Viabilidad de la reutilización de aguas grises en multifamiliares

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(1)VIABILIDAD DE LA REUTILIZACIÓN DE AGUAS GRISES EN MULTIFAMILIARES. LUIS ALBERTO TOVAR SÁNCHEZ. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AMBIENTAL BOGOTÁ D.C. J ULIO DE 2006.

(2) VIABILIDAD DE LA REUTILIZACIÓN DE AGUAS GRISES EN MULTIFAMILIARES. LUIS ALBERTO TOVAR SÁNCHEZ. Proyecto de Grado presentado a la Universidad de los Andes como requisito parcial de Grado en el Programa de Ingeniería Ambiental. Asesor. JAIME GUILLERMO PLAZAS TUTLE M.Sc Profesor – Instructor Departamento de Ingeniería Ambiental Universidad de Los Andes. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AMBIENTAL. BOGOTÁ D.C. J ULIO DE 2006.

(3) TABLA DE CONTENIDO 1.. INTRODUCCIÓN............................................................................................................ 4 1.1. OBJETIVO GENERAL.......................................................................................... 11. 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 11. 2.. METODOLOGÍA ........................................................................................................... 12. 2.1.. 3.. CARA CTERIZA CIÓN DE LAS AGUAS GRISES..................................................... 12. 2.2.. RECOLECCIÓN DE INFORMA CIÓN .................................................................. 13. 2.3.. SISTEMA S DE TRATAMIENTO DE AGUAS GRISES (AG) ............................... 17. 2.4.. VIABILIDA D ECONÓMICA................................................................................... 18. RESULTA DOS ............................................................................................................. 21 3.1.. CARA CTERIZA CIÓN ........................................................................................... 21. 3.2.. ESTIMA CIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE AGUAS GRISES EN BOGOTÁ ........ 27. 3.2.1. ESTIMACIÓN CONSUMO PROMEDIO POR ESTRATO ............................... 29 3.2.2. PRODUCCIÓN AGUAS GRISES PROVENIENTES DE LAVADORAS ......... 30 3.2.3. MÉTODOS DE AHORRO DE AGUA ACT UALES........................................... 34 3.2.4. DISPONIBILIDAD ECONÓMICA DE LOS F UT UROS CONSUMIDORES..... 35 3.3.. SISTEMA S DE TRATAMIENTO .......................................................................... 35. 3.3.1. TRATAMIENTO BIOLÓGICO CON MEMBRANA (MBR) ............................... 37 3.3.2. TRATAMIENTO CON CONTACTADORES BIOLÓGICOS ROTATORIOS O BIO – DISCOS (RBC)................................................................................................... 39 3.4.. VIABILIDA D ECONÓMICA................................................................................... 41. 4.. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS ................................................... 51. 5.. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 53.

(4) ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1. Crecimiento poblacional ................................................................................... 4 Gráfico 2. Dinámica del crecimiento poblacional........................................................... 5 Gráfico 3. Metodología para la viabilidad económica.................................................. 20 Gráfico 4. Resultado del número de personas encuestadas...................................... 28 Gráfico 5 . Distribución porcentual de la ocupación de viviendas.............................. 29 Gráfico 6. Porcentaje de distribución de baños por vivienda...................................... 30 Gráfico 7. Disponibilidad de lavadora en los hogares. ................................................ 31 Gráfico 8. Distribución porcentual de la capacidad de las lavadoras........................ 31 Gráfico 9. Estimación de la producción de agua grises............................................... 33 Gráfico 10. Disponibilidad de pago de los estratos encuestados .............................. 35 Gráfico 11. Diagrama de esquemático para SRAG ..................................................... 37 Gráfico 12. Producción típica de AG y consumo de las cisternas de los baños caso college of Cran Bedford UK Surendran et al 1998 ............................................... 44 Gráfico 13. Producción acumulada de aguas grises.................................................... 45 Gráfico 14. Costo inicial de implementación MBR ....................................................... 46 Gráfico 15. Costo inicial de implementación RBC........................................................ 47 Gráfico 16. Viabilidad SRAG con MBR para estratos 3 – 4 por usuario................... 48 Gráfico 17. Viabilidad SRAG con MBR para estrato 5 por usuario ........................... 49 Gráfico 18. Viabilidad SRAG con RBC para estratos 3 - 4 por usuario.................... 50 Gráfico 19. Viabilidad SRAG con RBC para estrato 5 por usuario........................... 50. 1.

