante filtros lentos de
arena. En tales casos, los filtros de flujo ascendente pueden dar
excelentes resultados y pueden ser muy adecuados para usarlos
en plantas pequeñas de tratamiento.
Una desventaja es que la resistencia permisible en un filtro de
flujo ascendente no es mayor que el peso sumergido del lecho de
filtro. Siendo la arena el material de filtro, la carga disponible
de resistencia es casi igual al espesor del lecho. Así, para agua
de río muy turbia, la longitud de la carrera del filtro y la tasa
disponible de filtración están muy limitadas (extraído de
http://www.bvsde.ops-oms.org/bvsacd/scan/020867/020867-
17.pdf).
Figura 44. Filtro rápido de flujo ascendente.
Fuente. http://www.bvsde.ops-oms.org/bvsacd/scan/020867/020867-17.pdf.
7.11 FILTRO LENTO
La filtración biológica o filtración lenta en arena consiste en el
paso de agua a tratar a través de un medio granular (arena) de
manera que las impurezas que lleva el agua queden retenidas
en dicho medio hasta su posterior limpieza o en el caso de ser
partículas biológicas se degradan en otros compuestos mías
inofensivos. Este proceso se lleva a cabo mediante distintos
mecanismos que son los que se explicaran a continuación.
107
El mecanismo más evidente es el de retención de las partículas
con un diámetro superior a los espacios que deja vacío el
conjunto de granos de arena. Se considera que las partículas que
se verían atrapadas son las de diámetro inferior a siete veces el
diámetro medio de la arena. Si consideramos que el diámetro
medio de la arena es de 150 /xm, las partículas más grandes de
20/m se verán retenidas por ver impedido su paso físicamente.
En estas partículas no están incluidas las bacterias ni las
partículas coloidales, que tendrían que ser retenidas mediante
otro sistema. Otros mecanismos son la sedimentación en la capa
superior del lecho de arena, acumulación de partículas entre los
granos mediante el fenómeno de la difusión y las partículas mas
pequeñas quedan retenidas por fuerzas de atracción (Van Der
Waals y Coulomb)
A parte de la reducción de partículas sólidas, está comprobada
su efectividad como filtro biológico mediante la formación de
algas que con la luz solar transforman la materia orgánica en
sales minerales disueltas en el agua que la enriquecen y
mediante la formación de una capa de materia orgánica que se
forma en los primeros centímetros de la arena llamada biofilm
que es una fina capa formada por una matriz gelatinosa de
bacteria, hongos, protozoa, rotífera y una gama de larvas de
insectos acuáticos que se forma en los dos centímetros
superiores de la arena y se encarga de la purificación del agua.
De hecho se ha comprobado un descenso importante en la
utilización de este mecanismo. Concretamente se reducen la
cantidad de bacterias totales en un factor de entre 101 – 102 y
un descenso de la bacteria E. Coli en un factor de entre 103 –
104.
Así mismo se ha comprobado su efectividad en la reducción de
partículas en suspensión y sólidos en suspensión, así como una
reducción importante de la materia orgánica y organismos
patógenos.
Los filtros de arena tienen un rango de funcionamiento concreto.
Un filtro de arena puede aguantar funcionando durante:
Algunos pocos días: entre 750 NTU y 1500 NTU
Períodos largos: máximo 375 NTU
108
Mejor purificación: máximo 75 NTU (Extraído de
http://www.gits.ws/08cyd/pdfs/A2-FiltroArenaSanLuis.pdf).
Figura 45. Filtro lento de arena y su sistema de control de flujo
mediante válvulas.
Fuente. http://www.gits.ws/08cyd/pdfs/A2-FiltroArenaSanLuis.pdf.
7.12 FILTRO DE ABSORCIÓN DE CARBÓN ACTIVADO
Todos los átomos de carbón en la superficie de un cristal son
capaces de atraer moléculas de compuestos que causan color,
olor o sabor indeseables; la diferencia con un carbón activado
consiste en la cantidad de átomos en la superficie disponibles
para realizar la adsorción. La activación de cualquier carbón
consiste en "multiplicar" el área superficial creando una
estructura porosa
La adsorción es el proceso mediante el cual las moléculas de los
fluidos se adhieren a la superficie por fuerzas químicas o físicas
(o una combinación de ambas). En la adsorción física, las
fuerzas Van Derwaals de bajo nivel dejan las impurezas en la
superficie del carbón. En la absorción química utilizando
carbones impregnados, las fuerzas son relativamente fuertes y
ocurren en los lugares impregnados de la superficie. La
adsorción física predomina cuando se utilizan carbones
activados en la purificación de agua, y la eficiencia del carbón
dependerá de su superficie disponible.
El arsénico es un elemento natural presente en muchos recursos
acuíferos, pero también en aguas producto de lixiviaciones.
109
Figura 46. Filtro de absorción de carbón activado.
El propósito de este filtro final es el de la absorción del arsénico y
otros elementos pesados que no logran ser tratados en las etapas
anteriores (extraído de http://www.bvsde.ops-oms.org/bvsacd/scan/
020867/020867-17.pdf).
