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Estudio de viabilidad técnica y económica de la implementación del sistema Tohá (lombrifiltro) para el tratamiento de las aguas residuales en el municipio de Tinjacá Boyacá

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Academic year: 2020

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(1)ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA Y ECONÒMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA TOHÁ (LOMBRIFILTRO) PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES EN EL MUNICIPIO DE TINJACÁ- BOYACÁ. ELIZABETH CASTRO CASTELLANOS. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INGENIERÍA AMBIENTAL 2019.

(2) 2.

(3) ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA TOHÁ (LOMBRIFILTRO) PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES EN EL MUNICIPIO DE TINJACÁ- BOYACÁ. ELIZABETH CASTRO CASTELLANOS Cod: 2013280032. TRABAJO DE GRADO EN MODALIDAD DE MONOGRAFÍA PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERA AMBIENTAL. DIRECTOR FREDDY LEONARD ALFONSO MORENO Qco. MgSc. Ing. Esp.. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INGENIERÍA AMBIENTAL 2019. 3.

(4) 4.

(5) A mi padre José Castro y a mi madre Dioselina Castellanos porque Dios tenía en ellos los detalles perfectos para traerme a la vida, detalles que en conjunto con la formación y ejemplo que me han brindado, son la base en la que he construido la persona que soy ahora.. A ellos gracias. 5.

(6) AGRADECIMIENTOS. De forma especial agradezco a Dios por la vida, por ser mi guía y por darme la oportunidad de culminar proyectos.. A. mi. familia gracias por su apoyo. incondicional a pesar de las. dificultades. A los docentes de los cuales recibí su valioso conocimiento. Agradezco especialmente a la docente Olga Rudas y a los docentes Miguel Cepeda, Pier Zuñiga y Freddy Alfonso por sus oportunos consejos y conocimiento en la realización del presente trabajo. Agradezco a mis amigos que siempre estuvieron pendientes animándome con palabras oportunas. A todos muchas gracias y Dios los bendiga.. 6.

(7) CONTENIDO 1.. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 13. 2.. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................. 14. 3.. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................... 15. 4.. ANTECEDENTES .............................................................................................................. 17. 5.. OBJETIVOS........................................................................................................................ 20. 6.. 5.1.. OBJETIVO GENERAL ....................................................................................................... 20. 5.2.. OBJETIVO ESPECÍFICOS .................................................................................................. 20. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................................. 20 6.1.. MARCO CONCEPTUAL............................................................................................. 20. 6.1.1. Tecnologías más limpias ........................................................................................... 20 6.1.2. Transferencia de conocimiento y tecnológica .......................................................... 21 6.1.3. Lombricultura ........................................................................................................... 21 6.1.4. Lombriz roja californiana (Eisenia Foetida)............................................................ 22 6.1.5. Sistema Tohá (lombrifiltro)....................................................................................... 22 6.2.. MARCO TEORICO ...................................................................................................... 22. 6.2.1. Aguas Residuales (AR) .............................................................................................. 22 6.2.1.1.. Características de las aguas residuales .............................................................. 23. 6.2.2. Sistema de tratamiento de las aguas residuales ....................................................... 24 6.2.2.1.. Pretratamiento ................................................................................................... 25. 6.2.2.2.. Tratamiento primario ........................................................................................ 27. 6.2.2.3.. Tratamiento secundario (Lombrifiltro) ............................................................ 28. 6.2.2.4.. Tratamiento terciario ......................................................................................... 36. 6.2.3. Estudio Técnico ......................................................................................................... 37 6.2.4. Estudio Económico ................................................................................................... 38 6.3.. MARCO LEGAL .......................................................................................................... 38. 6.4.. MARCO ESPACIAL .................................................................................................... 41 7.

(8) 7.. 8.. METODOLOGÍA ............................................................................................................... 42 7.1.. ETAPA 1. ESTUDIO TÉCNICO .................................................................................. 43. 7.2.. ETAPA 2. ESTUDIO ECONÓMICO .......................................................................... 44. RESULTADOS ................................................................................................................... 44 8.1.. ESTUDIO TÉCNICO ................................................................................................... 44. 8.1.1. Caracterización fisicoquímica del agua residual en el municipio de Tinjacá ........ 44 8.1.2. Localización del sistema lombrifiltro ....................................................................... 46 8.1.3. Capacidad y tamaño del lombrifiltro ........................................................................ 47 8.1.3.1.. Nivel de complejidad del sistema ..................................................................... 47. 8.1.3.2.. Dotación neta máxima ...................................................................................... 48. 8.1.3.3.. Caudal de aguas residuales ............................................................................... 48. 8.1.4. Diagrama del proceso de tratamiento con el uso del lombrifiltro .......................... 52 8.1.4.1.. Características del agua residual para el diseño del sistema de tratamiento de. aguas residuales ................................................................................................................ 53 8.1.5. Costo general pre-tratamiento y tratamiento terciario ............................................ 54 8.1.6. Propuesta de diseño del lombrifiltro como etapa secundaria de tratamiento. ....... 55 8.1.6.1.. Dimensión del lombrifiltro ............................................................................... 55. 8.1.6.2.. Parámetros de diseño lombrifiltro ..................................................................... 55. 8.1.6.3.. Presupuesto lombrifiltro.................................................................................... 58. 8.1.7. Resumen Costos de construcción .............................................................................. 59 8.1.8. Costos de operación y mantenimiento ...................................................................... 59 8.2.. ESTUDIO ECONÓMICO ............................................................................................ 61. 8.2.1. Tarifa de la tasa retributiva (Ttr) ............................................................................. 61 8.2.2. Costos tecnología Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente- FAFA ............................ 62 8.2.2.1.. Costos de construcción Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente FAFA ............. 62. 8.2.2.2.. Costo operación y mantenimiento Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente FAFA 63. 8.2.3. Resumen costos construcción, operación y mantenimiento del lombrifiltro y el FAFA. 63. 8.

(9) 8.2.4. Relación beneficio-costo (RBC) para definir la viabilidad económica del proyecto 64 9.. CONCLUSIONES............................................................................................................... 67. 10. RECOMENDACIONES .................................................................................................... 68 11. REFERENCIAS .................................................................................................................. 69. ANEXOS……………………………………………………………………………………………..75. LISTA DE FIGURAS Figura 1. . Lombrifiltro. Agrofood. Fuente: (BIOFILTRO, 2019) ............................................... 18 Figura 2. Tecnologías más limpias esquema de factores que determinan las tecnologías más apropiadas Fuente (Massoud, Tarhini, & Nasr, 2009) .................................................................. 21 Figura 3. Etapas del tratamiento de aguas residuales. Adaptado de (Trapote, 2013) ................... 25 Figura 4. Filtro de lombrices (s.f ). Recuperado de: http://www.lombrifiltro.cl ......................... 29 Figura 5 Digestión de la lombriz. Adaptado de: (Singh et al., 2017) ........................................... 31 Figura 6. Representación mecanismo de vermifiltración adaptado de: (Singh et al., 2017) ...... 35 Figura 7. División política del municipio de Tinjacá y división provincial del departamento de Boyacá. Fuente EOT Tinjacá Boyacá. Cartografía IGAC 1988 ................................................... 42 Figura 8. Metodología. Fuente: Autora (2019) ............................................................................ 43 Figura 9 Vertimiento 1. Fuente (Forero, 2017).. Figura 10. Vertimiento 2 Fuente (Forero,. 2017) ............................................................................................................................................. 45 Figura 11. Ubicación del proyecto respecto a la cabecera municipal. Tomado de Google Earth 2018............................................................................................................................................... 47 Figura 12. Proceso de tratamiento propuesto adaptado de (SUBDERE, 2009) (Trapote, 2013) . 53 Figura 13. Sistema de aireación y aspersión. Fuente Autora (2019) ............................................ 57 Figura 14. Lombrifiltro. Fuente Autora ( 2019) ........................................................................... 57 Figura 15. Lechos filtrantes lombrifiltro. Fuente Autora (2019) .................................................. 57 Figura 16. Horqueteo lombrifiltro Tomada de (GEMAT, 2017) .................................................. 60 9.