(5) ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Puntos clave en las localidades escogidas. ..........................................17 Ilustración 2. Medición del oxígeno disuelto..................................................................25 Ilustración 3. Condiciones de turbidez de las muestras analizadas..........................25 Ilustración 4. Ensayo de sólidos suspendidos...............................................................26 Ilustración 5 Marcas de lavadoras lideres en el mercado colombiano......................33 Ilustración 6. Diagrama general para SRAG usando MBR .........................................42 Ilustración 7. Diagrama general para SRAG usando RBC .........................................42. 2.

(6) ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Distribución geográfica de los estratos en Bogotà ...................................... 16 Tabla 2. Componentes principales aguas grises.......................................................... 23 Tabla 3. Caracterización de aguas grises reportadas en la literatura....................... 23 Tabla 4 Caracterización de aguas grises realizada..................................................... 24 Tabla 5. Comparación de los parámetros encontrados............................................... 24 Tabla 6. Consumo promedio de agua potable.............................................................. 28 Tabla 7.Características de las principales marcas de lavadoras............................... 32 Tabla 8. Procesos de Filtración granular y filtración por membranas para tratamiento de aguas grises..................................................................................... 38 Tabla 9. Análisis de precios unitarios para la separación de la red de aguas grises y aguas negras........................................................................................................... 43 Tabla 10. Rangos y costos tanque de almacenamiento.............................................. 45. 3.

(7) 1. Introducción A través de la historia se evidencia como el hombre siempre ha luchado por el control de la naturaleza, representando éste su supervivencia y un factor determinante en el desarrollo de las civilizaciones. En la antigüedad, Los primeros asentamientos humanos se establecieron en inmediaciones de ríos o fuentes de agua, lo cual les permitía llevar a cabo una excelente comunicación y por ende un apropiado intercambio cultural con sus vecinos, así mismo poseían fuentes importantes de agua para riego y para consumo humano. Sin embargo, a medida que se iban desarrollando las civilizaciones, la población aumentaba de manera significativa (ver gráfico 1) y con esto las necesidades de agua crecieron, puesto que se requería producir mayor cantidad de alimentos, expresados en términos de cultivos y de animales que deberían desarrollarse para las necesidades alimenticias de los humanos. Gráfico 1. Crecim iento poblacional. Fuente: Behrentz Eduardo. Notas de Clase. Evaluación a la exposición a Contaminantes Atmosféricos. Universidad de Los Andes. 2006. Hoy en día, son diversos los usos del agua, dentro de los que se encuentran; la agricultura, el consumo humano y doméstico, la producción de energía, la. 4.