Figura 47. Tanque efluente tratado
110
8. PRESUPUESTO PARA CONSTRUCCIÓN DE PLANTA DE
TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS PARQUE ECOLÓGICO
PRADERAS DEL MAGDALENA
El costo total correspondiente al proyecto “Planta de tratamiento para
lixiviados del Parque Ecológico Praderas Del Magdalena”, ubicado a
13,5 kms del municipio de Girardot – Cundinamarca, en la vía que
conduce a Nariño, vereda Acapulco se ha estimado en el equivalente de
$365.600.368, tomando como base de cálculo los precios unitarios
vigentes en el país al mes de octubre de 2014.
Para la obtención de los costos unitarios se hizo un estudio en el
comercio local, casas distribuidoras y comerciales en general, sobre los
precios de los diferentes rubros, tales como: equipo, herramientas,
materiales vehículos y químicos.
111
9. CONCLUSIONES
Los análisis realizados a los lixiviados del parque ecológico praderas del
magdalena presentaron características altas de carga orgánica y altas
concentraciones de fenoles lo que evidencia un lixiviado crudo-joven que
nos determina el tratamiento para la reducción de la carga contaminante
lo cual se concluye que el método planteado para el tratamiento de los
lixiviados es eficiente ya que los resultados que arroja el tratamiento
están por debajo de los valores admisibles para la destilación del recurso y
por ello se determina que es viable para la contribución del aporte a la
protección socio ambiental aun cuando el relleno sanitario haya
clausurado, ya que la construcción para la operación se llevara acabo
mediante procesos de tratamiento biológico, aerobio y anaerobio que
funcionaran por gravedad a un bajo costo de tratamiento que reemplazara
la actual metodología, en el que constara de tratamiento preliminar,
primario, secundario y terciario para la degradación de la materia
orgánica de los lixiviados, utilizando para el tratamiento preliminar el
pondaje uno( 1)para almacenamiento del afluente a tratar ,y el pondaje
dos (2) en serie para separación de materiales de gran tamaño y grasas ,
por consiguiente el tanque de floculación, para luego pasar al tratamiento
primario que comprende los procesos de remoción de SST en un 30%, y
eliminando un 5% en DBO5 Y DQO mediante sedimentación,
continuamente se instala el tanque homogenizador para optimizar el PH e
igualar la DBO permitiendo llevar al tratamiento secundario y
promoviendo la disminución de las altas cargas orgánicas mediante el
tratamiento biológico anaerobio tipo UASB eliminando el 70% de DBO5
del lixiviado con tratamiento biológico aeróbico tipo filtro percolador con
recirculación para eliminar un 40% de DBO5 en el lixiviado afluente que
finalizaría con el tratamiento para el pulimento final de las aguas
removiendo elementos patógenos para mejorar la calidad del agua
mediante tanque clarificador donde se removería el 70% de SST que
pasaría por tres tipos de filtros ,filtro rápido de arena antracita , filtro
lento y filtro de absorción de carbón activado para obtener finalmente un
lixiviado con remoción mayor del 80% en SST, y remoción mayor del
80% en DBO5,así mismo remoción mayor del 90% en Coliformes fecales,
remoción alrededor del 45% de metales pesados y remoción en gran
medida de unidades de Color y turbiedad.
112
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115
ANEXO A. ARTÍCULO CIENTÍFICO
ESTUDIO DE LOS LIXIVIADOS DEL RELLENO SANITARIO “PRADERAS DEL
MAGDALENA” Y DETERMINACIÓN DEL TRATAMIENTO PARA LA MITIGACIÓN
DE IMPACTOS SOCIO AMBIENTALES
HENRY M. GARCÍA Y KAREN O. VARGAS
DOCENTES
CESAR DE FRANCISCO. L Y OSCAR TORRES. A
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA
GIRARDOT CUNDINAMARCA
RESUMEN
El diseño de plantas de tratamiento es un
medio de mitigación de la degradación
ambiental por este motivo se realizó la
investigación de las características de los
lixiviados del relleno sanitario Parque
Ecológico Praderas del Magdalena debido a
la alta probabilidad de rebose de los
lixiviados en las piscinas por consecuencia
del invierno y demanda de residuos sólidos
urbanos lo cual contaminaría las zonas
aledañas al relleno sanitario ya que en la
actualidad, se utiliza un método de
recirculación no eficaz para lograr un
resultado que contribuya con el medio socio
ambiental. Debido a esta problemática se
han plantean los métodos y técnicas
adecuadas para la purificación de los líquidos
provenientes de los residuos sólidos
entrantes al relleno praderas, teniendo en
cuenta las condiciones y normas de diseño
colombiana para la destinación a uso
agrícola.
El objetivo de este estudio fue conocer las
características de los lixiviados, de
aportantes de ciudades como, Alvarado,
Anapoima, Apulo, Arbeláez, Beltrán,
Cabrera, Cajamarca, Carmen de Apicalá,
Chiguaní, Chaparral, Coello, Coyaima,
Cunday, Dolores, Espinal, Flandes,
Fusagasuga, Girardot, Granada, Guamo,
Guataquí, Icononzo, Jerusalén, La Mesa,
Lérida, Líbano, Mariquita, Melgar, Nariño,
Nilo, Pandi, Pasca, Piedras Blancas, Puli,
Purificación, Ricaurte, Saldaña, San Antonio,
San Bernardo, San Juan de Rioseco, San
Luis, Suárez, Tibacui, Tocaima, Venecia,
Villarica, y Viota, especialmente de
GIRARDOT CUND con el fin de determinar
el tipo de lixiviado para definir el
tratamiento que se requiere para lograr la
depuración del líquido, en tal condición que
sea aprovechable en uso agrícola.