(10) LISTA DE TABLAS Tabla 1. Remoción según el efluente ............................................................................................ 19 Tabla 2. Porcentaje de remoción de contaminantes lombrifiltro vs geofiltro ............................... 30 Tabla 3. Parámetros de remoción del lombrifiltro. ....................................................................... 30 Tabla 4. Normatividad Colombiana referente a aguas residuales ................................................. 38 Tabla 5. Coordenadas Geográficas Vertimientos de Aguas Residuales Domésticas del municipio de Tinjacá ...................................................................................................................................... 45 Tabla 6. Caracterización de las aguas residuales ......................................................................... 45 Tabla 7. Nivel de complejidad según la cantidad de habitantes .................................................. 47 Tabla 8. Dotación neta máxima por habitante según la altura sobre el nivel del mar de la zona atendida ......................................................................................................................................... 48 Tabla 9. Censo 2005 y proyección 2018 ....................................................................................... 49 Tabla 10. Proyección de la población ........................................................................................... 50 Tabla 11. Parámetros de diseño sistema de tratamiento propuesto .............................................. 53 Tabla 12. Costos pre-tratamiento y tratamiento terciario ............................................................. 54 Tabla 13. Parámetros de diseño lombrifiltro................................................................................. 56 Tabla 14. Presupuesto estimado para la construcción del lombrifiltro ......................................... 58 Tabla 15.Costo de construcción sistema propuesto de tratamiento agua residual del municipio de Tinjacá........................................................................................................................................... 59 Tabla 16. Costo operación y mantenimiento lombrifiltro ............................................................. 61 Tabla 17. Tarifa tasa retributiva por vertimiento .......................................................................... 62 Tabla 18. Costos de construcción Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente- FAFA ....................... 63 Tabla 19. Costo operación y mantenimiento Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente- FAFA ...... 63 Tabla 20. Consolidación costo Lombrifiltro y FAFA ................................................................... 64 Tabla 21. Remoción contaminantes lombrifiltro y FAFA ............................................................ 64 Tabla 22. Relación costo- beneficio RBC..................................................................................... 66. 10.

(11) LISTA DE ANEXOS Anexo 1. Resultados de laboratorio de calidad de Agua Residual Doméstica – Vertimientos 1 y 2 ....................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Anexo 2. Costos operación y mantenimiento lombrifiltro............ ¡Error! Marcador no definido. Anexo 3. Operación y mantenimiento filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA) ........... ¡Error! Marcador no definido. Anexo 4. Relación beneficio- costo (RBC) .................................. ¡Error! Marcador no definido.. 11.

(12) RESUMEN En Colombia la disposición de aguas residuales domesticas municipales a los cuerpos de agua sin ningún tratamiento aún es una dificultad de carácter nacional. A nivel nacional, para el 2016 de los 1122 municipios, 696 municipios (62%) contaban con sistema de tratamiento de aguas residuales (SUPERSERVICIOS, 2017) y los demás mediante permiso de vertimientos descargan las aguas residuales a los cuerpos de agua ocasionando contaminación al recurso y riesgo a la salud pública. A nivel departamental, de los 123 municipios que cuenta Boyacá, Tinjacá es uno de los 84 municipios (68%) que no cuentan con sistema de tratamiento de aguas residuales (SUPERSERVICIOS, 2017). Por tanto es necesario al igual que los demás municipios implementar un sistema de tratamiento de aguas residuales que se ajuste a las necesidades y el presupuesto del municipio. Para esto, se aborda la tecnología de lombrifiltro creada en Chile poco conocida y estudiada en Colombia para identificar su viabilidad técnica y económica como alternativa para el tratamiento de las aguas residuales en el municipio de Tinjacá-Boyacá. Tecnología aeróbica que consiste en el uso de la lombriz roja californiana (Eisenia Foetida) como tratamiento biológico para aguas residuales en un filtro a base de aserrín y grava con granulometrías diferentes. Entre los resultados se tiene que para una población de 560 habitantes y un caudal de 1,35 l/s se requiere un Lombrifiltro de 117 m2 para una vida útil de 25 años. Los costos de construcción son $177.468.185,11 y los de operación y mantenimiento de $38.614.288,00. Siguiente a esto, mediante la metodología de relación beneficio-costo (RBC) se encuentra que con respecto a la tecnología de filtro anaerobio ascendente (FAFA) postulada por el equipo consultor del municipio en 2017, se tiene una RBC de 0,9217 lo cual significa que los costos de operación y mantenimiento equivalen casi al valor de los beneficios al encontrarse cercana a 1.00, haciendo de esta tecnología viable para su implementación teniendo en cuenta que para proyectos de carácter ambiental no se espera una RBC mayor a 1. 12.

(13) 1. INTRODUCCIÓN El crecimiento de la población y en especial de la población urbana puede considerarse uno de los factores más importantes en torno a la problemática ambiental, el aumento en la cantidad de desechos sólidos y líquidos que llegan al medio ambiente a causa de las actividades antrópicas han disminuido considerablemente las capacidad de autodepurarse incidiendo en menos oportunidades de uso para la prestación de sus servicios ambientales (Trapote, 2013) Los ríos son los principales cuerpos receptores de las aguas residuales urbanas, agrícolas, mineras e industriales que aportan cargas contaminantes que incrementan los Solidos Suspendidos Totales (SST) y Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) (Fuquene, 2011). En Colombia aunque existe la normatividad que establece parámetros y condiciones para los vertimientos en cuerpos de agua; no se cumple en todos los casos por diversos factores que pueden ser económicos, sociales y/o culturales. Son pocos los municipios que cuentan con un sistema de tratamiento de aguas residuales. La mayoría de sistemas para tratamiento de agua residual operan bajo tecnología secundaria (biológicos) por tanto la elección de este proceso es muy importante en el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) (Henze, Loosdrecht, Ekama, & Brdjanovic, 2011). En general, los sistemas de tratamiento presenta altos costos de implementación y mantenimiento principalmente por el consumo energético y en muchos casos la generación de lodos resulta ser un inconveniente para su disposición final pues sus características químicas requieren un tratamiento para ser estabilizados (Montes & Menéndez, 2010). Ante esto, se hace interesante explorar alternativas diferentes a las usualmente usadas. que se adapte a las necesidades,. procuren reducir costos, generar beneficios por su simplicidad en operación y por supuesto cumplir la norma. (Montes & Menéndez, 2010) El sistema Tohá (lombrifiltro o vermifiltro) muestra ser una alternativa viable para la reducción de contaminantes físicos, químicos y biológicos de las aguas residuales (Sistema Tohá, 2018). Su sistema hace uso de la lombriz roja californiana (Eisenia Foetida) que aumentan la efectividad del proceso con respecto a un filtro sin lombriz (geofiltro), al funcionar como pequeños biodigestor, favorecer un ambiente aeróbico y facilita a los microorganismos la degradación 13.

(14) bioquímica de la materia orgánica (Singh, Bhunia, & Dash, 2017) (Kumar T. , Rajpal, Bhargava, & Prasad, 2014) Este sistema cuenta con grandes ventajas en las que se encuentran la generación de humus en vez de lodos, reducido requerimiento de energía y que el sistema no requiere el uso de químicos; solo usa materiales como aserrín y grava con granulometrías diferentes que además favorecen la operación y mantenimiento simples y económicos respecto a los sistemas de tratamiento aplicando floculantes (Singh et al., 2017). El siguiente trabajo presenta la viabilidad técnica y económica de la implementación de un sistema Tohá (lombrifiltro) en el municipio de Tinjacá Boyacá, lo cual permite tener una precepción de los beneficios y costos de esta tecnología.. 2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA De los 123 municipios que cuenta Boyacá, Tinjacá es uno de los 84 municipios (68%) que no cuentan con sistema de tratamiento de aguas residuales (SUPERSERVICIOS, 2017). Por esta razón, Tinjacá como sujeto pasivos de la tasa retributiva de la subcuenta del rio Sutamarchán – Moniquirá y Suarez tiene permiso de vertimiento al rio Tinjacá, aprobado por el Plan de Saneamiento y Manejo de Vertimiento 2006 ante. CORPOBOYACÁ quien es la máxima. autoridad ambiental en el área de su jurisdicción. La carga permitida anual para el año 2016 en el municipio de Tinjacá fue de 6.672,20 kg de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) y Solidos Suspendidos Totales (SST) y la carga vertida por el municipio fue de 8.226,00 de DBO y de SST (CORPOBOYACÁ, 2017).. Con respecto al año 2017 la carga permitida de. vertimiento fue de 5.863,73 kg de DBO y de SST y la carga vertida al rio por el municipio fue de 8.262,00 kg DBO y de SST (CORPOBOYACÁ, 2018) . Como se evidencia, se incrementó la carga contaminante en un 23% para el 2016 y 41% para el 2017 con respecto a la carga vertida permitida por la autoridad ambiental, siendo necesario ajustarse a las metas impuestas por la autoridad ambiental a fin de cumplir. con los requerimientos de vertimientos de carga. contaminante al río. Esta carga es vertida al río en dos puntos de vertimientos sin ningún tratamiento lo que altera las condiciones fisicoquímicas y biológicas del cuerpo de agua y el potencial de riesgo aguas abajo por su uso. Entre los principales efectos para el cuerpo de agua receptor que producen estos 14.