(8) producción de bienes, la ornamentación, la recreación, la producción y el procesamiento de alimentos, transporte, refrigeración, etc. De acuerdo con Weizhhen “…El agua es esencial para suplir las necesidades urbanas, industriales y de agricultura..” (Weizhen lu et al. 2003). Lo anterior conlleva a que el impacto humano generado sobre el recurso hídrico no este ligado única y exclusivamente a la toma o desviación del agua de la fuente o río sino que por el contrario desencadene. impactos. negativos. que. afecten. tanto. la. Capacidad. de. Regeneración Natural como la salud humana. Gráfico 2. Dinám ica del crecim iento poblacional. DINÁMICA DE LA POBLACIÓN CRECIMIENTO -MIGRACIÓN - DENSIDA D DISTRIBUCIÓN - URBANIZACI ÓN. EFECTOS EN LA POBLACIÓN ESCASEZ DE ALIMENTOS INESTABILIDAD SOCIAL Y POLÍTICA DISPUTA S POR EL AGUA CRECIMIENTO O DECRECIMIENTO ECONÓMICO. USO DEL AGUA PRODUCCI ÓN AGRÍC OLA - INDUSTRIA USO DO MESTICO - SANEAMIENTO PRODUCCI ÓN HIDR OELÉCTRICA. EFECTOS AMBIENTALES DISMIN UCIÓN DE LA OFERTA HÍDRICA CONTAMIN ACIÓN DEL AGUA SALINIZACION DEL SUELO DEGRADACI ÓN DE LOS ECOSISTEMAS REDUCCIÓN DE LA PESCA ALTERACIONES DEL CICLO HIDROLÓGICO. Tomado y adaptado: Memorias. Diplomado Gestión Ambiental Local. Efectos de la Descarga de Aguas Residuales Domesticas Universidad de La Sabana 2004. En los países en vía de desarrollo, 2000 millones de personas están expuestas a enfermedades transmitidas por el agua (Ministry of Housing, 1998). Existen evidencias que indican que anualmente mueren hasta cuatro millones de niños porque no tienen agua potable ni un saneamiento eficaz. En las zonas urbanas, las aguas residuales y los residuos sólidos no tratados con frecuencia transmiten enfermedades y contaminan las fuentes hídricas, en cuanto a las zonas rurales, varias comunidades deben transportar desde zonas alejadas el agua para sus familias.. 5.

(9) En el gráfico 2 es posible apreciar la relación que existe entre la dinámica social y los efectos sobre el agua, es importante recalcar en este punto como el modelo que rija a la sociedad, en cuanto a migración, densidad, urbanización etc. es un factor determinante en los usos que se le dé al recurso hídrico. De igual manera estos adecuados ó inadecuados usos repercuten en el ambiente, trayendo consigo consecuencias que ponen en riesgo la capacidad de regeneración natural, la cual a su vez. tiene un impacto tanto económico como político y social en una. determinada región. Las características actuales de escasez de agua y degradación del medio ambiente, han llevado a que el círculo presentado en el gráfico 2, se convierta en un círculo vicioso, el cual trae consecuencias negativas tanto para el ambiente como para la población. Las naciones del mundo han concentrado sus esfuerzos por hacer que éste pase a ser un círculo virtuoso, por lo tanto, se ha introducido en los modelos de desarrollo de los países las teorías de Desarrollo Sostenible, lo cual ha permitido enfocar la planificación y la ejecución de los proyectos asociados al manejo de los recursos hídricos en satisfacer las necesidades del presente sin dañar la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades.. Las teorías acerca de Desarrollo Sostenible están sustentadas en tres grandes ejes; uno económico, otro social y un último ecológico. El primero encaminado hacia el crecimiento, la equidad y la eficiencia. El segundo busca lograr autonomía, participación, movilidad social, cohesión social, identidad cultural y desarrollo institucional. Por último el ecológico concentra su atención en la integridad ecosistémica, la administración de la capacidad de carga, la biodiversidad y los asuntos globales. De acuerdo al Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo –PNU-, el Desarrollo Humano Sostenible tiene como objetivos principales: (i) Erradicación de la Pobreza; (ii) Aumento del Protagonismo de la Mujer en el Proceso de. 6.