Los ensayos realizados fueron
subministrados por la EMPRESA SER
AMBIENTAL S.A E.S.P. presentaron
concentraciones relativamente altas en
presencia de trazas de aluminio, arsénico,
cadmio, cobre, cromo total, litio, mercurio,
selenio y plomo; el hierro, el zinc, el níquel l
manganeso y en DBO5.
Se realizó el diagnóstico de calidad y
cantidad de lixiviado generado para proponer
un método efectivo de tratamiento para la
depuración estos líquidos y evitar impactos
socios-ambientales debido a sus compuestos
tóxicos,
La investigación para aplicación del
tratamiento fue tomada de ejemplos de los
proyectos de tratamientos en Colombia de
lixiviados de los rellenos sanitarios DE
MONTEVIDEO, CURVA DE RODAS EN
MEDELLÍN , EL TRATAMIENTO DE
LIXIVIADOS DEL RELLENO EL
GUAYABAL” DE SAN JOSÉ DE CÚCUTA.
Y, Relleno sanitario de NAVARRO EN
SANTIAGO DE CALI, PARQUE
AMBIENTAL LOS POCITOS EN
BARRANQUILLA.
Se concluye diseñar una planta de
tratamiento para la depuración de las aguas
relacionando los métodos aplicados de
investigación y así mismo los procesos de
depuración para la conformación de una
planta de tratamiento con procesos biológicos
aerobios y anaerobios seguido de un sistema
PTAR con disponibilidad de espacio para la
116
construcción de un sistema eficaz que cumpla
con los requerimientos exigidos por la
autoridad ambiental en el artículo 4 de la
resolución 408 de 2005 expedida por la CAR
competente y el artículo 40 del decreto 1594
de 1984 para el objetivo final.
Palabras claves Parque Ecológico Praderas
del Magdalena, Lixiviados, DBO5, SST,
Efluentes, REACTOR UASB. (MUÑOZ Y
OLIVEROS. 2014).
ABSTRACT
The design of treatment plants is a means of
mitigating environmental degradation that is
why the investigation of the characteristics
of leachate from the landfill Grasslands
Magdalena Ecological Park was made due to
the high probability of overflow of leachate in
the pools by result of winter and demand for
municipal solid waste which would
contaminate areas surrounding the landfill
as today, a method of recycling used is not
effective to achieve a result that contributes
to the environmental socio Due to this
problem have been posed suitable for the
purification of liquids from solid waste
landfill entrants prairies methods and
techniques, taking into account the
conditions and design standards for
destination Colombian agricultural use. The
aim of this study was to determine the
characteristics of the leachate, as
contributors of cities, Alvarado, Anapoima,
Apulo, Arbeláez, Beltran, Cabrera,
Cajamarca, Carmen de Apicalá, Chiguani,
Chaparral, Coello, Coyaima, Cunday,
Dolores, Espinal, Flandes, Fusagasugá,
Girardot, Granada, Guamo, Guataquí,
Icononzo, Jerusalem, La Mesa, Lerida,
Lebanon, Ladybug, Melgar, Nariño Nile
Pandi, Pasca, Piedras Blancas, Puli,
purification, Ricaurte, Saldaña, San Antonio,
San Bernardo, San Juan de Rio Seco, San
Luis Suarez, Tibacui, Tocaima, Venice,
Villarica, and Viotá, especially GIRARDOT
CUND in order to determine the type of
lixiviado to define the process required to
achieve the purification of liquid in such
condition that is usable in agriculture. The
tests were conducted by the BUYER BE
suministrados ENVIRONMENTAL SA ESP
presented relatively high concentrations in
the presence of traces of aluminum, arsenic,
cadmium, copper, total chromium, lithium,
mercury, selenium and lead; iron, zinc, nickel
and manganese l BOD5. Diagnostic quality
and quantity of leachate generated to
propose an effective treatment method for
purifying these liquids and avoid partners
and environmental impacts due to its toxic
compounds was performed research for
treatment application was taken from
examples of projects treatments in Colombia
leachate from landfills MONTEVIDEO,
RHODES CURVE IN MEDELLIN,
TREATING THE LANDFILL LEACHATE
GUAYABAL "SAN JOSE DE CÚCUTA. And
Landfill NAVARRO SANTIAGO DE CALI,
THE ENVIRONMENTAL PARK IN
BARRANQUILLA POCITOS. We conclude
design a treatment plant for water
purification linking methods applied
research and likewise purification processes
for the formation of a treatment plant with
biological processes aerobic and anaerobic
followed by a WWTP system space
availability for building an effective system
that meets the requirements demanded by
environmental authorities in Article 4 of
resolution 408 of 2005 issued by the
competent car and Article 40 of Decree 1594
of 1984 to the end goal.
Keywords: Magdalena Grasslands
Ecological Park, leachate, BOD5, TSS,
Effluents, UASB REACTOR. (Muñoz and
olive. 2014).