(15) vertimientos está la disminución de la cantidad de oxígeno disuelto que puede provocar muerte de la fauna acuática, generar malos olores y causar cambios importantes en el ecosistema, otros efectos como el incremento de microrganismos patógenos, eutrofización y en general niveles de toxicidad química (Trapote, 2013). Lo anterior destaca la importancia. de que todos los. municipios cuenten con sistema de tratamiento de aguas residuales para proteger los cuerpos de agua y sus servicios ecosistémicos. Por otra parte, según la categorización presupuestal de los municipios establecidas por la capacidad de gestión administrativa, fiscal y de acuerdo con su población e ingresos corrientes de libre destinación, para un municipios de categoría 6 como lo es Tinjacá y demás municipios de Boyacá exceptuando: Tunja (1), Sogamoso (2), Duitama (3), Puerto Boyacá ( 3), Nobsa (5), Chiquinquirá (5) y Paipa (5) (Contaduría General de la Nación , 2018) el costo de inversión, operación y mantenimiento para un planta de tratamiento resulta de alto costo siendo esta una de las razones por las cuales muchos municipios aun no cuentan con este sistema. Por tanto, vale la pena identificar otras alternativas para el tratamiento de aguas residuales que garanticen el cumplimiento de la normatividad y que adicional generen un bajo costo de inversión, operación y mantenimiento además de otras ventaja cabe poner en cuestionamiento si ¿El lombrifiltro es una alternativa económicamente y técnicamente viable para tratar las aguas residuales domésticas en pequeños municipios como Tinjacá?. 3. JUSTIFICACIÓN Con el crecimiento de la población y concentración en centros urbanos, los cuerpos de agua son principalmente los más afectados por las descargas de contaminantes que proceden de las actividades humanas. Estos cuerpos de agua ya perdieron su capacidad para autodepurarse repercutiendo en la diminución de la calidad y cantidad del recurso hídrico. A medida que se es más consciente de la situación se ha llevado a la necesidad de tomar medidas para mitigar estos impactos mediante sistemas de tratamiento de aguas residuales. En Colombia la Resolución 0631 de 2015 establece los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los de sistemas de alcantarillado público, en donde los municipios deben asumir la responsabilidad de dar cumplimento a esta normatividad y velar por el cuidado del medio ambiente y la sociedad.. 15.

(16) Según Estudio Sectorial de los servicios públicos domiciliarios de Acueducto y Alcantarillado, elaborado. en. 2017. por. la. superintendencia. de. servicios. públicos. domiciliarios. (SUPERSERVICIOS, 2017), de los 1122 municipios a nivel nacional 696 municipios (62%) tienen sistema de tratamiento de agua residual, entre los departamentos con la cantidad de municipios que más cuentan con este sistema se encuentra Cundinamarca (137), Antioquia (90) Boyacá (39), Cauca (37) Tolima (36) y Santander (35). Esto lleva a tener un contexto global de la necesidad que tienen muchos municipios y de cuánta agua residual aún son receptores los cuerpos de agua a nivel nacional mediante tasas retributivas de vertimiento. Muchos municipios no cuentan con suficiente recurso financiero para implementar estos sistemas convencionales de tratamiento, además del costo de mantenimiento y operación resulta ser mucho más alto por los requerimientos energéticos que requieren (Singh et al., 2017). Por tanto es útil que además de dar cumplimento de la normatividad vigente se procure el uso de tecnologías que generen un equilibrio socioambiental que permita la aceptación de la tecnología propuesta y su aplicación en las comunidades, manifestando ser económicamente viables al emplear los recursos biológicos y naturales del entorno de los municipios, es decir, ser reconocida como una tecnología apropiada (Sianipar, Yudoko, Dowaki, & Adhiutama, 2013) En los municipios Colombianos se han identificado 18 sistemas de pre-tratamiento, 51 de tipo primario, 465 de tipo secundario, y 13 de tipo terciario, de los 149 restantes, no reportaron el tipo de tecnología utilizada. (SUPERSERVICIOS, 2017) Esto indica que la mayor parte de sistema operan bajo tecnología secundaria (biológica) esto se debe a las características de estas aguas, como señala (Trapote, 2011). las aguas residuales urbanas se componen principalmente de. aguas residuales domesticas que tiene una contaminación predominantemente orgánica (lo que hace que las aguas residuales urbanas sean biodegradables, es decir, que puedan ser depuradas mediante tratamientos biológicos) y por otro lado se encuentran las aguas residuales industriales que en muchos centros urbanos su porcentaje de participación es muy pequeña y no llega a alterar las características de las aguas residuales domésticas. Las tecnologías más usadas en Colombia para el tratamiento biológico son las lagunas de estabilización, lodos activados o utilización de productos químicos (SUPERSERVICIOS, 2017) . los tratamiento biológicos generan lodos en conjunto con el tratamiento primario y su gestión es uno de los temas ambientales más complejos asociados al tratamiento de las aguas residuales, en 16.

(17) donde se requiere tratamiento para la reducción de agua y tratamiento para la estabilización de la materia orgánica (Montes & Menéndez, 2010) antes de su disposición final lo que representa un costo adicional al costo de construcción, operación y mantenimiento, así lo afirma (Singh et al., 2017) que dichas tecnologías, que requieren una mayor energía y recursos en última instancia, terminan agregando elementos no deseados en nuestro ecosistema y dejando una huella más grande. Por tanto, es necesario ver en otra perspectiva hacia tecnologías alternativas que busquen optimizar procesos y reducir costos. Entre estas alternativas para el tratamiento biológico está el. lombrifiltro (sistema Tohá o. también llamado vermifiltro) cuenta con grandes ventajas: no genera lodos, genera humus como subproducto el cual se puede reutilizar como abono, el consumo de energía es bajo, no genera olores, sus costos de operación y mantenimiento son bajos y la infraestructura que se requiere es simple. (Singh et al., 2017). Adicional a esto, se tiene en cuenta que en la mayoría de climas tropicales los procesos naturales para el tratamiento de aguas residuales resultan más sencillos de implementar por la temperatura, al ser esta un factor clave que determina el rendimiento. 4. ANTECEDENTES En Chile actualmente existen del orden de 90 plantas instaladas en base a la tecnología de lombrifiltro, 12 en México, 1 en Paraguay y 1 en Argentina, mostrando en lo que llevan de instalados costos de operación menores a los de otras alternativas y simplicidad operativa, lo cual la hace atractiva para su aplicación Subsecretaría de Desarrollo Regional y Administrativo (SUBDERE, 2009). En cuento a la empresa generadora del servicio “sistema Tohá” agrega que entre los países que también cuentan con este sistema se encuentra Bolivia, Ecuador e India. (Sistema Tohá, 2018). Por su parte la empresa Biofiltro que maneja esta misma tecnología se encuentra en Estados Unidos, Perú, Nueva Zelanda, Australia, Brasil y España (BIOFILTRO, 2019). Agrofoods Central Valley S.A. ubicada en Malloa Chile es una de las más grandes procesadoras de comida de ese País. Hasta el 2010 tuvo como sistema de tratamiento de las aguas residuales activados pero sus altos costos de operación para tratar alrededor de 1.900.000 litros por día era exorbitante. Por tanto, implementaron el lombrifiltro que hoy cuenta con 3 Ha equivalentes a 30.000 usuarios domiciliarios, aumentó su capacidad a 7,6 millones de litros por día tratados y 17.

