1 DISEÑO DE UNA ALTERNATIVA PARA EL MANEJO ADECUADO DE LOS
LODOS GENERADOS POR LA PLANTA DE TRATAMIENTO DEL ACUEDUCTO PIENDAMÓ – MORALES, MUNICIPIO DE PIENDAMÓ.
GUILLERMO ANDRÉS GARZÓN SÁNCHEZ
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DEL CAUCA
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES Y DESARROLLO SOSTENIBLE PROGRAMA INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
POPAYÁN 2019
DISEÑO DE UNA ALTERNATIVA PARA EL MANEJO ADECUADO DE LOS LODOS GENERADOS POR EL ACUEDUCTO PIENDAMÓ – MORALES,
2 GUILLERMO ANDRÉS GARZÓN SÁNCHEZ
Trabajo de grado para optar el título de Ingeniero Ambiental y Sanitario
Director:
FABIAN FERNANDEZ
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DEL CAUCA
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES Y DESARROLLO SOSTENIBLE PROGRAMA INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
POPAYÁN 2019
3 _____________________________ Director _____________________________ Jurado _____________________________ Jurado Popayán 2019
4 AGRADECIMIENTOS
Dios, tu amor y tu bondad no tienen fin, me permites sonreír ante todos mis logros que son resultado de tu ayuda, y cuando caigo y me pones a prueba, aprendo de mis errores y me doy cuenta que lo pones en frente mío para que mejore como ser humano y crezca como persona.
A mis padres y mi hermana por su acompañamiento y apoyo a lo largo de mis años en la universidad para que lograra terminar mis estudios y por siempre inculcarme valores que cada día forjan en mí la persona que soy actualmente y el profesional que quiero llegar a ser.
5 DEDICATORIA
A mis padres por ser los principales promotores de mis sueños, por cada día confiar y creer en mí y en mis expectativas. A mi madre por estar dispuesta a acompañarme y brindarme todo su amor y apoyo incondicional. A mi padre por siempre desear y anhelar lo mejor para mi vida, por cada consejo y cada una de sus palabras que me guiaron durante mi vida. A mi hermana por su apoyo y consejos que me fueron de mucha ayuda a lo largo de mi carrera.
6 TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 12
CAPÍTULO 1: PROBLEMA ... 13
1.1 Planteamiento del problema... 13
JUSTIFICACIÓN ... 15
OBJETIVOS ... 16
Objetivo General ... 16
Objetivos Específicos ... 16
CAPÍTULO 2: REFERENTES CONCEPTUALES ... 17
2.1 Antecedentes ... 17
2.2 Bases teóricas ... 19
2.2.1. Características de un residuo peligroso por acción química ... 19
2.2.2. Características de un residuo peligroso por ser reactivo: ... 19
2.2.3. Composición de un residuo peligroso explosivo: ... 19
2.2.4. Propiedad de un residuo inflamable: ... 20
2.2.5. Cualidad de un desecho peligroso tóxico: ... 20
2.3. Prueba TCLP ... 21
2.4. Bases legales... 22
CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA ... 23
Primera Fase: Caracterización de la generación de lodos de la PTAP ... 24
Actividad 1.1 Visita a la laguna “Cruz victoria” (donde son depositados los lodos residuales del tratamiento de potabilización). ... 25
Actividad 1.2 Diagnóstico de la calidad del agua potable y la regularidad con que analizan los parámetros del agua cruda. ... 26
Actividad 1.3 Caudal captado por la planta y caudal tratado diario. ... 27
Actividad 1.4 Tipo y dimensión de las estructuras con que cuenta la planta. ... 28
Actividad 1.5 Encuesta a la comunidad aledaña a la planta y al personal .... 28
Actividad 2. Caracterización. ... 29
Actividad 2.1 Determinación de los parámetros y el laboratorio certificado para el análisis de la peligrosidad o del potencial de aprovechamiento de los lodos. ... 30
Actividad 2.2. Determinación de la concentración ... 31 Actividad 2.3 Determinación del volumen de lodos generados por la PTAP. 32
7
Segunda Fase: Diseño de una alternativa para el manejo de lodos. ... 32
Actividad 1. Formulación de medidas de optimización de los procesos para la minimización de la generación de lodos:... 32
Actividad 2. Formular las medidas de tratamiento de lodos generados en la PTAP del acueducto Piendamó – Morales. ... 34
Actividad 3. Plantear medidas para el aprovechamiento de lodos:... 38
Actividad 4. Formulación de una guía de transporte y disposición final seguro de los lodos residuales: ... 38
Tercera Fase: Elaboración y socialización de la alternativa para el manejo de lodos. ... 40
Actividad 1. Elaboración de una guía de manejo de lodos, en la cual se explique de manera clara y dinámica el correcto manejo de los mismos: .... 40
Actividad 2. Socialización de la guía de manejo de lodos y los resultados obtenidos a lo largo de la pasantía: ... 41
CAPÍTULO 4: RESULTADOS ... 42
2.1.3. Ubicación del punto de muestreo ... 65
2.1.2. Protocolo de muestreo ... 65
2.1.3. Muestreo ... 66
2.2.1. Determinación de la concentración según la norma técnica (ras2000) ... 70
Actividad 2.3 Determinación del volumen de lodos generados por la PTAP 72 Fase 2: Diseño de alternativa para manejo de lodos. ... 74
Actividad 1. Formulación de medidas de optimización de los procesos para la minimización de la generación de lodos... 74
Actividad 2. Formular las medidas de tratamiento de lodos generados en la PTAP: ... 75
Actividad 3. Plantear medidas para el aprovechamiento de lodos:... 77
Actividad 4 Formulación de una guía de transporte y disposición final seguro de los lodos residuales: ... 80
Fase 3: Elaboración y socialización de la alternativa para el manejo de lodos. 81 Actividad 1 elaboración de una guía de manejo de lodos ... 81
Actividad 2. Socialización de la guía de manejo de lodos y los resultados obtenidos a lo largo de la pasantía: ... 86
CAPITULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 87
BIBLIOGRAFIA ... 90
8 ÍNDICE DE FIGURAS
FigurA 1. Etapas Involucradas en el Tratamiento de los Lodos ...25
FigurA 2. Canaleta parshall ...27
Figura 3. Lecho de secado ...40
Figura 4. Bocatoma PTAP Piendamo – Morales; Fuente propia. ...42
Figura 5. Procesos de coagulación por medio de canaleta Parshall y metodo de jarras; Fuente propia. ...43
Figura 6. Floculadores de pantallas horizontales; Fuente Propia. ...44
Figura 7. Sedimentadores de flujo vertical descendiente; Fuente Propia. ...45
Figura 8. Retrolavado del filtro; fuente propia ...46
Figura 9. Sistema de inyección de cloro gaseoso; Fuente Propia. ...46
Figura 10. Presencia de algas, pérdida del espejo de agua; fuente propia...48
Figura 11. la laguna es propiedad privada. ...48
FigurA 12. Canal conector de la laguna cruz victoria con la PTAP ...49
Figure 13. Canaleta Parshall ...52
Figura 14. vista superior de la ptap piendamo-morales ...53
Figura 15. vista de perfil sedimentadores de flujo vertical descendiente. ...53
Figura 16. vista superior sedimentadores de flujo vertical descendiente. ...54
Figura 17. vista frontal de los sedimentadores. ...54
Figura 18. Acueducto piendamo morales, Piendamó – Cauca. ...65
Figura 19. Determinacion de la concentracion de volumenes; fuente propia ....72
Figure 20. Registro fotografico cantidad de lodos producidos. ...73
Figura 21. Esquema de la alternativa de lechos de secado...76
FigurA 22. Lechos de secado Fuente: SIAM. Servicios industriales y ambientales limitada ...76
Figura 23. socializacion alternativa y manejo de lodos ...87
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Bases legales ... 22
Tabla 2. Parametros de calidad de agua para consumo humano ... 26
Tabla 3. Cantidad Teórica de Lodos Generados según Caudal Tratado ... 29
Tabla 4. Volumen Total Teórico de Lodos Generados. ... 29
Tabla 5. Concentraciones maximas de contaminantes para la prueba TCLP ... 31
Tabla 6. Comparación Sistemas de Disminución del Agua ... 33
9 Tabla 8. Parametros y frecuencia con la que se analiza los parametros de calidad
de agua ... 50
Tabla 9. Características de los lodos ... 64
Tabla 10. BICACIÓN DEL PUNTO DE MUESTREO ... 65
Tabla 11. Dimensiones sedimentador ... 66
Tabla 12. resultados de laboratorio ... 67
Tabla 13. Determinacion de la concentración de lodos ... 71
Tabla 14. Descarga de lodos generados a la laguna cruz victoria. ... 73
Tabla 15. Área requerida según la fuente del lodo y el cubrimiento del lecho .. 76
Tabla 16. . Alternativas para El Uso o La Disposición de Lodos ... 77
ÍNDICE DE ANEXOS Anexo 1. Encuesta poblacion aledaña a la zona. ...92
Anexo 2. Encuesta trabajadores PTAP ...94
Anexo 3. Caracterización de residuos solidos ...96
Anexo 4. Parametros de diseño ...96
Anexo 5. Guía de transporte y disposición final...98
Anexo 6. Guía de manejo de lodos ... 100
10 RESUMEN
Actualmente la PTAP de Piendamo-Morales ubicada en la cabecera municipal de Piendamo no realiza el tratamiento de los lodos que se generan de su operación. Tampoco realiza disposición adecuada de los mismos y no cuenta con un estudio que le permita determinar el potencial de aprovechamiento de los lodos que genera y las alternativas de tratamiento propias a las condiciones específicas de su operación, por lo que actualmente se ve obligada a evacuar los lodos junto con el afluente que se genera en la laguna Cruz Victoria, los cuales son conducidos por medio de un canal que conecta con el sistema de la PTAP. Este trabajo de grado tuvo como objetivo seleccionar una alternativa de tratamiento y aprovechamiento de lodos, que mejor se ajustara a las condiciones específicas de la PTAP Piendamo-Morales.