INTRODUCCIÓN
Se realiza un estudio para los lixiviados del
parque ecológico praderas del Magdalena de
la ciudad de Girardot, con la necesidad de
definir un método para que estos líquidos
altamente contaminados sean tratados y
evitar impactos socios-ambientales debido a
sus compuestos tóxicos ya que Girardot tuvo
una mala experiencia con el antiguo botadero
a cielo abierto, ubicado unos km antes del
actual relleno sanitario, en el cual no se hizo
ningún esfuerzo por tratar ni contener los
lixiviados que allí se generaban causando un
grave impacto sobre la zona de influencia del
mismo.
El Relleno sanitario Parque Ecológico
Praderas del Magdalena inicia el 28 de
octubre de 2005 con disposición para recibir
residuos sólidos quien es propiedad de la
empresa Ser Ambiental S.A. E.S.P., donde se
ha de diseñar la Planta de tratamiento, con
la finalidad de utilizar el recurso en uso
117
agrícola no consumible, y así prevenir la
contaminación de los suelos y de las aguas
superficiales, para la contribución socio
ambiental mitigando los impactos y
obteniendo un efluente que cumpla con los
requerimientos exigidos por la autoridad
ambiental competente.
Con la realización del proyecto se estimara la
forma de hacer que el proceso para el
tratamiento de los lixiviados se realice
sencilla eficazmente, obteniendo resultados
de eliminación de carga contaminante en un
75% cumpliendo con las condiciones
establecidas por la CAR en la resolución 408
de 2005 de la CAR, Artículo 40 de los
criterios de calidad admisibles para uso
agrícola teniendo en cuenta parámetros como
el espacio disponible, el presupuesto, y su
fácil operación. . (MUÑOZ Y OLIVEROS .
2014).
OBJETIVO GENERAL
Caracterizar la carga contaminante de los
lixiviados y plantear los tratamientos
adecuados para la depuración de las aguas y
mediante los resultados esperados lograr que
los procesos de tratamiento eliminen el 75 %
de carga contaminante y demostrar que
funcionan y contribuyen con el medio
ambiente, para aprovechar el afluente en el
uso de riego de plantas ornamentales Y así
mismo obtener el tratamiento de los
lixiviados a un bajo costo de construcción y
operación.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Evaluar las características de los lixiviados a
tratar para precisar el tratamiento a
ejecutar.
Proponer un tratamiento que funcione a bajo
costo con los requerimientos exigidos y que
de los resultados esperados.
Demostrar que el tipo de tratamiento
planteado cumpla con los requerimientos
exigidos por la autoridad ambiental
competente.
MARCO TEÓRICO
Los niveles que conforman el sistema de
tratamiento se determinaron por las
remociones que se pueden llegar a lograr en
cada una de ellos y por las características de
concentración esperadas en el lixiviado a
tratar, para lograr el resultado esperado en
la destinación del recurso para uso de riego
de plantas ornamentales.
El tratamiento está conformado por los
siguientes niveles:
Tratamiento Preliminar o Pre tratamiento
Tratamiento Primario
Tratamiento Secundario
Tratamiento Terciario
Fuente: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012)
4.1 TRATAMIENTO PRELIMINAR.
Consiste en eliminar los residuos fácilmente
separables y preparar el lixiviado para el
tratamiento posterior, y de igual manera
evitar la generación de daños a los equipos
mecánicos, incrustaciones en tuberías y
depósitos permanentes en tanques de los
tratamientos siguientes.
El pretratamiento se utiliza para eliminar la
grasa y espuma del agua residual, antes de
la sedimentación primaria, al objeto de
mejorar su tratabilidad, comprende los
separadores de grasa, la preaireación y la
floculación. (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
DESARENADORES.
La misión de los desarenadores es separar
arenas, término éste que engloba a las
arenas propiamente dichas y a la grava,
cenizas y cualquier otra materia pesada que
tenga velocidad de sedimentación o peso
específico superiores a los de los sólidos
orgánicos putrescibles del agua residual. La
arena incluye también cáscaras de huevo,
pedazos de hueso, granos de café y grandes
partículas orgánicas, tales como residuos de
comidas.
TANQUES SEPARADORES DE GRASAS.
Un tanque separador de grasas consiste en
un depósito dispuesto de tal manera que la
materia flotante ascienda y permanezca en la
superficie del agua residual hasta que se
recoja y elimine, mientras que el líquido sale
del tanque de forma continua, a través de
una abertura situada en el fondo, o por
debajo de unos muros o deflectores de
118
espumas bastante profundos. Esta operación
puede conseguirse en un tanque especial o
combinarse con la sedimentación primaria, lo
que dependerá del proceso y naturaleza del
agua residual.
La finalidad de los separadores de grasas es
la separación del agua residual de las
sustancias más ligeras que tienden a flotar.
El material recogido en la superficie de los
tanques separadores de grasas incluye
aceite, grasa, jabón, pedazos de madera y
corcho, residuos vegetales y pieles de fruta
que se producen en las casas y en la
industria.
La mayoría de los separadores de grasas son
rectangulares o circulares y están provistos
para un tiempo de detención de 1 a 15
minutos. La salida, que está sumergida, se
halla situada en el lado opuesto a la entrada
y a una cota inferior a ésta para facilitar la
flotación y eliminar cualquier sólido que
pueda sedimentarse.