(10) Desarrollo, (iii) Generación de Empleo y (iv) Protección y Regeneración del Medio Ambiente. En este sentido, se han llevado a cabo estudios en el ámbito nacional tendientes a identificar del estado de los recursos así como las características socio-económicas de la poblaciónInvestigaciones recientes, realizadas por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental –Acodal- muestran una notoria disminución de los caudales superficiales de los ríos de la Sierra Nevada de Santa Marta, especialmente en lo que se refiere a los caudales mínimos. Esto ha generado dificultades en el suministro del agua para los sistemas de acueducto de las poblaciones ribereñas.. En el año 1997 se llevó a cabo un estudio de barrios que permitió medir la pobreza en Bogotá, para esto fueron aplicados tres grupos de indicadores de medición socioeconómica que permitieron delimitar “la población en condiciones de pobreza” (Alcaldía Mayor de Santa Fe de Bogotá, 1998). El índice Necesidades Básicas insatisfechas –NBI- con 5 indicadores vivienda inadecuada, vivienda sin servicios (sin acceso a uno de los servicios públicos básicos), alta dependencia económica (4 o mas miembros dependen del ingreso de un solo integrante), inasistencia escolar (población en edad escolar que no accede), hacinamiento crítico (mas de 4 personas por cuarto). Dentro de lo criterios se encontraba que un hogar tiene NBI cuando presenta alguno de los indicadores anotados. Con dos o más se estima que está en Miseria. Cabe anotar que para el año en que se realizó el estudio (1997) la población en Bogotá era de 5’917.430, de los cuales, 48% eran menores de 24 años y un 53% en el género femenino. De este estudio es importante mencionar que se describió que en la capital se genera casi un tercio del Producto Interno Bruto –PIB- del país y una tasa anual de crecimiento para 1990-1996 de 5.9%, sin embargo, se determinó que era la ciudad con peor distribución del ingreso en el país registrándose que cerca del 56% de los hogares viven en condiciones de pobreza. 7.

(11) (con alguna necesidad básica insatisfecha y/o con ingresos por debajo del costo de la canasta familiar). Como dato relevante para el presente estudio, se anotó que la población en estrato 1 equivalía al 5% de la población del Distrito y en estrato 2 al 34%; es decir, que el 40% de la población total de Bogotá correspondió a estrato 1 y 2. Recientemente se estima la población de Bogotá en siete millones de personas, con un crecimiento poblacional. de 2.2% equivalente a 0,6% por encima del. promedio nacional atribuido entre otros factores a la migración por la violencia y la pobreza.. De acuerdo con este estudio de la Alcaldía Mayor, es posible apreciar que para el caso específico de Bogotá cerca del 50% de la población tiene un ingreso relativamente bajo, lo cual imposibilita ó dificulta en ocasiones el adecuado pago de los servicios públicos. Es preciso señalar que la ciudad en la actualidad se encuentra inmersa en una tendencia de privatización de los servicios públicos, en el caso del servicio del agua, su privatización estaría encaminada a que éste deje de considerarse como un derecho, y se convierta en una función de los mercados económicos, lo cual incrementaría enormemente los costos para el usuario.. Por otra parte, es necesario que tanto en el orden nacional como internacional las políticas y estrategias para las zonas urbanas se diseñen de tal manera que se garantice que las ciudades conseguirán agua en la cantidad y calidad apropiada, al tiempo que regulan sus vertimientos, de forma que pueda ofrecerse la misma garantía a las ciudades que están ubicadas a continuación de estas descargas. En este sentido, se ha presentado, en las últimas décadas, un aumento en la reutilización de las aguas residuales en muchas partes del mundo. Tal es el caso de Australia donde la alta tasa evaporación y la poca precipitación hacen que el recurso sea escaso ó Japón donde la gran demanda de agua por parte de la población, obligan a poner en práctica está técnica. De otra parte, sea visto casos. 8.

(12) como en Alemania en donde ha sido exitosa la reutilización de aguas grises en los baños, comprobando una viabilidad técnica al cumplir con los requerimientos sanitarios exigidos. (Eva Eriksson Lu et al. 2001). La práctica de reutilizar las aguas residuales tiene un origen ancestral que data desde la época Minoica (Asano, 2001). En los que se identifican tres períodos claves en el tema de la reutilización de las aguas residuales. En la primera; surgen los sistemas de suministro de agua e infraestructuras para el saneamiento, comprendiendo este periodo desde el 3,000 a.C. hasta 1850. En un principio las aguas. residuales. eran. reutilizadas. sin. ningún. tratamiento,. vertiéndose. directamente sobre campos agrícolas en las antiguas granjas de Alemania e Inglaterra, lo que originó graves problemas de salud pública. El segundo periodo comprendido entre 1850 a 1950 se presenta el gran avance sanitario. El control de la epidemia del cólera en Londres; el desarrollo de la teoría sobre la prevención de la fiebre tifoidea; así como los avances de la microbiología, el uso del cloro como desinfectante y el conocimiento de la cinética de la desinfección, En esta época se desarrollan en Inglaterra los primeros procesos biológicos para la depuración de las aguas residuales, mientras que en California surgen las primeras regulaciones para el uso de las aguas residuales en la agricultura. La tercera etapa que corresponde desde 1960 hasta nuestros días es considerada como la época de la regeneración, reciclaje y reutilización de las aguas residuales. La reutilización planificada de las aguas regeneradas empezó a principios de los años 20 en los Estados Unidos de Norteamérica. Actualmente la experiencia internacional sobre la regeneración y reutilización de aguas residuales es muy amplia; existe países como Alemania, Australia, España, Reino Unido que realizan de alguna manera esta práctica.. 9.