Por medio de una caracterización de toxicidad y prueba de PCL se determinó el aprovechamiento de los lodos generados, como también se realizó visitas de campo a la PTAP, a la cuenca de cual se abastece el acueducto, a la comunidad cercana a La Laguna Cruz Victoria; la cual permitió analizar alternativas y formular una guía de implementación, de transporte y disposición final con actividades necesarias para lograr aprovechar los lodos generados e impactar negativamente el medio ambiente.
Se espera que el presente trabajo pueda ser aplicado en la PTAP convencional, considerando el factor económico de la ejecución y operación de dicho sistema, finalmente se destacan conclusiones y recomendaciones presentando una documentación anexa que tiene como finalidad mostrar las herramientas utilizadas para la ejecución del trabajo realizado e información general sobre el estudio de campo
11 ABSTRACT
Currently PTAP Piendamo-Morales located in the municipal seat of Piendamo does not perform the treatment of sludge generated from its operation. Neither does it make an adequate provision of the same and does not have a study that allows it to determine the potential for the use of the sludge it generates and the treatment alternatives specific to the specific conditions of its operation, for which it is currently obliged to evacuate the sludge along with the tributary that is generated in the Cruz Victoria lagoon, which are conducted through a channel that connects with the PTAP system. The objective of this graduate work was to select an alternative for the treatment and utilization of sludge, which would be better adjusted to the specific conditions of PTAP Piendamo-Morales.
Through a characterization of toxicity and PCL test, the use of generated sludge was determined, as well as field visits to the PTAP, to the basin from which the aqueduct is supplied, to the community near La Laguna Cruz Victoria ; which allowed to analyze alternatives and formulate a guide of implementation, transport and final disposal with necessary activities in order to take advantage of the generated sludge and negatively impact the environment.
It is expected that the present work can be applied in the conventional PTAP, considering the economic factor of the execution and operation of said system, finally conclusions and recommendations are highlighted presenting an annexed documentation that has as purpose to show the tools used for the execution of the work done and general information about the field study.
12 INTRODUCCIÓN
Las plantas de tratamiento de agua son un conjunto de sistemas y operaciones unitarias de tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es reducir la contaminación o las características no deseables de las aguas; el Departamento del Cauca cuenta con 81 acueductos [1] que en su mayoría no tienen un proceso de tratamiento de lodos. Hasta hace muy pocos años en las PTAP sólo se gestionaba la producción de agua potable, no prestando mucha atención a los lodos que se producían, tanto en los decantadores como en el lavado de los filtros.
El manejo de lodos en América Latina ha avanzado exponencialmente, países como Brasil y México fortalecieron sus normas, donde sus leyes y reglamentos son cada vez más estrictos. En Colombia existen leyes para el manejo y disposición de los lodos producto del tratamiento de agua cruda [2] además de normas que proponen parámetros para la disposición de estos [3] sin embargo los resultados no son los esperados, ya que estas pautas no son cumplidas como deben ser, solucionando el problema de la forma más fácil y frecuente como es el arrojar los desechos nuevamente a las cuencas. Aunque se cuenta con una reglamento ambiental exigente, el cual plantea el pago de un impuesto (tasa retributiva) por parte de las empresas que contaminan. Haciendo que las empresas realicen tratamientos adecuados a sus desechos para así evitar los altos costos que estos pueden ocasionar.
El presente trabajo tiene como objetivo diseñar una alternativa sostenible para la implementación de un sistema de manejo de los lodos generados en el proceso de potabilización del agua en el acueducto regional Piendamó – Morales, municipio de Piendamo en el departamento del Cauca. A través de una caracterización general de los lodos, donde se plantearon medidas de minimización, como también construir y socializar de una guía de manejo y disposición adecuada de lodos, siguiendo la alternativa definida del acueducto.
13 CAPÍTULO 1: PROBLEMA
1.1 Planteamiento del problema
Los lodos producidos por las PTAP son descargas que generalmente terminan en cauces naturales, la cual es problemática a tener en cuenta, ya que si bien estos residuos son principalmente inorgánicos, van formando “banco de fangos”, a la vez que aumentan la turbiedad y el color de las aguas receptoras[4].
Si bien los impactos ambientales y sociales generados por el manejo y disposición final de los lodos dependen de las características particulares de la zona geográfica, es importante tener un manejo adecuado de estos residuos [4]. En el barrio Los Andes de Piendamó, se ubica la planta de tratamiento de agua potable - PTAP del Acueducto Piendamo – Morales. Ésta, en su proceso de potabilización del agua, utiliza el sulfato de aluminio como floculante – coagulante y en la etapa de sedimentación se acumula en forma hidrolizada junto con los demás residuos sólidos atrapados (lodos). Estos lodos no cuentan con un adecuado manejo ni un sistema de tratamiento, no se mide el volumen generado y cada 21 días vierte directamente a la laguna Cruz Victoria, causando un impacto importante y visible a toda la biodiversidad alrededor.
El tipo de estructuras del acueducto Piendamó – Morales es convencional con una capacidad instalada de 70 Lps. Esta planta consta de una canaleta Parsahall (mezcla rápida), mezcla de coagulante, 2 floculadores, dos sedimentadores de alta tasa, 3 filtros con un tanque para lavado, desinfección, un tanque de almacenamiento y equipamiento de laboratorio para muestras inmediatas, para la prestación del servicio.
Uno de los aspectos más críticos en la operación de esta planta de tratamiento es el manejo de los lodos producidos en los procesos de sedimentación y filtración. Los lodos que se producen en los sedimentadores constituyen entre el 60 y el 70% de los sólidos totales y en los filtros entre el 30 y el 40%.
Los procesos que deben continuar para un adecuado manejo de estos residuos se dividen en la evacuación de los lodos, ya sea en forma periódica o continua, y la disposición final de los lodos para un post tratamiento de estos que sea
14 amigable con el medio ambiente. De acuerdo a lo anterior, el manejo integral de lodos producidos por acueductos, es una necesidad marcada de generar alternativas sostenibles al manejo de lodos.