4.1.2 TRATAMIENTO PRIMARIO.
“Consiste en la remoción de una fracción
considerable de los sólidos suspendidos
totales (SST) y una fracción de la materia
orgánica (DBO5 y DQO)” (VALENCIA
MONTOYA GUILLERMO) “Para tal fin se
cuenta con una piscina o pondaje de
sedimentación dispuesta en serie en las que
se realiza el proceso de Sedimentación.
(MUÑOZ y OLIVEROS 2012).
FLOCULACIÓN.
La finalidad de la floculación del agua
residual es formar agregados o flóculos de
materia finamente dividida. Del agua
residual y aumentar la eliminación de sólidos
suspendidos y la DBO mediante la aplicación
de productos químicos. El período de
detención a caudal de proyecto no deberá ser
inferior a 20 minutos y, preferiblemente,
debería ser de 30 minutos. (VALENCIA
MONTOYA, GUILLERMO)
http://www.bvsde. paho.org/bvsacd/
scan2/05862/ 05862-15.pdf.
4.1.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO.
Consiste en la remoción de la materia
orgánica que se encuentra presente en los
lixiviados , mediante procesos biológicos
como anaerobios y aerobios para una
disminución de las altas cargas orgánicas,
con el fin se dispone de un tratamiento
biológico anaeróbico tipo UASB donde se
elimina el 70% de la concentración orgánica
medida como DBO5 contenida en el lixiviado
Y un Tratamiento Biológico Aeróbico tipo
Filtro Percolador con recirculación para
obtener un 40% de disminución de la DBO5
del lixiviado afluente. (MUÑOZ y
OLIVEROS 2012).
REACTORES ANAERÓBICOS
U.A.S.B. La abreviación U. A. S. B. se define
como Upflow Anaerobic Sludge Blanquet o
Reactor Anaerobio de Manto de Lodos de
Flujo Ascendente. Esta tecnología
proveniente de Bélgica y Holanda, es
aplicada especialmente al tratamiento de
aguas residuales con alto contenido de
materia orgánica.
El reactor UASB, fue desarrollado en
Holanda por Lettinga y sus colaboradores en
los años 70. El diseño de un reactor UASB
consiste en una zona de reacción en la parte
inferior, en la que se acumula la biomasa, la
de mejor sedimentabilidad en el fondo y
encima los lodos más ligeros.
La operación de los reactores UASB se basa
en la actividad autorregulada de diferentes
grupos de bacterias que degradan la materia
orgánica y se desarrollan en forma
interactiva, formando un lodo o barro
biológicamente activo en el reactor.
El tratamiento anaerobio se recomienda para
el lixiviado con una relación de DBO/DQO
entre 0,7 y 0,3 (residuos parcialmente
estabilizados) (CAICEDO MESA. 2006).
Figura 1. REACTOR UASB
119
Fuente:Datateca.unad.edu.co/contenidos/358
039/contenido línea/leccion23
_sistemas_anaerobios.htm
CARACTERÍSTICAS
Mayor superficie para la adhesión de
microorganismos.
Minimización de problemas de colmatación
por sólidos.
Mayor concentración de bacterias que en
otros sistemas, lo cual permite operar con
velocidades de carga orgánica más elevadas.
Elevada velocidad de transferencia de
materia, que facilita el tratamiento de aguas
con un alto contenido de materia orgánica.
4.1.4 TRATAMIENTO TERCIARIO.
Es el pulimento final, Consiste en la
remoción de patógenos asegurando una
calidad muy superior del afluente
secundario. Este proceso permitirá que el
afluente final sea utilizado en riego. Este
último nivel de tratamiento consta de
procesos físico - químicos. (MUÑOZ y
OLIVEROS 2012).
FILTROS
Filtro Rápido de Arena-Antracita, Filtro
Lento y Filtro de Absorción de Carbón
Activado para obtener finalmente un
lixiviado con remoción mayor del 80% en
SST, remoción mayor del 80% en DBO5,
remoción mayor del 90% en Coliformes
fecales, remoción alrededor del 45% de
metales pesados y remoción en gran medida
de unidades de Color y turbiedad (MUÑOZ y
OLIVEROS 2012).
METODOLOGÍA
El proceso de diseño de la planta para el
relleno sanitario parque ecológico praderas
se realizó solicitando a la empresa SER
AMBIENTAL, la información interna del
manejo de los aforos mensuales con sus
respectivas características hasta la fecha
,planos del relleno, visitas al terreno,
fotografías de operaciones, y videos, así
mismo se procedió a profundizar en la teoría
de la técnica para tratamientos de lixiviados
apoyando nuestro conocimiento en libros de
la Web, Biblioteca Luis Ángel Arango , y
biblioteca universidad piloto de Colombia de
Girardot-cund, con la información
encontrada se efectuaron los respectivas
cálculos de los parámetros indicados para el
funcionamiento correcto de los procesos así
como el diseño de cada uno de los elementos.
Para el diseño se tuvieron en cuenta las tres
piscinas que actualmente funcionan en el
relleno realizando un pretratamiento de
recirculación, mediante las cuales servirán
de base para el acondicionamiento de los
métodos para el tratamiento del lixiviado
como son precipitación, homogeneización,
tratamiento anaerobio mediante un reactor
UASB y pulimento de las aguas.
Los tratamientos constan de: Tratamiento
preliminar, Tratamiento primario,
Tratamiento secundario y Tratamiento
terciario. (MUÑOZ y OLIVEROS 2012).