(18) ahora reconoce el grande ahorro de energía que tiene (BIOFILTRO, 2019) . En la figura 1 se puede observar el lombrifiltro implementado en Agrofoods Central Valley S.A. Otro caso sucedió en el Condominio Los Lirios de Rancagua en Chile con aproximadamente 1500 usuarios, inicialmente tenían lodos Activos pero fracasó por malos olores y hoy tiene un lombrifiltro que funciona sin problema, así lo afirma Alex Villagra Fuentes quien es socio de la empresa BIOFILTRO y trabajó en 1993 con el Dr Toha (creador de Lombrifiltro). Esta empresa ganó en Estados Unidos un premio de tecnología verde y se encuentra instalando en ese país lombrifiltros. (correo diario, 2014).. Figura 1. . Lombrifiltro. Agrofood. Fuente: (BIOFILTRO, 2019). En la localidad del Melón, provincia de Quillota en Chile también tratan las aguas residuales de 10.000 habitantes mediante el sistema de lombrifiltro en donde antes operaban una laguna de estabilización; funciona correctamente y entre los problemas que se encuentra es que no es fácil tener al acceso al aserrín (Pia, 2011). Por otra parte, la comunidad de Santa Cruz en Bolivia cuenta con un lombrifiltro para 3472 usuarios y tiene un caudal de diseño de 245 m3/ día, el efluente es vertido a una fuente hídrica superficial. (Sistema Tohá, 2018). En otros países como en China, la eficacia del lombrifiltro también se ha visto fundamentada en los resultados de una planta piloto a escala comercial probada en Shanghai en 2009 y 2010. Zhao como se citó en (Li, et al., 2015) afirma que durante los primeros 18 meses de operación, se trataron diariamente 60 m3 de aguas residuales urbanas con una tasa promedio de eliminación de demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno (DBO), NH4 + -N y. 18.

(19) sólidos suspendidos totales de 67.6%, 78.0% , 92.1% y 89.8%, respectivamente. El agua tratada cumplía con los estándares mínimos actuales para el agua de riego en China. En general se han realizado varios estudios, para evaluar efluentes de diferentes procesos entre ellas se tiene las remociones mostradas en la tabla 1. Tabla 1. Remoción según el efluente. Origen. Agua residual doméstica Aguas Residuales Urbanas Agua residual sintética Efluente industrial textil Efluente ayurvédico Aguas Residuales Hospitalarias Efluente beneficio de ganado Efluente de destilería. País. Porcentaje de remoción DBO DQO. Referencia SST. STD. China. 78.0%. 67.6%. 89.8%. .-. (Liu, Lu, Zhang, Xing, & Yang, 2013). Portugal. 97.5%. 74.3%,. -. -. (Nunes & Lourenço, 2017). India. 96%. -. 90%. 82% (Kumar et al, 2014). India. 85-89%. 76-80%. 71-76% 73-77%. India. 98.03%. 98.43%. 95.8%. 78.66%. Irán. 93%. 75%. 89%. -. Ecuador. 90-93%. 56-81%. -. -. Sudáfrica. 91.1%. 89.4% Fuente: Autora (2019). 91.9%. (Natarajan & Kannadasan, 2014) (Varghese, Joseph, & Das, 2015) (Ghobadi, et al., 2016). (Ceballos, 2015) (Manyuchi, Mbohwa, & Muzenda, 2018). En Colombia se han tenido diferentes iniciativas de tratamiento de aguas residuales mediante lombrifiltro, trabajadas a escala de laboratorio residuales domésticas y también aguas de la industria láctea, pero aún hay mucho desconocimiento de esta tecnología (Ramón, León, & Castillo, 2016) (Manrrique & Pineros, 2016). 19.

(20) 5. OBJETIVOS 5.1. OBJETIVO GENERAL Determinar la factibilidad técnica y económica de la implementación de un Lombrifiltro para el tratamiento de las aguas residuales en el municipio de Tinjacá- Boyacá con el fin de dar cumplimiento a la normatividad legal vigente para el vertimiento en cuerpos de agua superficiales. 5.2. OBJETIVO ESPECÍFICOS  Proporcionar la información para cuantificar el monto de las inversiones y de los costos de operación necesarios para la implementación del lombrifiltro en el municipio de Tinjacá.  Ordenar y sistematizar la información de. las inversiones y de los costos de. implementación y operación  Definir mediante la metodología Relación Beneficio/Costo (RBC) la viabilidad del proyecto. 6. MARCO DE REFERENCIA 6.1. MARCO CONCEPTUAL 6.1.1. Tecnologías más limpias Es importante reconocer en las tecnologías más apropiadas la mejor manera para la realización de un proyecto. Como se muestra en la figura 2, las tecnologías más limpias se caracterizan por ser económicamente asequibles, ambientalmente sustentables y socialmente aceptadas permitiendo general los mayores beneficios y su durabilidad en el tiempo.. 20.

(21) Tecnologías más limpias. Económicamente asequible.    . Inversión Densidad de habitantes Eficiencia tecnológica, operación y mantenimiento. Manejo de residuos sólidos. Ambientalmente sustentable. Socialmente aceptada.     . Protección del medio ambiente conservación de los recursos Rehúso del agua Reciclaje de nutrientes.   . Protección de la salud pública Políticas gubernamentales y regulaciones Asentamientos humanos Planificación. Figura 2. Tecnologías más limpias esquema de factores que determinan las tecnologías más apropiadas Fuente (Massoud, 6.1.2. Transferencia de conocimiento y tecnológica Tarhini, & Nasr, 2009). La Transferencia de Conocimiento y Tecnología (TCT) es muy relevante para fines de este trabajo debido a su interinstitucionalidad no solo nacional sino internacional, pues se pretenden adaptar tecnologías que emergieron. en otros países. La TCT desde la perspectiva de los. Sistemas de Innovación, comprende “un conjunto de acciones en distintos niveles realizadas por diferentes instituciones de manera individual y agregada para el desarrollo, aprovechamiento, uso, modificación y la difusión de nuevas tecnologías e innovaciones, y que constituye el marco en el que los gobiernos aplican políticas para contribuir en los procesos de innovación.” (Colciencias, 2018). La TCT requiere de un sistema de instituciones públicas y privadas interconectadas para crear, almacenar y transferir información, conocimientos, habilidades y competencias. 6.1.3. Lombricultura La lombricultura es una biotecnología que se inició en los Estados Unidos, se extendió a Europa y finalmente hacia el resto del mundo. Se basa en la aplicación de técnicas de producción 21.

(22) utilizando lombrices rojas californianas para reciclar residuos orgánicos biodegradables y como producto de su ingestión, sus deyecciones son el fertilizante orgánico más importante hoy disponible, se trata del humus de lombriz, el cual es materia orgánica muy estable, inodora que puede usarse en la agricultura. (Biabani, Carpeter-Boggs, Gholizadeh, Vafaie-Tabar, & Omara, 2018). 6.1.4. Lombriz roja californiana (Eisenia Foetida) Esta lombriz fue seleccionada en California durante la década de los 50. Entre las características que destacan esta especie se encuentra su corto ciclo reproductivo (4 veces por año), elevada frecuencia de apareamiento, mayor longevidad (15-16 años), su docilidad para la cría en ambiente reducidos, voracidad en la ingesta de alimento y su mayor velocidad y volumen en la producción de lombricompuesto. (Biabani, et al., 2018). 6.1.5. Sistema Tohá (lombrifiltro) Tecnología de tratamiento de aguas residuales creada y desarrollada por el Dr. José Tohá Castellá en el laboratorio de Biofísica de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y patentada por la Fundación para La Transferencia Tecnológica, UNTEC (Patente Nº 40.754) creada por la misma universidad. (Sistema Tohá, 2018).. El “Sistema. Tohá®” también conocido como Lombrifiltro o “Biofiltro Dinámico Aeróbico” y en otros lugares conocido como vermifiltro debido a la técnica que se usa la cual se denomina lombricultura o vermicultura, corresponde a un filtro percolador compuesto de diferentes estratos filtrantes y lombrices. (Sistema Tohá, 2018) 6.2. MARCO TEORICO 6.2.1. Aguas Residuales (AR) Se entiende por Aguas Residuales (AR) a las aguas recogidas de las aglomeraciones urbanas, procedentes de los vertidos de la actividad humana domestica (agua residuales domesticas) o la mezcla de estas con las procedentes de actividades comerciales, industriales y agrarias integradas en el núcleo urbano (Trapote, 2011) La Resolución 631 de 2015 del Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible define las aguas residuales como la unión de las siguientes:. 22.