15 JUSTIFICACIÓN
A nivel nacional las empresas prestadoras de servicios públicos están en la obligación de cumplir con la normatividad vigente emitida tanto por los entes nacionales y territoriales; a pesar de esto existen falencias en la administración de los recursos que nos sugiere la necesidad de establecer lineamientos claros para fortalecer la actual gestión de los residuos desde su generación en la fuente hasta su disposición final [5]. En el caso de los lodos provenientes de plantas de tratamiento de agua potable, es muy común observar acciones de disposición inadecuada debido a la falta de planificación y control. Los lodos son depositados generalmente en cuerpos de agua, alterando con ello sus características y afectando su riqueza natural [6].
La planta de tratamiento de agua potable Piendamo Morales descarga los lodos residuales en la Laguna Cruz Victoria, si bien una práctica muy corriente es reciclar o recuperar el agua procedente del lavado de filtros enviándola a cabecera de tratamiento, o bien evacuar hacia el desagüe general y de aquí a las corrientes naturales de aguas más cercanas [7], estas acciones afectan a la comunidad cercana, flora y fauna endémica del área de descarga. El principal objetivo de este trabajo de grado es diseñar una alternativa sostenible para aprovechamiento, tratamiento y/o disposición final, ya que se han encontrado alternativas a bajo costo y con un funcionamiento óptimo en otras regiones de Colombia y el mundo
16 OBJETIVOS
Objetivo General
Diseñar una alternativa sostenible para la implementación de un sistema de manejo de los lodos generados en el proceso de potabilización del agua en el acueducto regional Piendamó – Morales.
Objetivos Específicos
Caracterizar la generación de lodos residuales de la Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP).
Plantear medidas de minimización y manejo de lodos, de acuerdo con las características de los mismos y las condiciones locales.
Construir y socializar de una guía de manejo y disposición adecuada de lodos, siguiendo la alternativa definida para el caso del acueducto Piendamó – Morales
17 CAPÍTULO 2: REFERENTES CONCEPTUALES
2.1 Antecedentes
La sub - producción de lodos es uno de los principales impactos al ambiente y la salud. La generación, por parte de las plantas de tratamiento se ha convertido en tema de preocupación por su creciente volumen en los últimos años, el deterioro a los cuerpos de agua y el paisaje natural es uno de los muchos problemas que genera el inadecuado manejo de los lodos [8].
En 2001, en Uganda un grupo de expertos japoneses estudió el efecto de la descarga del lodo obtenido de un coagulante de aluminio en el lago Victoria y encontraron anormalidades en las raíces de algunas plantas y deficiencia de fósforo. Esto último se atribuyó a la presencia de aluminio, que impide la correcta asimilación de fósforo por las raíces de la planta [9].
En cuanto a América Latina, México es uno de los países latinoamericanos que más ha estudiado los problemas del no tratamiento de los lodos en la potabilización del agua, demostrando con hechos la importancia del tema y brindando las pautas para que el resto de países de la zona inicien con las respectivas medidas para la mitigación de los posibles impactos de la acumulación de los lodos por la falta de tratamientos dentro de las cuales se destaca el hecho que los recursos para la operación de sistemas de tratamiento de lodos en las plantas potabilizadoras de América Latina son escasos, punto que es de vital importancia a tenerse en cuenta al proponer alternativas para aplicarlas en la región[10].
Con respecto al impacto ambiental de los residuos sólidos en el recurso agua, la mayoría de las corporaciones autónomas regionales afirman que los mismos se vierten en altas proporciones en los cuerpos de agua y que, en muchos casos, el agua es utilizada para consumo humano. La CVC menciona que 3% de las basuras son vertidas al río Cauca y 20% a la bahía de Buenaventura; CORPOMAG, que 100% de los municipios por los que pasa el río Magdalena
18 disponen sus residuos sólidos en sus riberas; la CRC, que la mayoría de los municipios del departamento del Cauca vierten sus residuos al río Cauca [9] En Colombia el problema tiende a ser especialmente grave por la falta de verticalidad al momento de hacer cumplir la normatividad y la falta de instalaciones y tecnología para el manejo de estos residuos [11], lo que genera el aumento en la contaminación de fuentes hídricas, como también la contaminación de suelos, afectando a las personas que se encuentran en estas áreas donde se arrojó el residuo.
La información publicada en torno a experiencias de reutilización y tratamiento de los lodos provenientes de PTAP es escasa en Colombia, [12] en el municipio de Caldas (Antioquia) se cuenta con una planta piloto para el tratamiento de lodos donde se espesan por medio de polímeros hasta su secado para su posterior disposición. Así mismo, han sido pocas las publicaciones para la reutilización y tratamiento de lodos provenientes de PTAP [11]. Entre los métodos más utilizados para el tratamiento de los lodos generados en los sistemas convencionales de potabilización de agua se encuentra la sedimentación con la adición de polímeros coagulantes y floculantes [13]. Para determinar la peligrosidad y clasificar los residuos generados en el Sedimentador de la PTAP del Acueducto Piendamó Morales, se lleva a cabo la caracterización y realización de pruebas analíticas en el laboratorio según el Decreto 1076 de 2015, del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. De acuerdo con la EPA, la caracterización de los residuos se debe realizar con base en los análisis de la prueba denominada CRETIB – Corrosividad, Reactividad, Explosividad, Inflamabilidad, Toxicidad (TCLP) del residuo, la cual permite determinar el tipo de residuo al que corresponde y clasificarlo como peligroso o no peligroso.
Para mayor claridad en los resultados a continuación se dan las siguientes definiciones de acuerdo al Decreto 1076 de 2015.
19 2.2 Bases teóricas
2.2.1. Características de un residuo peligroso por acción química
Característica que hace que un residuo o desecho por acción química, pueda causar daños graves en los tejidos vivos que estén en contacto o en caso de fuga puede dañar gravemente otros materiales, y posee cualquiera de las siguientes propiedades:
Ser acuoso y presentar un pH menor o igual a 2 o mayor o igual 12.5 unidades.
Ser líquido y corroer el acero a una tasa mayor de 6.35 mm por año a una temperatura de ensayo de 55º C.
2.2.2. Características de un residuo peligroso por ser reactivo:
Es aquella característica que presenta un residuo o desecho cuando al mezclarse o ponerse en contacto con otros elementos, compuestos, sustancias o residuos tiene cualquiera de las siguientes propiedades:
Generar gases, vapores y humos tóxicos en cantidades suficientes para provocar daños a la salud humana o al ambiente cuando se mezcla con agua.
Poseer, entre sus componentes, sustancias tales como cianuros, sulfuros, peróxidos orgánicos que, por reacción, liberen gases, vapores o humos tóxicos en cantidades suficientes para poner en riesgo la salud humana o el ambiente.
Ser capaz de producir una reacción explosiva o detonante bajo la acción de un fuerte estímulo inicial o de calor en ambientes confinados. Aquel que produce una reacción endotérmica o exotérmica al ponerse
en contacto con el aire, el agua o cualquier otro elemento o sustancia. Provocar o favorecer la combustión.
2.2.3. Composición de un residuo peligroso explosivo:
Se considera que un residuo (o mezcla de residuos) es explosivo cuando en estado sólido o líquido de manera espontánea, por reacción química, puede desprender gases a una temperatura, presión y velocidad tales que puedan
20 ocasionar daño a la salud humana y/o al ambiente, y además presenta cualquiera de las siguientes propiedades:
Formar mezclas potencialmente explosivas con el agua.
Ser capaz de producir fácilmente una reacción o descomposición detonante o explosiva a temperatura de 25º C y presión de 1.0 atmósfera.
Ser una sustancia fabricada con el fin de producir una explosión o efecto pirotécnico.
2.2.4. Propiedad de un residuo inflamable:
Característica que presenta un residuo o desecho cuando en presencia de una fuente de ignición, puede arder bajo ciertas condiciones de presión y temperatura, o presentar cualquiera de las siguientes propiedades:
Ser un gas que a una temperatura de 20ºC y 1.0 atmósfera de presión arde en una mezcla igual o menor al 13% del volumen del aire.