TÉCNICA DE TRATAMIENTOS
5.1.1 TRATAMIENTO PRELIMINAR
Se inicia con el tratamiento preliminar
mediante los pondaje de oxidación que
muestra la figura 1.
Figura 3. Piscinas de lixiviado relleno
sanitario PARQUE ECOLÓGICO
PRADERAS DE EL MAGDALENA.
FUENTE: (MUÑOZ y OLIVEROS 2012).
Figura. 2 Piscinas de lixiviado relleno
sanitario PARQUE ECOLÓGICO
PRADERAS DE EL MAGDALENA.
120
FUENTE: (MUÑOZ y OLIVEROS 2012).
5.1.2 TRATAMIENTO PRELIMINAR
CRIBADO, S.G Y SEDIMENTACIÓN
En el pondaje 1 se le ha asignado el proceso
de cribado que comprende la separación de
materiales pesados, desarenación, separación
de grasas, detergentes y sedimentación
primaria, (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
Figura 4. Cribado, s. g y sedimentación.
FUENTE: (MUÑOZ y OLIVEROS 2012).
Aireador de cascada tipo escalera. A
continuación se instalara un sistema de
aireación por gravedad de cascada para la
trasferencia de oxígeno al agua y mantener
la uniformidad en el líquido y la
neutralización de olores, (MUÑOZ Y
OLIVEROS 2012).
Figura 5. Aireador de cascada tipo
escalera.
FUENTE: (MUÑOZ y OLIVEROS 2012).
Tanque de recolección de agua
oxigenada. Realizara la función de recoger
el líquido oxigenado mediante la aireación
producida por el aireador de cascada para
poder surtir al siguiente aireador con un
121
caudal constante. (MUÑOZ Y OLIVEROS
2012).
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
Una vez se tenga el líquido oxigenado en el
tanque de recolección se enviara mediante
una tubería por gravedad al sistema
aireación y remoción de metales de absorción
para luego ser llevado por tubería a un
segundo tanque de recolección. (MUÑOZ Y
OLIVEROS 2012).
Aireador manual para remoción de
metales. Se instalara el siguiente sistema
para la remoción de hierro y manganeso, que
consta de tres cilindros colocados uno sobre
otro, se colocan 15 cm de piedra de 20-50 mm
en la capa, del cilindro inferior se coloca un
espesor de 30 cm de arena gruesa sobre un
lecho de soporte de grava de 5 cm de espesor
y grava de 1-2 cm. (MUÑOZ Y OLIVEROS
2012).
Figura 4. Aireador manual para
remoción de metales.
(MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Tanque de recolección de agua después
de la remoción de metales. El tanque de
recolección es diseñado para el
almacenamiento del agua residual saliente
del aireador de metales que se dispondrá a
ser evacuado por una tubería que conducirá
hacia el canal rectangular para el siguiente
proceso de tratamiento. (MUÑOZ Y
OLIVEROS 2012).
Mezcla rápida en canal rectangular con
resalto hidráulico. El canal se instalara
seguidamente del tanque de recolección de
forma acondicionada que el caudal saliente
entre al canal donde se adicionara el
coagulante y se efectuará la mezcla rápida
mediante la dispersión que genera. El caudal
saliente pasara directamente al sistema de
floculación y precipitación de flujo horizontal.
(MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
122
Figura 5. Canal rectangular con resalto
hidráulico.
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
5.1.3 TRATAMIENTO PRIMARIO
Sistema de floculación y precipitación
de flujo horizontal. Para este tratamiento
se dispone del pondaje 3 donde se adaptara
como floculador y precipitador de flujo
horizontal que se ha definido para el sistema
donde el agua residual aireada entra con la
mezcla del coagulante para la floculación y
precipitación de las partículas coloides.
(MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
Figura 6. Sistema de floculación y
precipitación de flujo horizontal
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Aireador manual para remoción de
metales. Una vez realizada la floculación se
instalara un segundo Aireador manual para
remoción de metales, para complementar el
proceso de remoción de hierro y manganeso.
Se pretende remover dichos metales durante
todo el proceso hasta llegar al valor
permitido por el Artículo 40 del decreto 1594
de la ley 1984 mg Fe/L 114.0 y Magnesio mg
Mn/L 6.8. (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
Figura 8.Aireador manual para
remoción de metales.
123
Tanque homogenizador. La Piscina No 2
existente realizara el proceso de
homogenización donde se estabilizara el
caudal y la fluctuación de carga de la DBO
del lixiviado antes de ser enviado al
tratamiento biológico (reactor UASB).
Figura 7. Tanque homogenizador.
La Piscina No 2 existe
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Figura 9. Piscina 2 para función de
tanque homogeneizador.
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2012).
Canales de suministro al reactor UASB.
Los canales de suministro del caudal de agua
residual al reactor cumplirán la función de
regulación del caudal entrante al reactor
para el adecuado funcionamiento del proceso
biológico. (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Tanque de lodos. El tanque de lodos se
instalara en paralelo a los sistemas de
proceso para recibir los lodos provenientes de
los procesos. Con el objetivo de reducir el
volumen de los lodos que se han de aumentar
su estabilidad biológica, a fin de producir un
material suficientemente concentrado e
inofensivo para la selección del método
último de disposición (extraído de
http://www.bvsde.ops-
oms.org/bvsacd/scan/029505/029505-10.pdf).