(13) El desarrollo de estas técnicas ha tenido un gran avance en países desarrollados, lo cual contrasta con países en vía de desarrollo como la India, China, África y Latinoamérica en donde actualmente se reutilizan aguas residuales sin ningún tratamiento para diferentes usos como la agricultura. Específicamente en el caso de Colombia se reutilizan aguas residuales sin ningún tratamiento para el riego de cultivos de hortalizas como rábano, cebolla, zanahoria y lechuga entre otros, Con énfasis en los cultivos cercanos a las áreas urbanas como es el caso de la sabana de Bogotá, muchos agricultores utilizan las aguas residuales debido a que no tienen ningún costo y son abundantes, aun durante el verano, y además son ricas en nitratos y fosfatos, lo que las convierte en buenos fertilizantes sin costo alguno para el agricultor. La reutilización de las aguas residuales cobra un papel de gran importancia, pues además de solucionar el problema de contaminación, permiten aumentar la disponibilidad del recurso sin necesidad de seguir explotando las fuentes convencionales para el suministro de agua permitiendo un desarrollo sostenible de las fuentes de agua potable. En este sentido, es importante señalar que, de acuerdo a recientes estudios realizados, el consumo de agua potable para uso doméstico produce entre el 70% y el 80% del total de aguas residuales (Weizhen lu et al. 2003), las cuales están compuestas principalmente por dos tipos: aguas grises y aguas negras. Las aguas grises son aquellas que salen por los sifones de los lavamanos, duchas, lavadoras y cocina. Las aguas grises, se encuentra el 50 – 80 % de la producción total de agua residual doméstica (Garland et al 2004) y a pesar de tener una carga orgánica baja comparada con las aguas negras, son mezcladas y llevadas a través de los sistemas de alcantarillado a las plantas de tratamiento de aguas residuales, lo genera incrementos considerables en los costos de transporte y tratamiento que podrían disminuirse si se tratan las aguas grises por separado.. 10.

(14) En Colombia el tema de reutilización de aguas, se ha trabajado muy poco y por lo tanto este trabajo pretende determinar la viabilidad económica de implementar un sistema de reutilización de aguas grises –SRAG- en una vivienda multifamiliar reduciendo así el consumo de agua potable, minimizando la producción de aguas negras y minimizando los costos de la implementación del sistema debido a que el costo final se reparte entre los usuarios finales. Además que la reutilización bajará costos totales para el tratamiento de las aguas residuales, debido a que la carga contaminante se reduce al implementar sistemas de reutilización de aguas grises SRAG.. Con un tratamiento las aguas grises pueden utilizarse para actividades como descarga de cisternas de baño, lavar pisos, regar jardines, que son actividades que en la actualidad en Colombia se realizan con agua potable, lo cual no es lo más eficiente ya que se utiliza agua de alta calidad para estos usos.. 1.1 Objetivo General Realizar una aproximación en cuanto a la viabilidad de la utilización de SRAG para los estratos 3, 4 y 5 en la ciudad de Bogotá a partir de la aplicación de formatos de encuesta a una muestra aleatoria.. 1.2 Objetivos Específicos •. Determinar la producción promedio residencial de aguas grises para los diferentes estratos.. •. Determinar las características de las AG generadas en Bogotá en conjuntos multifamiliares y compararlas con las encontradas con caracterizaciones que hayan realizado otros autores.. •. En base a las características encontradas evaluar sus potenciales usos en un multifamiliar.. •. Realizar un análisis económico estimando los. costos y beneficios. obtenidos por una familia al utilizar un SRAG.. 11.