Ser un líquido cuyo punto de inflamación es inferior a 60ºC de temperatura, con excepción de las soluciones acuosas con menos de 24% de alcohol en volumen.
Ser un sólido con la capacidad bajo condiciones de temperatura de 25ºC y presión de 1.0 atmósfera, de producir fuego por fricción, absorción de humedad o alteraciones químicas espontáneas y quema vigorosa y persistentemente dificultando la extinción del fuego.
Ser un oxidante que puede liberar oxígeno y, como resultado, estimular la combustión y aumentar la intensidad del fuego en otro material.
2.2.5. Cualidad de un desecho peligroso tóxico:
Se considera residuo o desecho tóxico aquel que en virtud de su capacidad de provocar efectos biológicos indeseables o adversos puede causar daño a la salud humana y/o al ambiente. Para este efecto se consideran tóxicos los residuos o desechos que se clasifican de acuerdo con los criterios de toxicidad (efectos agudos, retardados o crónicos y ecotóxicos) definidos a continuación y
21 para los cuales, según sea necesario, las autoridades competentes establecerán los límites de control correspondiente:
Dosis letal media oral (DL50) para ratas menor o igual a 200 mg/kg para sólidos y menor o igual a 500 mg/kg para líquidos, de peso corporal. Dosis letal media dérmica (DL50) para ratas menor o igual de 1000
mg/kg de peso corporal.
Concentración letal media inhalatoria (CL50) para ratas menor o igual a 10 mg/l.
Alto potencial de irritación ocular, respiratoria y cutánea, capacidad corrosiva sobre tejidos vivos.
Susceptibilidad de bioacumulación y biomagnificación en los seres vivos y en las cadenas tróficas.
Carcinogenicidad, mutagenecidad y teratogenecidad.
Neurotoxicidad, inmunotoxicidad u otros efectos retardados.
Toxicidad para organismos superiores y microorganismos terrestres y acuáticos.
Otros que las autoridades competentes definan como criterios de riesgo de toxicidad humana o para el ambiente.
2.3. Prueba TCLP
Además se considera residuo o desecho Tóxico aquel que, al realizársele una prueba de lixiviación para característica de Toxicidad (Conocida como prueba TCLP), contiene uno o más de las sustancias, elementos o compuestos que se presentan en concentraciones superiores a los niveles máximos permisibles en el lixiviado para cada contaminante establecidos en la tabla 1.
22 TABLA 1. CONCENTRACIONES MAXIMAS DE CONTAMINANTES PARA LA PRUEBA TCLP
PARÁMETRO Unidades DTO. 4741/05
Arsénico mg /L 5.0 Bario mg /L 100 Cadmio mg /L 1.0 Cromo mg /L 5.0 Plomo mg /L 5.0 Mercurio mg /L 0.20 Selenio mg /L 1.0 Plata mg /L 5.0 Fuente: decreto 474 de 2005
Adicionalmente se evalúa toxicidad del residuo hacia el medio ambiente, específicamente la toxicidad acuática, mediante el análisis de toxicidad aguda para Daphnia. Para considerar eco toxico un residuo la muestra objeto de análisis debe tener un porcentaje de inmovilización ≥ 50% en la prueba de eco toxicidad con Daphnia.
2.4. Bases legales
Tabla 2. BASES LEGALES
NORMATIVIDAD DESCRIPCION
Ley 99 de 1993.
Reordenó el sector público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, creó el Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible, el Sistema Nacional Ambiental – SINA, y el Consejo Nacional Ambiental. Así mismo establece que en temas relacionados con salud, el MAVDT realizará la consulta respectiva al MPS.
Decreto 2811 de 1974.
“Código Nacional de los Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente” – CNRN, constituye una de las fuentes principales de la política ambiental del país. Este Decreto-Ley fue expedido y se estableció como un conjunto de normas coherentes, cohesionadas y armónicas que persiguen un fin común, como es la preservación y manejo sostenible de los recursos naturales renovables del país.[14]
23
NORMATIVIDAD DESCRIPCION
Decreto 1575 de 2007.
Por el cual se establece el “Sistema para la Protección y Control de la Calidad de Agua para consumo Humano, así mismo mediante Decreto 1323 de 2007 por medio del cual se crea el Sistema de Información de Recurso Hídrico – SIRH,
Decreto 3930 de 2010.
Por el cual se reglamenta parcialmente en cuanto a usos del agua y residuos líquidos y se dictan otras disposiciones.
Decreto 1287 de 2014.
Por el cual se establecen criterios para el uso de los biosólidos generados en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales Decreto 1076 de 2015
Por medio del cual se expide el decreto único reglamentario del sector ambiente y desarrollo sostenible.
Resolución 1096 de 2000 Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico –RAS 2000 [2].
Artículo 13º Ley 9 de 1979
Cuando por almacenamiento de materias primas o procesadas existe la posibilidad de que éstas alcancen los sistemas de alcantarillado o las aguas, las personas responsables del establecimiento deberán tomar las medidas específicas necesarias para el cumplimiento de la presente Ley y sus reglamentaciones. [14]
CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA
El desarrollo de este trabajo de grado “DISEÑO DE UNA ALTERNATIVA PARA EL ADECUADO MANEJO DE LOS LODOS GENERADOS POR LA PLANTA DE TRATAMIENTO DEL ACUEDUCTO PIENDAMÓ – MORALES, MUNICIPIO DE PIENDAMÓ”; inicia con la recopilación de información (pre-fase) diseñada como punto de partida para establecer contacto con la PTAP, con el fin de levantar una línea base sobre los temas que requieren mayor atención en cuanto al manejo y operación de la PTAP y establecer el tema objeto del presente trabajo de grado. Se realizaron visitas de campo con el propósito de caracterizar la generación de lodos de la PTAP teniendo en cuenta que es necesario saber el estado actual de
24 la planta y los procesos. Se realizó una descripción de los tratamientos utilizados en la PTAP; como también una breve descripción de la laguna “La Victoria” asumiendo como referencia la apreciación de los habitantes de la zona. A partir de esta fase de diseñó una alternativa para el manejo de lodos, en la que se formulan medidas de optimización, de tratamiento, transporte y disposición final de los lodos; para finalizar se elabora y se socializa una alternativa para el tratamiento de lodos.
Uno de los aspectos más críticos en la operación de las plantas de potabilización es el manejo de los lodos producidos en los procesos de sedimentación y filtración, según sean provenientes de coagulación con sulfato de aluminio, o de compuestos férricos, para remoción de color o turbiedad, ya que, tanto sus características fisicoquímicas como sus volúmenes son distintos en cada caso [15], porque pueden también cambiar, anual, estacional o diariamente, dependiendo de las condiciones climáticas de la cuenca de donde es captada el agua para el tratamiento de potabilización.
Los lodos que se producen en los sedimentadores constituyen entre el 60% y el 70% de los sólidos totales y en los filtros entre el 30% y el 40%. Sin embargo, en las plantas que remueven hierro y manganeso los filtros retienen la mayoría de los lodos: 50% al 90%. Los polielectrolitos tienden a reducir los volúmenes de estos lodos. [16] Los volúmenes pueden estimarse así: los sedimentadores producen entre el 2% y el 4% del caudal que se procesa y los filtros entre el 1% y el 2%. En total, el flujo de lodos de una planta no debe ser mayor en promedio del 5%, pero hay casos en que es mayor. Los volúmenes pueden estimarse así: los sedimentadores producen entre el 2% y el 4% del caudal que se procesa y los filtros entre el 1% y el 2%. En total, el flujo de lodos de una planta no debe ser mayor en promedio del 5%, pero hay casos en que es mayor. [17].
Primera fase: Caracterización de la generación de lodos de la PTAP Actividad 1: Descripción del estado actual de la planta y sus procesos. La cual incluye la apreciación de la comunidad frente al manejo que se está dando en planta.