(23) Aguas Residuales Domésticas - ARD: Son las procedentes de los hogares, así como las de las instalaciones en las cuales se desarrollan actividades industriales, comerciales o de servicios y que correspondan a: 1. Descargas de los retretes y servicios sanitarios. 2. Descargas de los sistemas de aseo personal (duchas y lavamanos), de las áreas de cocinas y cocinetas, de las pocetas de lavado de elementos de aseo y lavado de paredes y pisos y del lavado de ropa (No se incluyen las de los servicios de lavandería industrial). Aguas Residuales no Domésticas - ARnD: Son las procedentes de las actividades industriales, comerciales o de servicios distintas a las que constituyen aguas residuales domésticas - ARD. 6.2.1.1.. Características de las aguas residuales. Se entiende como características del agua residual urbana el conjunto de parámetros que pueden ser necesarios ya sea para el diseño o para el control del sistema de tratamiento de agua residual. A continuación se explican los principales parámetros para comprobar la eficiencia de los procesos de la PTAR según (Trapote, 2011) son: -. Temperatura: Condiciona los procesos de depuración biológica (degradación de materia orgánica y nitrificación), por lo que es importante su control. A medida que se desciende de temperatura ser ralentizan dichos procesos.. -. pH: mide la concentración de iones hidrogeno en el agua. Un pH bajo indica una baja concentración de iones H+, y por tanto una alcalinización del medio. Por el contrario, un pH bajo indica acidificación del medio. (Sánchez, Carrasco, & Goméz, 2010). Si las aguas residuales urbanas no contienen vertidos industriales, se pH oscila entre 6,5 y 8,5 valores que no plantean problemas a los procesos de depuración. Fuera de este rango se producen problemas en los procesos biológicos; por ello, en áreas en las que se acometan al saneamiento de vertidos industriales deben tener control en la entrada de la planta por si fuera necesario llevar a cabo una corrección del pH.. -. Sólidos Suspendidos (SS): El valor de este parámetro define la cantidad de fangos que será preciso eliminar de la planta de tratamiento de agua Residual (PTAR).. -. Demanda Bioquimica de Oxigeno (DBO): expresa la cantidad de oxigeno necesaria para biodegradar (degradación por microorganismos) las materias orgánicas se expresa en 23.

(24) mg/l ( ppm). En la práctica permite apreciar la carga del agua en materias putrescibles y su poder auto depurados, y de ello se puede deducir la carga máxima aceptable (Montes & Menéndez, 2010) -. Demanda química de Oxigeno (DQO) Es la cantidad de oxigeno consumida por los cuerpos reductores presentes en el agua residual, sin intervención de los organismos vivos. La DQO de una agua residual es, generalmente, mayor que la DBO ( en aguas residuales urbanas es del orden de 3 veces mayor) ya que es mayor el número de compuesto que pueden oxidarse por vía química que biológicamente. -. Nitrogeno Amoniacal (NH4+ ó NH3 ): Expresa el contenido de nitrógeno en forma de ión amonio. En función de la temperatura y del pH. NH4+ + OH. -. NH3 + H2. (1). Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK): De fine el nitrógeno amoniacal potencial de un agua. Incluye el nitrógeno en forma de amonio y el nitrógeno orgánico, que a través de los procesos de biodegradación de las plantas depuradoras pueden transformarse también en ión amonio, según la ecuación NTK+ micoorganismo. -. NH4+ + H2O. (2). Fósforo: Este elemento, que se encuentra en las aguas residuales en forma de ortofosfatos ( PO4-3) o polifosfato (P2O7) actúa como nutriente siendo un factor importante de la eutrofización 6.2.2. Sistema de tratamiento de las aguas residuales. El tratamiento de las aguas residuales busca en cada una de sus etapas eliminar la carga de contaminantes en que se encuentran estas aguas, según (Fuquene, 2011) entre los principales objetivos de remoción se encuentran: DBO, sólidos suspendidos, patógenos, nitrógeno y fósforo y entre otras sustancias dependiendo las características del agua a tratar como: remoción de sustancias orgánicas refractarias como los detergentes, fenoles y pesticidas, remoción de trazas de metales pesados y remoción de sustancias inorgánicas disueltas. Dependiendo de la necesidad y de los objetivos propuestos se desarrolla la complejidad del sistema de tratamiento, comúnmente se habla de pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario. (Fuquene, 2011). Al conjunto de estos sistemas y. 24.

(25) las estructuras requeridas se le denominan planta de tratamiento de agua residual (PTAR). En la. Pretatamiento (Físico). Tratamiento Primario (Físico). Tratamiento secundario (Químico, Biológico). Tratamiento Terciario (Avanzado). Efluente. Influente. figura 3 se puede observar este proceso de tratamiento.. Figura 3. Etapas del tratamiento de aguas residuales. Adaptado de (Trapote, 2013). 6.2.2.1.. Pretratamiento. Antes de comenzar el tratamiento como tal, las aguas residuales se deben someter a un tratamiento preliminar para evitar obstrucciones en el sistema de tratamiento y problemas de operación y/o mantenimiento en las instalaciones (maquinaria, conducciones, etc).. Este. tratamiento incluye la remoción de solidos suspendidos gruesos y sólidos suspendidos fijos, por medio de rejillas de barras, con limpieza manual, mecanizada o mediante desintegradores, trituradores o coladores y los sólidos suspendidos fijos, de menores dimensiones, como los detritos minerales pesados, son removidos por medio de desarenadores (Henze, Loosdrecht, Ekama, & Brdjanovic, 2011) Las operaciones que generalmente comprende el pretratamiento son:  Desbaste ( grueso y fino)  Desarenado  Desengrasado  Tanque de igualación 6.2.2.1.1.. Desbaste. El desbaste se realiza mediante rejas ( mallas o cribas) y es importante para proteger la PTAR de la posible llegada de grandes objetos que provocarían obstrucciones en las conducciones y distintas unidades posteriores de la instalación, y para separar y evacuar fácilmente las materias 25.

(26) voluminosas arrastradas por el agua bruta, que podría disminuir la eficiencia de los tratamientos siguientes, o complicar la realización de los mismos (Trapote, 2011). Los tipos de desbaste pueden clasificarse de diferentes maneras 1) Según la separación entre barrotes de la reja: 1.1). Desbaste fino, con paso libre entre barrotes inferior a 15 mm. 1.2). Desbaste medio, con paso libre entre barrotes de 15 a 50 mm. 1.3). Desbaste grueso, con paso libre entre barrotes de 50 a 150 mm. 2) Según la inclinación de la reja 2.1). Horizontales. 2.2). Verticales. 2.3). Inclinados. 3) Según el método de limpieza 3.1) Rejas de limpieza manual 3.2) Rejas de limpieza mecánica 6.2.2.1.2.. Desarenado. Los desarenadores son unidades destinadas a retener la arena y otros residuos minerales inertes y pesados que se encuentran en las aguas residuales de granulometría superior a 200 um que perjudican el tratamiento posterior, generando sobrecargas de fangos, sedimentos en canales y tuberías, abrasión de rodetes de bombas, de equipos y disminuyendo la capacidad hidráulica (Trapote, 2013) Dos técnicas son la base en los procedimientos utilizados en la separación de arenas: -. La separación natural por decantación en canales o depósitos apropiados (requiere una constancia absoluta en el paso del agua).. -. La separación dinámica utilizando inyección de aire o efectos de separación centrifuga.. En cuento a esto los tipos de desarenador más importantes son: separadores de flujo horizontal, desarenadores aireados y desarenadores de vórtice.. 26.