(15) 2. Metodología Para lograr dar cumplimiento a los objetivos del proyecto, se desarrollaron varias etapas descritas a continuación: en la primera etapa se hizo una revisión bibliográfica y practicas de laboratorio con el fin de determinar algunas características de las aguas grises –AG-, estas características encontradas se compararon con las encontradas en la literatura, además de esto se recopilaron algunas de las experiencias obtenidas internacionalmente en la re-utilización de AGs. Una segunda etapa consistió en un trabajo en campo, el cual contó con el diseño y aplicación de formatos que recopilaron información acerca del consumo de agua promedio por estratos, así como la producción de aguas grises y la disposición del usuario a pagar por un SRAG. Posterior a esto se hizo una revisión bibliográfica para evaluar las tecnologías de tratamiento para implementar un SRAG teniendo como base las características de las posibles fuentes encontradas en la primera parte del estudio. En la etapa final del estudio, se hizo el análisis de viabilidad teniendo en cuenta los costos de los sistemas de tratamiento en función del numero de usuarios o el caudal tratado por el sistema, todo esto para obtener la inversión inicial por parte de usuario y los beneficios de utilizar un SRAG, los cuales finalmente son analizados por criterios de decisión financiera para obtener un punto de equilibrio que determina la viabilidad de la implementación de SRAG. A continuación se describen con mayor profundidad la metodología en cada etapa del presente estudio.. 2.1. Caracterización de las aguas grises. 12.

(16) La caracterización de las aguas grises nos permite determinar su potencial de re utilización Igualmente nos permite determinar la viabilidad de realizar un proceso u operación de pretratamiento antes de tratar el agua en un SRAG, para evitar cualquier efecto negativo en la salud de las personas que utilicen SRAG. Para esto se realizaron pruebas a una muestra de agua resultante del ciclo de lavado y se le realizaron diferentes pruebas para determinar sus parámetros físicos y químicos. Estos fueron: •. pH. •. Conductividad. •. Oxígeno disuelto. •. DBO5 (demanda biológica de oxígeno a los 5 días). •. DQO (demanda bioquímica de oxígeno). •. SST (sólidos suspendidos totales). •. SSV (sólidos suspendidos volátiles).. Estos parámetros fueron obtenidos siguiendo la metodología propuesta en guía de laboratorio procesos biológicos uniandes 2006, aclarando que la obtención del oxígeno disuelto de la muestra analizada fue determinado por el método Winkler. Finalmente los datos encontrados fueron comparados con los encontrados en la literatura consultada.. 2.2. Recolección de información Conocer los consumos en los hogares de la ciudad de Bogotá es vital para la elaboración de la presente investigación, dado que la producción de aguas grises tiene una directa relación con el consumo del agua potable que llega a los hogares y de las condiciones socio económicas de los usuarios.. 13.

(17) Para lograr esto se utilizaron encuestas ya que es instrumento versátil de recolección,. proceso. y. análisis. de. Información. que. permite. obtener. retroalimentación acerca de un tema específico en este caso, la determinación de consumos de agua potable y generación de aguas grises.. Por medio de. preguntas realizadas a varias personas una muestra de la población objeto de esta investigación.. Los objetivos de la encuesta realizada fueron: •. Determinar el número de personas por vivienda. •. Conocer la cantidad de fuentes de consumo de agua. •. Conocer fuentes potenciales de aguas grises. •. Los hábitos en el ahorro de agua si existen.. •. La disponibilidad a pagar por un sistema de aguas grises. Los objetivos anteriormente planteados se llevaron acabo por medio de preguntas realizadas a varias personas, es decir la población objetivo de la encuesta. Esta fue conformada por adultos entre los 25 a 45 años pertenecientes a los estratos 3, 4 y 5, Este rango de edades de la población objetivo fueron determinadas de esta forma debido a que el promedio de edades de las personas que tienen una mayor relación con los servicios y consumos del hogar se encuentran en este rango de edades que las demás posibles personas a encuestar. Debido a que el propósito no era tener un estimativo estadísticamente confiable si no conocer un orden de magnitud de consumo, producción de agua potable y aguas grises. En el tamaño de la población encuestada se limitó a un número 100 personas. La encuesta realizada asumió que los consumos de agua son los mismos sin importar el género de la persona o estado civil, ya que estas condiciones no tienen ninguna relación aparente con el consumo de agua.. 14.