5.1.4 TRATAMIENTO SECUNDARIO
Reactor UASB. Una vez se ha realizado el
proceso de sedimentación y floculación se
enviara el líquido al reactor UASB por medio
de una serie de canales que distribuirán el
124
flujo por partes iguales para el tratamiento
biológico de la materia orgánica. El volumen
del reactor se obtiene a partir de los cálculos
de los caudales medios. (MUÑOZ Y
OLIVEROS 2012).
Figura 10. Reactor UASB
Fuente: Haskoning, la Universidad del Valle
e Incol .1981).
Sistema de recolección del efluente.
Para la recolección en el reactor UASB se
propone dimensionar la geometría del
vertedero de forma triangular a partir de la
fórmula de Kindsvater.
5.1.5 TRATAMIENTO TERCIARIO
Tanque clarificador. Está destinado a
realizar un mejor aprovechamiento del
agua utilizada en el proceso de lavado
de los áridos de la instalación. Mediante
la clarificación del agua conseguimos
eliminarle todos los lodos en ella
disueltos para poder utilizarla de nuevo
en el proceso de lavado de los áridos”
(extraído de
http://www.concretonline.com/index.ph
p?option=com_content&task=view&id=4
41&Itemid=40
Figura 11. Tanque Clarificador
FUENTE:http://www.concretonline.com/inde
x.php?option=com_content&task=view&id=4
41&Itemid=40
(MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Filtro rápido de flujo ascendente. Se
instalara el filtro rápido de arena gruesa
para retener las partículas del floc e
impurezas del agua donde el material del
líquido queda atrapado en la matriz de arena
que se dispone a salir del reactor UASB. Se
lleva a cabo mediante una combinación de
varios procesos diferentes. Los más
importantes son: colado, sedimentación,
absorción y procesos bacteriológicos y
bioquímicos.
Figura 11. Filtro rápido de flujo ascendente.
125
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Filtro Lento. Seguido del filtro rápido se
instalaran el filtro lento de arena para
complementar la retención de impurezas y
partículas del agua y un porcentaje de
organismos patógenos en el agua. Se
considera que las partículas que se verían
atrapadas son las de diámetro inferior a siete
veces el diámetro medio de la arena. Si
consideramos que el diámetro medio de la
arena es de 150 /xm, las partículas más
grandes de 20/m se verán retenidas por ver
impedido su paso físicamente. (MUÑOZ Y
OLIVEROS 2012).
Figura 12. Filtro Lento
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
FILTRO DE ABSORCIÓN DE CARBÓN
ACTIVADO. El carbón activado para
promover la absorción de Arsenio, atrayendo
y acumulando, el adsorba todo sobre la
superficie. http://www.bvsde.ops-
oms.org/bvsacd/scan/ 020867/020867-17.pdf).
Figura 13. Filtro de carbón.
126
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Filtro de absorción de carbón activado.
Por ser extremadamente poroso puede llegar
a desarrollar áreas superficiales del orden de
1,500 m2 o más, por gramo de carbón. Todos
los átomos de carbón en la superficie de un
cristal son capaces de atraer moléculas de
compuestos que causan color, olor o sabor
indeseables; la diferencia con un carbón
activado consiste en la cantidad de átomos en
la superficie disponibles para realizar la
adsorción.
(http://www.unne.edu.ar/Web/cyt/com2005/7-
Tecnologia/T-092.pdf).
Tanque de almacenamiento efluente
tratado. Tanque en disposición para el
almacenamiento del agua residual tratada
que finalmente será empleada para riego en
el relleno sanitario o para ser devuelta al río
Magdalena. Figura 14. Esquema de planta
de tratamiento para el diseño.
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Figura 14. Tanque recolección del
afluente tratado.
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2013).
Figura 15. Esquema de planta de
tratamiento PRADERAS DEL
MAGDALENA.
Figura 16. Mapa de ubicación
geográfica Relleno Sanitario
PARADERAS DEL
MAGDALENA.
Localización: Se encuentra ubicado a 13,5
Kms del municipio de Girardot (Cund.), en la
vía que conduce de Girardot-Nariño, vereda
Acapulco Fuente: Extraída de (EART
GOOGLE. 2013).
RESULTADOS
En los resultados de los ensayos a los
lixiviados del relleno sanitario se observó que
contiene una carga alta de DBO5 por lo tanto
se estima que es un lixiviado crudo joven,
entre menos tiempo más joven, debido a que
la concentración de materia orgánica con el
paso de tiempo se desintegra.
127
Mediante los procesos aplicados en la
depuración de los lixiviados en cada uno de
los niveles de tratamiento descritos. En la
columna 4 observamos los valores admisibles
por la CAR para EL recurso como uso
agrícola y en la columna 5 se muestran los
resultados obtenidos mediante el tratamiento
planteado.
FUENTE: (MUÑOZ Y OLIVEROS 2014).
Resultados obtenidos
Figura 17. Plano Relleno Sanitario Praderas
del Magdalena.
Fuente: SER AMBIENTAL S,A E,S,P.
Fuente: SER AMBIENTAL S,A E,S,P.