(27) 6.2.2.1.3.. Desengrasado. Esta operación tiene por objetivo eliminar las grasas, aceites, espumas y demás materias flotantes más ligeras que el agua, cuya presencia en el agua residual podría distorsionar los procesos de tratamiento posteriores. El desengrasado se realiza mediante insuflación de aire, para desemulsionar las grasas y conseguir una mejor flotación de éstas. En aguas urbanas de origen doméstico el desengrasado es conveniente e indispensable cuando no existe la decantación primaria, pudiendo efectuarse en combinación con el desarenado o de forma separada. (Trapote, 2011) 6.2.2.1.4.. Tanque de homogenizador. Las variaciones observadas del caudal y de las cargas contaminantes provocan un deterioro de la eficiencia de los procesos de tratamiento, y en consecuencia, reducen sus rendimientos. (Fuquene, 2011). Este tanque recibe los afluentes variables de las aguas residuales del proceso, los homogeniza mediante el empleo de una turbina o mezclador para luego llevar el agua residual al siguiente proceso mediante sistema de bombeo. (Lozano, 2012). 6.2.2.2.. Tratamiento primario. Tiene como objetivo separar del agua residual una parte de los sólidos en suspensión (insolubles), sedimentables por gravedad y los elementos solubles y coloidales (coagulación, floculación y posterior decantación. El tratamiento primario es poco efectivo en la eliminación de materia orgánica, aunque reduce parte de la DBO <suspendida> es decir asociada a los sólidos en suspensión (Henze, et al., 2011) Las operaciones más frecuentes son:  Decantación o sedimentación primaria  Flotación 6.2.2.2.1.. Decantación o sedimentación primaria. Es un proceso físico en el cual se aprovecha la diferencia de densidad y peso entre el líquido y las partículas suspendidas. Los sólidos, más pesados que el agua, precipitan produciéndose la. 27.

(28) separación de los mismos, en general aplica para la remoción de sólidos con Vs > 10 m/d (Fuquene, 2011). 6.2.2.2.2.. Flotación. Es un proceso utilizado para la separación de partículas sólidas o líquidas en un medio líquido, que se consigue por separación simple o introduciendo burbujas muy finas de gas (aire) en la masa líquida; estas arrastran las partículas suspendidas hacia la superficie produciendo la separación por flotación. El proceso más comúnmente utilizado es el denominado “Flotación por Aire Disuelto – DAF” en este proceso el agua residual se presuriza con aire en un tanque cerrado, luego se introduce al tanque de flotación pasando por una válvula reductora de presión. El súbito cambio de presión genera burbujas de 50 a 100 micras de diámetro y las burbujas ascienden a la superficie arrastrando consigo las partículas suspendidas (sólidos, aceites y grasas) (Fuquene, 2011). 6.2.2.3.. Tratamiento secundario (Lombrifiltro). Tiene como objetivo eliminar la mayor parte de la materia orgánica coloidal. Se trata principalmente de procesos de tipo biológico, entre lo que cabe distinguir cuatro grupos principales: procesos aeróbicos (oxígeno es el aceptor final de electrones), procesos anaerobios (aceptor de electrones materia orgánica), procesos anóxicos (aceptor de electrones nitrato) y combinación de ellos. (Fuquene, 2011) La tecnología de lombrifiltro que hace parte de esta etapa del tratamiento es un proceso aeróbico. Según (Montes & Menéndez, 2010) al existir oxígeno en el medio hace que se obtengan rendimientos energéticos elevados y llevar por tanto a una importante generación de lodos, debido al alto crecimiento de las bacterias en condiciones aerobias. Por su parte, el sistema Tohá, lombrifiltro o vermifiltro consiste en un filtro percolador compuesto por diferentes lechos filtrantes y por lombrices de la especie Eisenia Foetida conocida como roja californiana, mediante un sistema de dispersión el agua es rociada en todo el sistema. Y lo atraviesa el por gravedad, en donde la materia orgánica se va quedando retenida y posteriormente es consumida por las lombrices, quienes la convierten en humus y material corporal de las mismas sin producir lodos. En conjunto con las lombrices, se genera rica flora bacteriana que también consume la materia orgánica (Singh et al., 2017) 28.

(29) Figura 4. Filtro de lombrices (s.f ). Recuperado de: http://www.lombrifiltro.cl. Este tratamiento se distingue por las siguientes características (Sistema Tohá, 2018): -. Proceso biológico. -. Aeróbico. -. No genera lodos. -. Genera fertilizante que puede ser usado para tal fin. -. Económico, bajo costo de inversión y operación. -. Es simple para su operación. -. Puede ser alimentado por energías renovables. -. El agua tratada puede ser reutilizada con seguridad. -. No genera olores ni ruidos molestos. -. Aplicable a distintas condiciones climáticas. -. Disposición segura y ecológica del agua tratada. 29.

(30) A continuación se puntualizan algunas características del sistema: I.. Eficiencia de Remoción del lombrifiltro respecto al filtro sin lombrices (geofiltro). Según diferentes autores en la tabla 2 se puede detallar la eficiencia de remoción de contaminantes del lombrifiltro vs geofiltro para el tratamiento de aguas residuales. Tabla 2. Porcentaje de remoción de contaminantes lombrifiltro vs geofiltro. Filtro Lombrifiltro. Porcentaje de remoción DBO DQO. Referencia SST. STD. 96%. -. 90%. 82%. Geofiltro. 70%. -. 79%. 76%. Lombrifiltro. 92%. 74%. -. -. Geofiltro. 74%. 68% Fuente. Autora (2019). (Kumar, et al., 2014). -. (Arora, et al., 2014). Se puede observar en la tabla 2 que la eficiencia de remoción es mayor en el lombrifiltro al ser alrededor del 20%, 6%, 10%, 6% más eficiente en remoción de DBO, DQO, SST, STD respectivamente que el geofiltro. Entre las empresas que implementan la tecnología como Lombrifiltro Chile y Biofiltro para el tratamiento de las aguas residuales, el porcentaje de remoción se puede apreciar en la tabla 3. Tabla 3. Parámetros de remoción del lombrifiltro.. Porcentaje de remoción Parámetro. Lombrifiltro Chile. Biofiltro. (Lombrifiltro Chile, s.f). (BIOFILTRO, 2019). DBO. 95 %. 90%. Solidos totales. 95%. 90%. Nitrógeno Total. 60 %. 70%. Fosforo Total. 70%. 30%. Fuente: Autora (2019). 30.

(31) II.. Contribución de la lombriz en el proceso de tratamiento. Acontinuación de describe el papel de la lombriz en el proceso de vermifiltración para la remoción de materia orgánica, control de patógenos, como también se trata la temperatura y el pH. La figura 5 ilustra las partes principales de la lombriz que tiene participación en el proceso.. Adición de microbios y Enzimas digestiva. Adición de moco y enzimas Molienda de tierra en la molleja. Adicción de Calcio. Excreción rica en enzimas y población microbiana. Faringe. Ingesta de suelo con nutrientes y productos orgánicos. Boca. Intestino Molleja. Buche. Figura 5 Digestión de la lombriz. Adaptado de: (Singh et al., 2017). -. Remoción de materia orgánica. Son dos las claves los que poroporcionan el éxito en el vermifiltro: la acción de madriguera de las lombrices y la descomposición microbiana. Lo primero hace que se airee pasivamente el sistema. y mejore la conductividad hidráulica de los medios filtrantes, lo cual aumenta la. eficiencia del proceso de tratamiento (Singh et al., 2017). Lo segundo se aprecia en el proceso de ingestión donde las lombrices comen todas las partículas suspendidas encrutadas en el lecho filtrante y las deyectan en partículas finas con un área superficial específica aumentada y una mayor capacidad de sorción lo cual hace que se mejore la biodisponibilidad para los microorganismos, asi afirma Aira y Rajpal (citado en Arora & Kazmi, 2015) que la razón por la 31.