25 El acueducto Piendamo – Morales comparte espacio con la empresa EMPIENDAMO, estos acueductos tratan la misma agua pero en diferentes estructuras, cada uno maneja sus procesos. E l método utilizado para lograr describir el estado de la planta, consistió en una descripción visual, apoyado de registro fotográfico, lista de chequeos, donde se Inició una inspección en la bocatoma la cual capta el agua del rio Piendamo, luego se visitó la etapa de coagulación, la etapa de dosificación, posteriormente los floculadores, después los sedimentadores, luego se describió la zona de filtración que está comprendida por filtros, por último se describe el área de cloración y el tanque de almacenamiento,. En la Figura 1 se muestran las etapas involucradas en el tratamiento de los lodos en las plantas de tratamiento de agua potable.
FIGURA 1. ETAPAS INVOLUCRADAS EN EL TRATAMIENTO DE LOS LODOS
Fuente: ESCOBAR RIVERA, Juan Carlos. Gestión Integral del Manejo de Lodos de Plantas de Tratamiento de Agua Potable. ACODAL. 2004
Actividad 1.1 Visita a la laguna “Cruz victoria” (donde son depositados los lodos residuales del tratamiento de potabilización).
Las actuales condiciones socio-ambientales obligan a plantear acciones que mejoren los sistemas de aprovechamiento y que mitiguen sus impactos sobre el medio que las rodea, en especial los cuerpos de agua. Gracias a investigaciones de proyectos se ha logrado evidenciar que al verter estos sólidos de forma
26 indiscriminada en las fuentes de agua, se tienden a formar depósitos de sedimentos, alterando de manera significativa los cauces, haciendo que disminuya la actividad fotosintética de las plantas acuáticas, aumentando la turbiedad, variando el color de las aguas receptoras y en general ocasionando impactos ambientales de consideración. Por esta razón se visitó la laguna “Cruz Victoria” la cual en este momento se encuentra como propiedad privada, el propietario manifiesta que a raíz de la descarga de lodos provenientes de la PTAP la gente dejo de frecuentar el lugar.
Actividad 1.2 Diagnóstico de la calidad del agua potable y la regularidad con que analizan los parámetros del agua cruda.
Con la idea de conocer la calidad del agua en la PTAP se realizó un diagnóstico de las condiciones en la que se encuentra el punto de abastecimiento, lugar de captación, entrada y a la salida de la planta; para determinar si cumplen con las condiciones y características que permite ser consumida por la población humana sin producir efectos adversos a la salud. Estas características se encuentran reguladas en al decreto 1575 de 2007.
Para garantizar que el agua cumpla con las condiciones para consumo humano, la PTAP cuenta con un laboratorio interno en la cual realizan las pruebas y miden los parámetros establecidos, En la tabla 2 se relacionan los parámetros de mayor relevancia y control en el monitoreo de la calidad de agua, según la resolución 2115 de 2007:
TABLA 3. PARAMETROS DE CALIDAD DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Resolución 215 de 2007
Características Físicas Valor Máximo Aceptable
Color aparenté 15
Olor y Sabor Aceptable
Turbiedad 2
Características Químicas Valor Máximo Aceptable
Cloro residual 0.3 a 2.0
pH 6.5 a 9.0
Carbono Orgánico Total 5.0
Nitritos 0.1
Nitratos 10
Alcalinidad Total 200
27 Aluminio 0.2 Dureza Total 300 Hierro Total 0.3 Manganeso 0.1 Sulfatos 250
Coliformes totales 0 UFC/100 cm3 Coliformes fecales 0 UFC/100 cm3
Mercurio 0,001
Cianuro libre y disociable 0,05
Características microbiológicas
Valor Máximo Aceptable
Coliformes Totales 0
Escherichia coli 0
Mesófilos < 100
Fuente: RAS 2000
De acuerdo a la resolución 2115 del 2007, tanto la frecuencia como el número de muestras dependen de la población atendida, la PTAP analiza los parámetros dependiendo de la época si es invierno o verano, ya que en épocas de lluvias se presenta mayor turbiedad en el agua, por ende aumenta el número de frecuencia para medir los parámetros.
Actividad 1.3 Caudal captado por la planta y caudal tratado diario. La medición del caudal en una planta de tratamiento es fundamental para el desarrollo de las siguientes etapas, aunque existen modernos y nuevos sistemas tecnológicos para medir el flujo; La PTAP Piendamo – Morales opta la canaleta Parshall para determinar cuál es la cantidad de agua que llega a la planta.
FIGURA 2. CANALETA PARSHALL
28 Esta canaleta se encuentra construida en cemento, con paredes revestidas. Una de las principales funciones es la dosificación de Sulfato de Aluminio, este coagulante es usado en los demás procesos de la planta (coagulación-floculación-sedimentación y filtración). En una de las paredes de la canaleta parshall se encuentra la regleta con la que miden el flujo continuo de agua, esa medición se hace todos los días cada dos horas, dependiendo del tiempo de lluvia o la temporada de verano.
Actividad 1.4 Tipo y dimensión de las estructuras con que cuenta la planta.
Para entender el proceso y el modo de operar de la planta de tratamiento de agua potable de Piendamó – Morales se realizó un chequeo del tipo y de las dimensiones estructurales con la que cuenta la planta, ya que algunos municipios ejercen este servicio sin contar con la infraestructura necesaria; teniendo en cuenta el apoyo de los operarios de la PTAP fue posible conocer todo el proceso. El acueducto se encuentra ubicada en el casco urbano del municipio de Piendamó vía al municipio de Silvia Cauca. Tiene estructuras de tipo convencional con una capacidad instalada de 70 Lps para abastecer unos 8700 usuarios, consta de una Canaleta Parsahall (Mezcla rápida), mezcla de coagulante, 2 Floculadores, dos sedimentadores de alta tasa, 3 filtros con un tanque para lavado, desinfección, un tanque de almacenamiento y equipamiento de laboratorio para muestras inmediatas, para la prestación del servicio. En el desarrollo de este trabajo de grado, la PTAP no se tenían presentes los planos de cada una de las estructuras, por lo que fue necesario tomar las dimensiones, datos y plasmarlas con ayuda de la herramienta AutoCAD.
Actividad 1.5 Encuesta a la comunidad aledaña a la planta y al personal.
Con el fin de tener una percepción de la comunidad aledaña a la planta de tratamiento y cercana a la laguna “Cruz victoria” se realizó una encuesta (anexo 1), la cual busco tener un punto de vista de las personas que viven cerca de la zona donde desechan los residuos, teniendo en cuenta que son uno de los
29 principales afectados por esta actividad, además de conocer como ha sido el proceso de cambio de muchos años atrás con el estado actual de la laguna. Como también se realizó una encuesta a los operarios de la PTAP, con el objetivo de medir el conocimiento del manejo de lodos y de la construcción de una alternativa para el manejo de estos (anexo 2).
Actividad 2. Caracterización.
Teniendo en cuenta la línea base de este trabajo de grado sobre el origen de los lodos dentro del proceso de potabilización, se conoce de manera general las etapas sobresalientes de la PTAP que generan los lodos residuales.
Según Romero Rojas [17] durante el tratamiento de potabilización del agua se puede decir que:
El Proceso de sedimentación produce entre el 2% y el 4% de lodos de la cantidad de caudal que procesa;
Los lodos de lavado de filtros, entre el 1% y el 2% del caudal procesado; y Que el total, del flujo de lodos no debe ser mayor en promedio al 5%
TABLA 4. CANTIDAD TEÓRICA DE LODOS GENERADOS SEGÚN CAUDAL TRATADO
Caudal de agua tratada Volumen Teórico de los lodos producidos
l/s m3/d Sedimentadores (4%) Lavado de filtros (2%)
57 4,942 198 99 80 6,912 277 138 86 7,430 297 149 90 7,776 310 155 96 8,294 332 166 98 8,467 338 169
Fuente: PROPUESTA METODOLÓGICA PARA TRATAMIENTO DE LODOS PROVENIENTES DE PLANTAS DE POTABILIZACIÓN EN LA SABANA DE BOGOTÁ (ESTUDIO DE CASO MADRID, CUNDINAMARCA)
TABLA 5. VOLUMEN TOTAL TEÓRICO DE LODOS GENERADOS.