Las flechas en color rojo indica la conexión de
entre procesos. Se obtiene para una mejor
claridad el siguiente esquema representativo
Fuente: SER AMBIENTAL S.A. E.S.P.
Los análisis realizados a los lixiviados del
parque ecológico praderas del magdalena,
presentaron características altas de un
lixiviado crudo-joven que nos determina el
tratamiento para la reducción de la carga
contaminante.
Se concluye que el método planteado para el
tratamiento de los lixiviados es eficiente ya
que en los resultados del tratamiento se
observó que cumplen con los valores
admisibles para la destinación del recurso y
por ello se determina que es viable para la
contribución del aporte a la protección socio
ambiental aun cuando el relleno sanitario
haya clausurado.
128
Tabla 1. Resultados obtenidos en los procesos planteados para la depuración de
lixiviados relleno sanitario praderas del magdalena
Parámetro
Caja pp de lixiviados
/pondaje relleno
sanitario praderas del
Magdalena
Resolución n 408 de
2005 de la CAR
(valores máximos
permisibles) y * art.
40 dec. 1594 de
1984 valores para
uso de riego
Resultados del
tratamiento
Coordenadas
Geográficas
- N0 4"
19´40,0´´/W74"51´
26,3´´
- -
Altitud
Sobre El
Nivel Del
Mar
m 284 -
Ph UNI 6,98 4,5-9,0 4,5-9,0
Temperatura °C 41,6 - -
DBO5 MG02/l 18500 100 63,27
SST mg/l 5000 220- 2500 210
Coli TOTAL microrg/1
00ml
75000 5000 3,75
Aceites Y
Grasas
mg/l 5 2 0,2
Fenoles mg/l 3,06 0,2 0,612
Boro mgb/l 0,79 * 0,3 – 4,0 1,68
Aluminio mgal/l 0,24 5 0,43
Arsenico mgas/l 0,062 0,1 0,13
Berilio mgbe/l < 0,01 0,1 0,03
Cadmio mgcd/l 0,044 0,01 -
Cobalto mgco/l <0,058 0,05 0,02
Cobre mgcu/l 0,13 0,2 -
Cromo Total mgcr/l 0,63 0,1 0,07
Hierro Total mgfe/l 114 5 4,69
Litio mgli/l 0,15 2,5 0,08
Manganeso mgmn/l 6,8 0,2 0,64
Mercurio mghg/l 0,008 0,01 0
Molibdeno mgmo/l <0,06 0,01 -
Niquel mgni/l 1,25 0,2 0,12
129
Parámetro
Caja pp de lixiviados
/pondaje relleno
sanitario praderas del
Magdalena
Resolución n 408 de
2005 de la CAR
(valores máximos
permisibles) y * art.
40 dec. 1594 de
1984 valores para
uso de riego
Resultados del
tratamiento
Plomo mgpb/l 0,37 * 5 0,2
Selenio mgse/l 0,001 0,02 0
Vanadio mgv/l <0,20 0,1 -
Zinc mgzn/l 2,32 2 1,28
Pesticidas
Organoclorad
os
mg/l <0,0001 0,05 -
Pcb,S mg/l <0,0001 NO DETECTABLES -
130
7. DISCUSIÓN
Las investigaciones y métodos realizados en
Colombia por diferentes entidades públicas
y privadas, demuestran que los métodos
tradicionales suelen ser eficientes hasta
cierto grado ya que dependen directamente
del tamaño de la planta, y de los
tratamientos físico-químicos que allí se
realicen sin importar el tipo de tratamiento
(aerobio o anaerobio).
Con los datos obtenidos para el estudio de
los lixiviados se establece el tratamiento
debido a que en Colombia no existe una
norma específica para la depuración de los
lixiviados , ya que para elegir como
depurarlos es necesario apoyarse en los
artículos que rigen las condiciones de
manejo y tratamiento de acuerdo al uso
para el que se requiera, a causa de que la
contaminación en las aguas varía respecto
a su composición por lo tanto el sistema
planteado es único y fue estructurado
mediante las experiencias ya aplicadas en
los rellenos sanitarios DE MONTEVIDEO,
CURVA DE RODAS EN MEDELLÍN , EL
TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DEL
RELLENO EL GUAYABAL” DE SAN
JOSÉ DE CÚCUTA. Y, RELLENO
SANITARIO DE NAVARRO EN
SANTIAGO DE CALI, PARQUE
AMBIENTAL LOS POCITOS EN
BARRANQUILLA. Se define que los
procesos implementados para la depuración
de los líquidos son eficaces en los resultados
esperados comparando los valores de los
ensayos de cada una de las características
con los resultados después del tratamiento
y observando que se llegó al valor admisible
para las características de alta
concentración.
Se deberá tener en cuenta que el nivel de
purificación de los lixiviados es solamente
para uso agrícola, no incluye hortalizas
para consumo humano si se requiere para
tal fin es necesario un estudio de las aguas
para la continuidad con un método
apropiado de tratamiento consecutivo al
mismo. (Oliveros 2014).
8. RECOMENDACIONES
Se sugiere en futuros ensayos el control del
aluminio, arsénico, cadmio, cobre, cromo
total, litio, mercurio, selenio y plomo, el
hierro, el zinc, el níquel y el manganeso
dbo5, Coliformes totales, sólidos
suspendidos totales.
No usar para riego de hortalizas. (Oliveros
2014).
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