(18) El cuestionario (Ver anexos) esta conformado inicialmente por 5 preguntas de selección múltiple que pretenden recolectar la información del hogar de la persona encuestada, De estas las preguntas 3 y 4, en las cuales se le pregunta a la persona si tiene lavadora y de ser así se le pide que indique la capacidad de esta, no solo busca obtener la información si no que ayuda a determinar la validez, midiendo el nivel de atención de la persona debido a que se encuentra ligada entre ellas ya que si se responde que no se cuenta con lavadora en el hogar pero se indica la capacidad de esta, se puede deducir que la persona no esta interesada en el tema y por lo tanto esta dando información errónea.. Finalmente en la encuesta se realiza una pregunta abierta en donde se le pide al encuestado enuncie los métodos que actualmente utiliza para ahorrar agua en su hogar y tal caso de que no lo haga, de la razón del por que no lo hace, esta pregunta busca determinar si existen hábitos o una cultura de ahorro del agua. La última parte del cuestionario consiste en una pregunta cerrada en donde se busca medir la disponibilidad a pagar por un sistema de re utilización de aguas grises, esto con el fin de determinar la disponibilidad a pagar de los futuros usuarios de un SRAG, lo cual es una parte importante al determinar la viabilidad económica. Los Lugares donde se realizaron las entrevistas se determinaron de acuerdo a la población objetivo estratos 3, 4 y 5. Para esto se consulto la distribución geográfica de los estratos en Bogota por localidades (Tabla 1). Después de analizar la distribución de los estratos, se escogieron las siguientes localidades: •. Fontibón: Debido a que presenta una participación del estrato 3 del 74.85% las probabilidades de obtener información pertinente es mayor en esta localidad.. •. Barrios Unidos : Es la segundo localidad después de la de Fontibón con mayor porcentaje de estrato 3 y tiene un considerable porcentaje del. 15.

(19) estrato 4 por esta razón en este estudio se considerar que la población encuestada en esta localidad pertenece al estrato 4. •. Teusaquillo: Es la localidad con mayor participación del estrato 4 y 5 la cual utilizaremos para determinar los consumos y la producción de agua potable y aguas grises.. Tabla 1. Distribución geográfica de los estratos en Bogota. LOCALIDAD Usaquén Chapinero Santa Fe San Cristóbal Usme. 1 2,94. 2. ESTR ATOS (%) 3 4 5 6 9,8 28,05 24,86 13,93 17,96. 4,62 8,65 8,05 26,63 11,39 39,37 2,25 67,91 24,49 3,17 0,93 7,64 76,56 14,82 26,44 72,63 -. Tunjuelito Bosa Kennedy. 0,01 63,62 35,03 0,88 91,97 6,64 1,57 38,97 57,86. -. -. Fontibón Engativ á Suba. 7,25 74,85 16,83 0,61 10,57 83,1 3,93 0,28 34,09 35,19 12,47 15,27. 1,72. Barrios Unidos Teusaquillo Los Mártires Antonio Nariño Puente Aranda La candelaria. 0,01 0,01 5,43 7,96 0,01 0,25 - 66,27. Raf ael Uribe Ciudad Bolívar. 0,93. 63,8 32,71 17,67 75,56 89,39 4,56 91,94 98,88 30,16 -. 4,85 43,39 50,81 46,52 47,99 4,4. -. 2,25 6,27 -. -. -. -. Tomado y adaptado: DA PD, Subdirección de Desarrollo Social, Área de Desarrollo Humano y Progreso Social. Consultado el 21 de marzo 2006. Para determinar los puntos clave de ubicación en cada localidad (Gráfico 4), se buscaron sitios dentro de cada localidad con un flujo considerable de gente como la plaza principal de Fontibón y centros comerciales como en las localidades de Barrios Unidos y Teusaquillo.. 16.