Q Agua tratada (m3/d) Volumen de lodos (m3/d) Proporción (%) Proporción teórica de caudal tratado (5%) 4,942 297 6 247 6,912 415 6 346 7,430 446 6 372 7,776 465 6 389 8,294 498 6 415 8,467 507 6 423
Fuente: PROPUESTA METODOLÓGICA PARA TRATAMIENTO DE LODOS PROVENIENTES DE PLANTAS DE POTABILIZACIÓN EN LA SABANA DE BOGOTÁ (ESTUDIO DE CASO MADRID, CUNDINAMARCA)
30 Las características de los lodos varían generalmente con la calidad del agua cruda tratada, origen, tecnología de tratamiento, tipo y cantidad de elementos químicos empleados, de forma tal que es difícil establecer una composición definitiva para estos; razón por la cual una caracterización de acuerdo con la naturaleza fisicoquímica y microbiológica se hace de suma importancia con el fin de poder establecer los métodos y equipos más apropiados para su tratamiento. Para realizar la caracterización de lodos, se seleccionó un tipo de muestreo entorno al estudio. De acuerdo con la EPA, la caracterización de los residuos se debe realizar con base en los análisis de la prueba denominada CRETIB – Corrosividad, Reactividad, Explosividad, Inflamabilidad, Toxicidad (TCLP) del residuo, la cual permite determinar el tipo de residuo al que corresponde y clasificarlo como peligroso o no peligroso.
Actividad 2.1 Determinación de los parámetros y el laboratorio certificado para el análisis de la peligrosidad o del potencial de aprovechamiento de los lodos.
La selección de los parámetros a medir para el análisis de peligrosidad se delimito según el Decreto 1076 de 2015 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible; el laboratorio certificado que realizó el análisis de la peligrosidad o del potencial de aprovechamiento de los lodos fue “ANALISIS AMBIENTAL. INGENIERIA Y LABORATORIO” NIT: 890.329.571-7 en concordancia con el gerente del acueducto. Además se considera residuo o desecho Tóxico aquel que, al realizársele una prueba de lixiviación para característica de Toxicidad (Conocida como prueba TCLP), contiene uno o más de las sustancias, elementos o compuestos que se presentan en concentraciones superiores a los niveles máximos permisibles en el lixiviado para cada contaminante establecidos en la tabla 6.
31 TABLA 6. CONCENTRACIONES MAXIMAS DE CONTAMINANTES PARA LA PRUEBA TCLP
PARÁMETRO Unidades DTO. 4741/05
Arsénico mg /L 5.0 Bario mg /L 100 Cadmio mg /L 1.0 Cromo mg /L 5.0 Plomo mg /L 5.0 Mercurio mg /L 0.20 Selenio mg /L 1.0 Plata mg /L 5.0
Fuente: DECRETO NÚMERO 4741
Adicionalmente se evalúa toxicidad del residuo hacia el medio ambiente, específicamente la toxicidad acuática, mediante el análisis de toxicidad aguda para Daphnia. Para considerar eco toxico un residuo la muestra objeto de análisis debe tener un porcentaje de inmovilización ≥ 50% en la prueba de eco toxicidad con Daphnia
Actividad 2.2. Determinación de la concentración
Para determinar la concentración de lodos, se tuvieron en cuenta dos momentos. Primero se determinó el porcentaje de concentración masa – volumen (% m/v), para lograr este proceso se tomó una muestra de lodos disueltos en agua con el fin de medir la cantidad de lodos que hay por cada mililitro de agua. Para este proceso se llenó una probeta con un litro de agua con lodos y se dejó sedimentar durante cinco días, luego que la muestra estaba sedimentada se extrajo el agua sin alterar el sedimento, después esta muestra se puso en un vaso con un medio filtrante y se dejó secar durante 6 días; para terminar se pesó la muestra de lodos secos.
El segundo procedimiento se llevó a cabo bajos los lineamentos (RAS 2000), se definió los parámetros y se realizó el análisis de peligrosidad. El día 20 de noviembre inicio este proceso y cada cuatro días se tomaron muestras hasta completar el día 20, el día 21 se tomó otra muestra ya que es el día que se realiza la limpieza. En total se tomaron 6 muestras en diferentes probetas.
32 Actividad 2.3 Determinación del volumen de lodos generados por la PTAP.
Uno de los aspectos más importantes en la operación de plantas de tratamiento, es el manejo de los lodos producidos en los procesos de sedimentación y filtración; después de realizar los estudios previos, analizar las características requeridas en cada proceso junto con los parámetros de diseño y el control que estos procesos tienen, los lodos que se producen en los sedimentadores constituyen entre el 60 y 70% de los sólidos totales y en los filtros entre el 30 y el 40%.
Con el objetivo de medir el volumen de lodos se tomó la profundidad de la cama de lodos en el sedimentador, cada 4 días hasta el día 20 y otra medida el día 21 usando una manguera transparente atada a una vara de madera. Esta vara se sumergió en el sedimentador y se tapó en el orificio de arriba de la manguera, antes de sacarla del agua se tapó el otro orificio y luego se midió la altura de lodos.
SEGUNDA FASE: DISEÑO DE UNA ALTERNATIVA PARA EL MANEJO DE LODOS.
Actividad 1. Formulación de medidas de optimización de los procesos para la minimización de la generación de lodos:
Para formular medidas de tratamiento de lodos la optimización está inmersa en esta actividad, porque no se puede generar un buen tratamiento sin generar una buena optimización en la generación de lodos. Ahora bien, para minimizar las los procesos de generación de lodos, se deben tomar medidas que lleven a la optimización del tratamiento de los lodos generados; esto ofrece alternativas a la hora de utilizar o disponer los lodos producto de los sistemas de potabilización. La selección de uno o más procesos está influenciada por la necesidad de cumplir con la reglamentación ambiental y la necesidad de contribuir a la preservación del medio ambiente a un bajo costo. La selección del proceso de tratamiento, uso y disposición de los lodos es una tarea que posee un grado de
33 complejidad, debido a que las condiciones pueden cambiar dependiendo la instalación, al punto que pueden variar dentro de la misma instalación.
Según Arundel [18], los factores que deben estar incluidos en las decisiones de los procesos de tratamiento de lodos comprende:
Calidad del lodo;
Adecuación a las condiciones existentes del proceso de potabilización; Flexibilidad del proceso;
Capacidad de la instalación;
Costos (mantenimiento, operación y construcción); Compatibilidad ambiental; y
Calidad del material procesado.
Debido al alto contenido de humedad del lodo se deben realizar procesos de deshidratación, en la siguiente tabla Hernández compara algunas características de los sistemas de deshidratación para orientar la selección de la alternativa.
TABLA 7. COMPARACIÓN SISTEMAS DE DISMINUCIÓN DEL AGUA Procedimiento Base Teórica Procesos
unitarios Contenido final de agua % Grado de eliminación Deshidratación Gravedad (campos gravitatorios naturales) y fuerzas térmicas (evaporación) Lechos de secado 70 – 60 Medio 50 – 30 Fácil 85 – 75 Difícil Lagunas de fangos < 50 Medio permanencia muy larga 50 Fácil 85 – 80 Difícil Procedimientos estáticos Filtro banda 65 – 60 Medio 60 – 50 Fácil 85 – 80 Difícil Generación de sobrepresión o depresión Filtración de vacío 80 – 70 Medio Procedimientos dinámicos: campos gravitatorio artificiales Centrifugas 80 – 70 Medio 70 – 50 Fácil 85 – 80 Difícil
34
Fuerzas térmicas
Eras de
secado 20 – 30
Fácil pero solo en zonas cálidas y árida Espesado Gravedad Espesado continuo o discontinuo 90 – 85 Medio 75 Fácil 99 – 97 Difícil
Fuente: HERNÁNDEZ MUÑOZ Aurelio. Depuración de Aguas Pág. 888
Actividad 2. Formular las medidas de tratamiento de lodos generados en la PTAP del acueducto Piendamó – Morales.