(32) cual el vermifiltro es más eficiente que el geofiltro radica en la relación simbiótica entre lombrices y microorganismos, en los cuales los microbios realizan la degradación bioquímica del material residual, mientras que las lombrices degradan y homogeneizan el material a través de acciones musculares del intestino, proceso en el que además se agrega fluido viscoso llamado “moco” al material ingerido el cual alberga varias enzimas que ayudan en la mineralización de contaminantes presentes en las aguas residuales y facilita también la acción microbiana . Con respecto al moco (Xing, Yang, Wang, & Liu, 2011) manifiesta que el moco está compuesto de aminoácidos, glucoproteínas y pequeñas moléculas glucosídicas y proteicas que ayudan a mantener la relación C / N adecuada para mejorar las actividades bioquímicas del sistema, también respaldan que las lombrices transforman las partículas orgánicas insolubles en una forma soluble contribuyendo a la degradación de los materiales orgánicos por parte de los microorganismos. Con respecto al nitrógeno amoniacal, éste se elimina mediante adsorción rápida por los medios filtrantes y posteriormente se convierte a nitrato a través de la nitrificación biológica. Aunque se tiene que el amoníaco genera una toxicidad muy baja en la supervivencia de las lombrices en el vermifiltro. (Zhao, et al., 2010). Adicional a lo anterior, (Singh et al., 2017) plantea que la adición de lombrices al lecho filtrante, da como resultado una mayor población microbiana dentro del vermifiltro, ya que las lombrices hospedan millones de flora microbiana en el intestino y las excretan en forma de suelo enriquecido con población bacteriana de cantidad significativa. Por otro lado, el producto final como vermicompuesto (humus) de la capa superior de vermifiltro de color marrón, contiene una gran cantidad de nitrógeno y fósforo, que puede aplicarse en la recuperación de tierras infértiles mediante el acondicionamiento de la tierra (Kumar, Bhargava, Prasad, & Pruthi, 2015) -. Control patógenos. En un estudio realizado por. (Sinha, Bharambe, & Chaudhari, 2008), concluyen que las. lombrices tienen el potencial de ingerir microbios dañinos e ineficaces de las aguas residuales y ayudan en la eliminación de patógenos. Por su parte (Arora, et al., 2014) indican que las lombrices presentes en el vermifiltro liberan fluidos celómicos de su cavidad corporal (celoma) 32.

(33) que tienen propiedades antibacterianas y eliminan patógenos en los desechos, como también algunas cepas microbianas potenciales poseen mayor actividad antibacteriana. En sus experimentos encontró que la eliminación logarítmica de E. coli y Salmonella fue significativamente mayor en el efluente de vermifiltro en comparación con el geofiltro. Con respecto a los microorganismos benéficos estos autores revelaron que se aislaron un total de 26 especies bacterianas en el vermifiltro mientras que un total de 11 especies bacterianas se aislaron e identificaron a partir de geofiltro. Lo cual evidencia que el vemifiltro mostró una comunidad microbiana más alta y diversa y se atribuye a la presencia de lombrices, que promueven el desarrollo de microorganismos beneficiosos. Por su parte (Arora & Kazmi, 2015) mencionan que la eficiencia de eliminación de patógenos aumenta con la temperatura. -. Temperatura, pH y Humedad. En cuanto a la temperatura óptima se tiene que el rango para la lombriz Eisenia Foetida o roja californiana es de 15- 30ºC, la temperatura óptima de reproducción para esta especie es 15-20 ºC, mientras que la temperatura óptima para el crecimiento máximo y la capacidad de procesamiento de residuos es de 25-27 º C (Arora & Kazmi, 2015). Un estudio de laboratorio realizado por los mismos autores, en donde estudiaron la temperatura del vermifiltro a lo largo de las estaciones, mostró que la remoción de DBO y DQO fue algo más alta en primavera pero que además la temperatura del medio filtrante 10-15 cm debajo de la superficie se encontraba normalmente en el rango de 20.0- 35.8º C aunque la temperatura ambiente fuera menor.. Por su parte. (SUBDERE, 2009) señala que las temperaturas en las que el sistema funciona normalmente, oscilan 3 y 40ºC, lo cual se debe a los procesos internos del sistema entre ellos la digestión de las bacterias y aunque las temperaturas ambientales sean bajas, en sus experiencias encontraron que la temperatura del agua servida cruda y la temperatura al interior del filtro, se encontraban alrededor de 10 – 15ºC, lo cual indica que la temperatura del material de filtro puede estar normalmente por encima de la ambiente. Según (Sinha, et al.,, 2008) Esto puede atribuirse al efecto de los medios filtrantes para resistir las variaciones de temperatura, lo cual facilita su uso bajo diferentes climas. El pH en las aguas residuales puede ser casi neutralizado por las lombrices y hay muy poco o ningún problema de mal olor durante el procesamiento (Sinha, Bharambe, & Chaudhari, 2008). Los cambios en el pH pueden deberse a la reducción en el nivel de material alcalino (amoníaco) 33.

(34) y al aumento gradual de sustancias ácidas (nitrato) en las aguas residuales durante la vermifiltración, alrededor de 7,3 +- 0,2 (Arora & Kazmi, 2015). La Humedad en el lecho filtrante influye en el crecimiento de la lombriz ya que su cuerpo contiene alrededor de 80% agua (Biabani, 2018), esta es una humedad óptima para el crecimiento actividad de la lombriz en el lombrifiltro. III.. Mecanismo de vermifiltración. En la figura 6,. se especifica el mecanismo de lombrifiltración que se lleva a cabo en el. tratamiento de las aguas residuales, en donde se puede ver la participación de la lombriz y del medio filtrante en la descontaminación biológica del agua.. IV.. Criterios de diseño. Entre estos se encuentra tasa de retención hidráulica (HRT), tasa de carga hidráulica (HLR) por sus siglas en inglés, la densidad de las lombrices, materiales del filtro y la altura y tiempo de aclimatación. -. Tasa de retención hidráulica (HRT) y tasa de carga hidráulica (HLR). El caudal del agua residual principalmente en sistemas biológicos de tratamiento es muy importante para garantizar la eficiencia del tratamiento, evitar bloqueos, inundaciones o por el contrario condiciones de bajo flujo que afecten la eficiencia. La tasa de carga hidráulica (HLR por sus siglas en inglés) es la tasa de aplicación de aguas residuales al área por unidad de tiempo. En consideración con la consulta realizada se tiene una HLT de 1 m 3/m2.d (Li, et al., 2015) (Arora, et al., 2014), otros autores sugieren 0,2 -0.5 m3/m2.dìa (SUBDERE, 2009) y 2 m3/m2.dia (Xing, Wang, Xu, & Yang, 2016) Por su parte, la tasa de retención hidráulica (HRT) hace referencia al tiempo de contacto de la interacción del agua residual con la columna de suelo en la que residen las lombrices debe ser el adecuado para que las lombrices y los microorganismos lleven a cabo sus procesos físicos y bioquímicos en la las sustancias orgánicas y nutrientes, este tiempo es alrededor de 3 a 4 horas (BIOFILTRO, 2019), (Cárdenas, 2017). 34.

(35) Adición de mocos, enzimas digestivas y flora bacteriana. Afluente contaminado. Vermicompuesto. Lecho filtrante. Lombrices. Atrapando y devorando los sólidos como alimento.. Túneles (excavación). Mejor aireación. Ingestión y digestión. Fundición. Suelo mezclado con moco, enzimas y microbios.. Aumento del área superficial. Aumento de la degradación bacteriana de los contaminantes.. Mayor capacidad de sorción del material del lecho Remoción de sólidos. Mineralizació n Nitrificación. Crecimiento biomasa. Fijación de nutrientes. Oxidación orgánica. Remoción sustancias orgánicas. Efluente tratado Figura 6. Representación mecanismo de vermifiltración adaptado de: (Singh et al., 2017). -. Medio de filtro y altura. Al seleccionar los medios de filtro, se debe buscar la permeabilidad hidráulica y la capacidad de adsorción de ese medio en particular, la mala conductividad hidráulica del sistema puede provocar la obstrucción e inundación del sistema, entre los materiales usados se encuentra aserrín y materiales de diferentes granulometrías (Singh et al., 2017). Las lombrices prefieren residir cerca de la superficie (es una especie epigea) por tanto, el aumento de la altura del lecho puede generar condiciones anaeróbicas en la zona inferior y verse 35.

(36) afectado el crecimiento y actividad de las lombrices. (Singh, et al., 2017) Un estudio realizado por (Zhao, Xing, Yang, Lu, & Lv, 2014) indica las condiciones anaerobias y aerobias del sistema de vermifiltro con respecto al sistema de geofiltro partiendo de que una relación superior a 1.00 que representa el predominio de los microorganismos aerobios; encontraron que en el geofiltro se redujo de 1.13 a 0.67 con la profundidad, lo cual indica que los microorganismos anaerobios eran predominantes en el fondo, mientras en el vermifiltro siempre superó el 1.00, en donde la relación más alta (1.46) se dio a una profundidad de 12 cm. Por su parte, (Arora, et al., 2014) de acuerdo a sus experimentos señala que las lombrices habitan a una profundidad de 1525 cm. -. Densidad de lombrices. El rendimiento del tratamiento de un vermifiltro varía con la población de lombrices en el lecho. Siempre existe la necesidad de mantener una concentración óptima de lombrices, ya que la baja densidad de las lombrices de tierra puede no estimular y mejorar las actividades microbianas de manera efectiva (Li et al., 2013). Además, las lombrices de mayor tamaño pueden ser más eficientes debido a sus hábitos alimenticios voraces. La densidad de lombrices según (Kumar, et al., 2014), (Arora, et al., 2014) (SUBDERE, 2009) es de 10000 lombrices/m3 -. Tiempo de aclimatación. En sus estudios (Li, et al., 2015) identificaron que las lombrices sufren estrés fisiológico cuando se transfieren al vermifiltro pero que en un tiempo de aclimatación de 15 días, las lombrices mostraron adaptación al medio ambiente, resultados con los cuales también están de acuerdo (Arora, et al., 2014), (Wang, Zhang, Luo, Zhang, & Zheng, 2016). 6.2.2.4.. Tratamiento terciario. El tratamiento terciario o tratamiento avanzado tiene por objetivo principal la remoción de nitrógeno y fosforo), pero también la desinfección y la remoción de compuestos tóxicos y contaminantes específicos. Normalmente es utilizado cuando se requiere un efluente final de elevado grado de pulimiento, con valores muy pequeños de DBO y SS. (Henze, Loosdrecht, Ekama, & Brdjanovic, 2011) Entre algunos tenemos: 36.

(37)  Intercambio iónico  Osmosis inversa  Desinfección 6.2.2.4.1.. Intercambio iónico. Es un proceso en que los iones que se mantienen unidos a grupos funcionales sobre la superficie de un sólido por fuerzas electrostáticas se intercambia por iones de una especie diferente en solución. Este procedimiento ha llegado a ser notablemente importante en el campo del tratamiento de aguas residuales, ya que la desmineralización completa puede alcanzarse mediante intercambio iónico, es posible utilizar procesos de corriente partida, en los que parte del agua residual afluente se desmineraliza y se combina después con parte del afluente que ha sido desviado del tratamiento para producir un efluente de calidad especifica. (Fuquene, 2011) 6.2.2.4.2.. Osmosis inversa. La ósmosis inversa consiste en separar el solvente de una solución concentrada, que pasa a través de una membrana semipermeable, mediante la aplicación de una presión, la cual deberá ser, como mínimo, superior a la presión osmótica. Cuanto mayor sea la presión aplicada, mayor será el flujo de permeado a través de la membrana. (Henze, 2011) 6.2.2.4.3.. Desinfección. Busca la destrucción de los microorganismos patógenos (virus, bacterias, protozoos) presentes en las aguas residuales, antes de su vertido a los cuerpos hídricos receptores y así evitar riesgo principalmente en la salud de las personas que pueden estar en contacto luego de su tratamiento. Las técnicas más usadas son el ozono, la luz ultravioleta (UV) y el Hipoclorito de Sodio, en donde esta última es la más común. (Lozano, 2012). 6.2.3. Estudio Técnico El estudio de factibilidad técnica analiza las posibilidades en cuanto a materiales para producir el bien o servicio que se desea generarse con el proyecto, por otro lado se determinarán los requerimientos de equipos para la operación y el monto de la inversión correspondiente. De este análisis se entra a dimensionar la necesidad del espacio físico para su normal operación. (Sapag & Sapag, 2008). 37.

(38) En base a la evaluación técnica del proyecto se permite conocer una aproximación de los recursos necesarios para el proyecto, esto permite dimensionar la magnitud de la obra como también sus costos, muy importantes para el desarrollo del estudio económico. Entre los temas que pretende resolver el estudio técnico se encuentran: el tamaño del proyecto, la localización y la ingeniería del proyecto, para lo cual se requiere conocer la capacidad teórica de diseño que se requiere suplir con el proyecto, identificar la ubicación y los costos asociados a todas la actividades que se requieren para su implementación y funcionamiento se precisa conocer las características operacionales y técnicas fundamentales del proceso. (Sapag & Sapag, 2008) 6.2.4. Estudio Económico Este estudio permite conocer si el proyecto realmente es rentable para su implementación, esto se logra mediante la sistematización y análisis de las inversiones, costos e ingresos con respecto a la información que se ha generado en el estudio técnico. (Sapag & Sapag, 2008) 6.3. MARCO LEGAL La normatividad referente a aguas residuales aplicada en Colombia se encuentra consolidada en la tabla 4 Tabla 4. Normatividad Colombiana referente a aguas residuales. Legislación Colombiana aplicable a tratamiento de las aguas residuales Nombre Constitución Política Nacional de Colombia 1991. Expedida. Descripción. Asamblea Nacional Constituyente. Cap. III. De los derechos colectivos y del ambiente. Ley 9 de 1979. Congreso de Colombia. Código Sanitario Nacional. Ley 142 de 1994. Congreso de Colombia. Por la cual se establece el régimen de los servicios públicos domiciliarios y se dictan otras disposiciones.. Ley 373 de 1997. Congreso de Colombia. Por la cual se establece el programa para el uso eficiente y ahorro del agua 38.

(39) Decreto 2811 de 1974. Presidencia de la República. “Código nacional de recursos naturales renovables y de protección al medio ambiente” por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 09 de 1979, así como el Capítulo II del Título VI - Parte III Libro II y el Título III de la Parte III Libro I del Decreto 2811 de 1974 en cuanto a usos del agua y residuos líquidos. derogado por el Decreto 3930 de 2010 excepto los articulos 20 y 21. Decreto 1594 de 1984. Decreto 901 de 1997. Ministerio de Salud. Ministerio de Medio Ambiente. Se reglamentan tasas retributivas por la utilización directa o indirecta del agua como receptor de los vertimientos puntuales y se establecen las tarifas de éstas. Derogado por el Decreto 3100 de 2003, modificado por el Decreto 3440 de 2004. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Por medio de la cual se reglamentan las tasas retributivas por la utilización directa del agua como receptor de los vertimientos puntuales y se toman otras determinaciones. Derogado Decreto Nacional 2667 de 2012. Presidencia de la República. Por el cual se reglamentan las tasas retributivas por la utilización directa del agua como receptor de los vertimientos puntuales y se toman otras determinaciones.. Decreto 3100 de 2003. Decreto 2667 de 2012. 39.

(40) Decreto 1076 de 2015. “Por medio del cual se expide el Decreto Único Reglamentario del Sector Ambiente y Desarrollo sostenible” que deroga los decretos 2667 de 2012, 3100 de 2003 y el 3440 de 2004. promueve el Reúso de las Aguas Residuales a través de los Planes de Reconversión a Tecnologías Limpias en Gestión de Presidente de la República Vertimientos. Decreto 050 de 2018. Por el cual se modifica parcialmente el Decreto 1076 de 2015, Decreto Único Reglamentario del Sector Ambiente y Desarrollo Sostenible en relación con los Consejos Ambientales Regionales de la Macrocuencas (CARMAC), el Ordenamiento del Recurso Hídrico y Vertimientos y se dictan otras Presidente de la República disposiciones. Resolución 1207 de 2014. Resolución 0631 de 2015. Minterio de medio ambiente y desarrollo sostenible. Por la cual se establece el uso de aguas residuales tratadas. Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible. Por el cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los de sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones.. Departamento Nacional CONPES 3177 de 2002 de Planeación. Acciones prioritarias y lineamientos para la formulación del plan nacional de manejo de aguas residuales. Fuente. Autora (2019). 40.

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Figura 1. . Lombrifiltro. Agrofood. Fuente: (BIOFILTRO, 2019)
Tabla 1. Remoción según el efluente
Figura  2.  Tecnologías  más  limpias  esquema  de  factores  que  determinan  las  tecnologías  más  apropiadas  Fuente  (Massoud,  Tarhini, &amp; Nasr, 2009)
Figura 3. Etapas del tratamiento de aguas residuales. Adaptado de (Trapote, 2013)
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Referencias

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