La constitución nacional del 91 en la ley 99 de 1993 impulsa una relación de respeto y armonía del hombre con la naturaleza y de definir, en los términos de la presente ley, las políticas y regulaciones a las que se sujetarán la recuperación, conservación, protección, ordenamiento, manejo, uso y aprovechamiento de los recursos naturales renovables y el medio ambiente de la nación a fin de asegurar el desarrollo sostenible.
Teniendo en cuenta que el aprovechamiento del residuo es el factor que evalúa el grado de utilización del residuo para obtener el producto, lo que se traduce en el rendimiento del proceso en cada aplicación. La siguiente matriz nos permite analizar comparar cualitativamente las alternativas de manejo, ya que dependiendo de los costos y presupuesto de la PTAP de Morales-Piendamo se evaluó tomar la alternativa más acorde a las comodidades.
35 TABLA 8. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE LODOS DE PTAP
PROCESO VENTAJAS DESVENTAJAS APLICABILIDAD
Espesamiento
•Reduce el tamaño de material a ser dispuesto lo que permite obtener un lodo con mayor consistencia;
•Produce un lodo más concentrado, ayudando a ecualizar el lodo para su posterior deshidratación y facilitar el proceso de deshidratación, dependiendo la disposición, puede facilitar el transporte para la aplicación en el terreno; y
• Se usan no solo para incrementar la concentración del lodo, sino que también mejora la calidad del agua clarificada en el efluente del tanque espesador, permitiendo la descarga de esta a una fuente receptora, previo cumplimiento de las normas o su recirculación al inicio del tratamiento.
•Deben adicionarse polímeros para incrementar el tamaño de la partícula, reducir los sólidos en el agua de lavado retenida y condicionar los hidróxidos de aluminio y hierro de tal forma que se aumente la velocidad de sedimentación; •No es recomendada para plantas pequeñas debido a que no es costo eficiente;
•Debe controlarse el tiempo para obtener un grado determinado de espesamiento, debido a que el uso de polímeros tiene un efecto mínimo sobre el grado de compresión de los lodos; y
•Deben controlarse las altas concentraciones de hidróxido de magnesio debido a que este reduce el secado en los lodos, lo que genera disminución de la densidad del lodo de secado.
Media Debido a que se necesitan insumos adicionales para la PTAP (polímeros) y de un operario adicional que controle la dosificación y uso de dichos insumos para el espesamiento. Filtración a vacío o presión
•Es efectiva para el secado de lodos provenientes del ablandamiento del agua; • Logra secar los lodos provenientes de los procesos de coagulación – floculación; •Puede usarse cuando las características del lodo son difíciles de manejar ya que puede mantener los sólidos bajo presión por extensos periodos de tiempo lo que permite regular los tiempos con el fin de obtener una consistencia deseada;
• Logra producir una torta del lodo dentro de un rango de concentración de sólidos del 15% al 25%, como mínimo; y
Siendo un sistema que basa su trabajo en la presión, preocupa el hecho que la máxima presión diferencial que puede aplicarse, es la teórica, 14.7 psi (103 Kpa) y lastimosamente en la práctica solo alcanza una presión diferencial de aproximadamente 10 psi (70 Kpa);
•Se debe controlar la concentración del hidróxido de magnesio, proveniente de los lodos de ablandamiento;
•Se debe mantener un control sobre el lienzo del filtro debido a que está sometido a una presión;
Media
Aunque se debe
realizar un
acondicionamiento previo del lodo, es
un método altamente eficiente y altamente aplicable a los lodos producto de procesos de ablandamiento.
36
• Se puede operar a altas presiones con el fin de producir una mayor concentración de sólidos, lo que produce una torta de entre 30% al 45% de concentración, que es una de las concentraciones más altas de lodos que se puede generar entre los equipos de deshidratación mecánica.
•Se debe realizar un acondicionamiento previo del material a tratar; y
• El operador debe estar capacitado, ya que debe manejar variables que afectan el funcionamiento tales como el tipo de lodo, tensión, velocidad, entre otros.
Centrifugación
•El espesamiento de lodos de aluminio produce una concentración de sólidos del 11% después de un ciclo de 40 minutos; •Pueden concentrarse los residuos del retrolavado del filtro produciendo un 6% de sólidos en 20 minutos sin polímero y un 10 % de sólidos en 80 minutos con polímero; y • Las recuperaciones alcanzadas deben acercarse al 90% sin polímeros y al 99% con 0.5 a 1.0 kg de polímeros por tonelada de residuos sólidos.
•Es un sistema que trabaja a baja presión; •Debe realizarse un control sobre los porcentajes de remoción de magnesio y los tiempos para llevarse a cabo;
•El uso de centrifugas en plantas potabilizadoras ha sido limitado, en particular, al secado de lodos químicos del proceso de ablandamiento. Su uso con lodos de alúmina ha resultado en concentraciones de 17 a 18%, lo cual es inferior al 20% requerido para poder transportar lodos por medios mecánicos; y •Alto consumo de energía.
Baja
Debido a que no es muy recomendado en los sistemas que realizan
ablandamiento y a que se requiere de personal extra para su operación.
Ecualizador
•Permite que el tratamiento de lodos sea un proceso continuo, recibiendo todos los desagües de la planta en un mismo punto; •Razón por la cual mantiene no solo cargas sino también flujos constantes; •Permite retornar el agua clarificada al proceso, permitiendo una reutilización de la misma; y •Reduce el impacto por la alteración hidráulica.
•Debido a que su función es la de almacenar los desagües de la planta, puede generar problemas con vectores; y
•Aunque es un sistema económico se necesita espacio para su construcción y operación. Media Debido a los problemas de impacto por vectores Lechos de secado
•Debe adaptarse con arena de bajo drenado, grava y tuberías perforadas. Pueden trabajar por gravedad o al vacío; •Varios lechos secadores de arena son utilizados en un mismo lugar, lo que ofrece algunas ventajas
•El uso de la camas de secado está limitada por el clima pero los rangos pueden variar de 1 a 20 por año, esta tasas de utilización puede incrementarse con el uso de polímeros; Alta Se adapta a las condiciones actuales de operación del
37
desde un punto de vista de operación de mantenimiento; y
•Capacidad de rotar el uso de los lechos, de forma que cuando un lecho de secado este cargado y los residuos comiencen a secarse, otro lecho este limpio y listo para una nueva aplicación de residuos.
•El almacenamiento de los lodos debe programarse para periodos en los cuales se faciliten las condiciones climáticas para el secado, dado que si estas no son favorables pueden afectar una efectiva operación de secado;
•El número de veces que las camas pueden ser usadas depende del tiempo de secado y el tiempo requerido para remover los sólidos y preparar las camas para su siguiente aplicación; y
•El diseño y construcción es muy específico del lugar debiendo considerarse condiciones tales como la topografía, suelo disponible y restricciones de operación.
proceso es viable debido a que el factor climático es definitivo para la aplicación de este tratamiento a los lodos y el área libre
asignada al
proceso.
Lagunas de deshidratación
•Operan a cargas iníciales mayores que los lechos de secado, además, tiene mayor tiempo de secado entre limpieza de igual forma están equipados con una estructura decantadora y de drenaje inferior; y •Utilizan una tasa de carga mayor, el volumen drenado es un porcentaje del volumen total aplicado que generalmente sería menor que el del lecho.
• La dificultad principal para fijar el tamaño de este sistema es predecir la concentración de sólidos drenados después de completada la carga; y
•Durante la fase de operación las capas inferiores no secan
Porque la eficiencia de este método es baja y además
requiere de
grandes áreas para su manutención.
Fuente: PROPUESTA METODOLÓGICA PARA TRATAMIENTO DE LODOS PROVENIENTES DE PLANTAS DE POTABILIZACIÓN EN LA SABANA DE BOGOTÁ (ES TUDIO DE CASO MADRID, CUNDINAMARCA)
38 Teniendo en cuenta la matriz anterior y las características como humedad de los lodos, sulfato de aluminio como coagulante en el proceso de potabilización, el área de ubicación de la PTAP; se analizó con el equipo de la planta de tratamiento lo siguiente metodología: de descarte
1. Descartar las lagunas de deshidratación por el limitado espacio de la PTAP 2. Las alternativas como Ecualizador, Centrifugación y Filtración al vacío se
descartaron por costos
En ese sentido, la selección de la mejor alternativa se determinó por adecuación a la zona, costos, y efectiva en el tratamiento.
Actividad 3. Plantear medidas para el aprovechamiento de lodos:
Antes de aprovechar los lodos generados por la PTAP Piendamo-Morales se deben estabilizar los lodos, ya que estos presentan altos índices de acidez y de presencia de metales. Analizando las bases teóricas existen alternativas de aprovechamiento para lechos de secado, que depende de la institución cual se elija, se presentaron estas medidas a la empresa:
a) Estabilización + Reducción de aluminio (Al+3)
b) Estabilización + Reducción de aluminio (Al+3) + tratamiento (e.g. compostaje)
c) Solo estabilización.
Luego se analizó una matriz de ventajas y desventajas de estudios realizados en municipios de Colombia, para conocer mejor cual sería la alternativa potencial de aprovechamiento. Teniendo en cuenta costos de diseños, planos, uso de energía energética, cual genera menor impacto, si necesita tratamiento físico, químico o biológico, compra de otros terrenos. Para lograr un aprovechamiento óptimo. Actividad 4. Formulación de una guía de transporte y disposición final seguro de los lodos residuales:
Actualmente la PTAP descarga los lodos a laguna cruz victoria, que se encuentra muy cerca de la planta, aunque se realizó la caracterización de los lodos, demostrando que no son peligrosos, en estudios similares se ha comprobado que estas descargas afectan a la biota de las fuentes hídricas o de los suelos; se
39 presentaron un grupo de alternativas que requiere estabilización (+ reducción de Al+3) algunas de aplicación al suelo relacionadas con crecimiento de especies
vegetales (revegetalización o paisajismo) o como material terreo para cobertura. La razón por la que este grupo de alternativas no son viables es fundamentalmente porque requieren de tratamiento de los biosólidos para reducción de la alta concentración de aluminio (Al3+) para poder disponerlos en el suelo. Esto debido a
que la alta concentración de aluminio en los suelos está asociada a la acidez del suelo y también a que estudios realizados demuestra que el alto contenido de aluminio tiene efectos nocivos y/o negativos en el suelo y en las plantas. En Uganda, Kaggawa y colaboradores (2001), estudiaron el efecto de la descarga de lodo obtenido de un coagulante de aluminio en el lago Victoria, encontrando anormalidades en las raíces de algunas plantas y deficiencia de fósforo atribuyendo esto último a la presencia de aluminio que impide la correcta asimilación de fósforo por las raíces de las plantas.
Otros autores aun estudiado la afectación del sistema radicular de las plantas en suelos con altas concentraciones de aluminio y han concluido que: La concentración de Al3+ en las plantas cultivadas usualmente es más alta en las raíces que en los
otros tejidos; cuando se presenta toxicidad por Al3+ se reduce el crecimiento
radicular en longitud, las raíces laterales resultan seriamente afectadas y de esta manera se disminuye considerablemente el volumen de la raíz (Ownby y Popham, 1989). Las raíces afectadas por Al3+ exploran un volumen muy limitado del suelo y
así se reduce su capacidad para tomar los nutrientes y el agua. El Al3+ interfiere con
la toma, el transporte y la utilización de los elementos nutritivos del suelo (Wright, 1989).
Teniendo que se seleccionó lechos de secado como alternativa de manejo de lodos, se elaboró una guía de transporte y disposición final para depositarlos en las camas de secado. Según la información recopilada se debe instalar una tubería de desviación la cual transporte los lodos procedentes de las unidades de la PTAP evitando así que se contamine o altere los valores de los lodos con las aguas residuales provenientes del alcantarillado. La tubería que transporta los lodos
40 residuales debe tener al final una válvula que permite el ingreso de los lodos a las celdas de los lechos de secado.
TERCERA FASE: ELABORACIÓN Y SOCIALIZACIÓN DE LA ALTERNATIVA PARA EL MANEJO DE LODOS.
Actividad 1. Elaboración de una guía de manejo de lodos, en la cual se explique de manera clara y dinámica el correcto manejo de los mismos: Dependiendo de las técnicas de recolección y de transporte se elaboró una guía que permitiera darle un manejo a los lodos, teniendo en cuenta que se existen varias técnicas y procedimientos para esta actividad. Los empleados que ejercen esta actividad deben contar con todos los elementos de bioseguridad y otros equipos de operación en buen estado; Además, deben informar a sus superiores de las reparaciones que sean necesarias.
La alternativa para procesar, aprovechar y optimizar los lodos generados por la PTAP fue lechos de secado, debido a que las condiciones y costos lo permiten, estos lechos de secado constituyen uno de los métodos más antiguos para reducir el contenido de humedad de los lodos en forma natural. El lecho típico de arena para secado de lodos es un lecho rectangular poco profundo, con fondos porosos colocados sobre un sistema de drenaje. (Figura 3)
FIGURA 3. LECHO DE SECADO
41 El lodo se aplica sobre el lecho en capas de 20 a 30 cm y se deja secar. El desaguado se efectúa mediante drenaje de las capas inferiores y evaporación de la superficie por acción del sol y del viento. Inicialmente el agua percola a través del lodo y de la arena para ser removida por la tubería de drenaje en un periodo mínimo de un día. Una vez formada una capa de lodo sobrenadante, el agua es removida por decantación y por evaporación. La pasta se agrieta a medida que se seca, permitiendo evaporación adicional y el escape de agua lluvia desde la superficie. Se debe realizar dimensionamiento del área a ser utilizada, como también la adecuación del terreno. El lecho de secado debe tener mínimo cuatro celdas. Su diseño depende del caudal de salida de la descarga de lodos o de espesamiento, con profundidades de aplicación de 0.3 a 0.9 metros; para lodos sin acondicionar, se deben aplicar cargas de entre 15 a 20 lt de lodo/m2/día, con un ciclo de secado de 3 a 4 días.
Actividad 2. Socialización de la guía de manejo de lodos y los resultados obtenidos a lo largo de la pasantía:
El día 18 enero del 2018 se citó a los operarios y trabajadores de la planta, con el fin de socializar el trabajo realizado y presentarles cual sería la alternativa que la PTAP que debe tener en cuenta para realizarla a futuro y asi lograr minimizar los impactos que generan a la laguna cruz victoria. Esta socialización se logró con el acompañamiento de la gerencia.
42 CAPÍTULO 4: RESULTADOS
Fase 1. Caracterización de la generación de lodos de la PTAP
Actividad 1: Descripción del estado actual de la planta y sus procesos.
Para lograr el desarrollar el diagnostico de del estado de la planta de tratamiento de agua potable fue de vital importancia el acompañamiento de los operarios y el gerente de la empresa; desde la captación, tanques de almacenamiento hasta la inspección en la red de distribución. El día 16 de julio de 2017 se realizó la visita a la planta de tratamiento Acueducto Piendamo – Morales con el fin de iniciar el diagnóstico de la planta y el procesamiento para tratar los lodos, la visita inicio en la fuente de abastecimiento, para alta del rio Piendamo a 10 kilometros de la PTAP. La bocatoma de rejilla lateral capta un caudal de 70 Lps para abastecer aproximadamente a 7800 usuarios rurales registrados en la empresa.
FIGURA 4. BOCATOMA PTAP PIENDAMO – MORALES; FUENTE PROPIA.
El día de la visita se encontró con una bocatoma funcionando normalmente, es notable la falta de mantenimiento, ya que se evidencio presencia de material orgánico pegado en las paredes exteriores e interiores, como también hojas dentro de la bocatoma, el fontanero de la PTAP hace limpieza cada 15 días dependiendo de la época, si es de verano o de lluvias, el agua luego de ser captada es transportada por una tubería de 12 pulgadas hasta el tanque de almacenamiento. Seguidamente se visitó el proceso de coagulación, que se realiza con una canaleta Parshall, la cual tiene una regla al costado para medir el caudal que llega a diario a