(20) Ilustración 1. Puntos clave en las localidades escogidas.. Fuente: http:\\rafaeluribe.galeon.com consultado el 21 de marzo 2006. Conv ención. Ubicación C.C Unicentro Av. 15 No.123 - 30 C.C Cafam Floresta Avenida 68 Calle 94 Plaza de Fontibón Calle 25 Carrera 99. Localidad Usaquén. BARRIOS UNIDOS. Fontibón. 2.3. Sistemas de tratamiento de Aguas Grises (AG) En esta parte del estudio fueron consultadas varias fuentes para determinar las tecnologías de tratamiento que mas se ajustaran a los parámetros físico químicos anteriormente encontrados, además de esto se tuvo en cuenta para su escogencia su tamaño, condiciones necesarias para su funcionamiento y su éxito en casos consultados. Con estos criterios se eligieron dos tecnologías que fueron:. 17.

(21) Tratamiento biológico con membrana (MBR) Contactores biológicos rotatorios o Bio – discos (RBC). 2.4. Viabilidad económica Para el presente estudio se realizo una estimación de costos aproximada utilizando información disponible en el mercado sobre análisis unitarios, los cuales son una descripción de los materiales utilizados por unidad (m3, ml, hora), Las fuentes consultadas para tal fin fueron la revista construdata y la página de Internet www.Teckne.biz.. Para determinar las condiciones a partir de las cuales un SRAG es viable es necesario plantear los costos en función del numero de usuarios, las tecnologías aplicables al sistema como la vida útil de este, la ecuaciones que se presentan a continuación son deducciones hechas por el autor, teniendo en cuenta los costos de inversión, costos de operación, costos de. mantenimiento y finalmente la. retribución por el ahorro en la factura.. Para determinar la viabilidad de un SRAG se plantea la siguiente ecuación (1) que tiene por objeto medir el beneficio económico que percibe una familia usuaria del sistema.. n. BT = − I o + ∑Vahn * Tn − CO & M n. (1). n =1. BT = Benéfico del usuario por la implementación SRAG Io = in versión inicial Vahn = Volumen de agua ahorrado en el año n Tn = Tarifa por el servicio de agua en el año n. 18.

(22) CO&Mn = Costos de operación y mantenimiento en el año n En la ecuación (1) la retribución del SRAG es el ahorro mensual que el usuario recibe durante un periodo de vida n de funcionamiento del sistema. Los costos de inversión inicial (costos de implementación de SRAG) son divididos entre el numero total de usuarios, lo que se muestra en la ecuación (2).. Io =. Ci # apt. (2). Io = in versión inicial Ci = Costos de implementación #apt = Numero de usuarios (apartamentos) dentro del multifamiliar A su ve z los costos de implementación estan compuestos por costos de separacion del sistema de aguas residuales, el costo de el sistema de tratamiento sea MBR o RBC según la ecuacion (3) Ci = Csep + Csis + Calma. (3). Ci = Costos de implementación Csep = Costos implicados en la separacion del sistema de AG y AN Csis = Costos asociados implementación de los sistema se tratamiento de AG Calma = Costos de los tanques de almacenamiento del SRAG Con la aplicación de las ecuaciones 1, 2 y 3 se calculan los costos del SRAG teniendo como variables el numero de usarios del sistema y tipo de tecnologia a implementar (MBR o RBC). Si eliminamos de la ecuacion 1 el costo de implementación obtenemos el ingreso que recibe el usuario por el ahorro en la cuenta de cobro del servicio de agua. Suponiendo un tarifa constate durante la vida ùtil del sistema, asumimos que el ahorro obtenido sera el mismo para todos los años. 19.

(23) Debido a la oportunidad de inversiòn de un usuario promedio , tomamos la tasa de interes de oportunidad igual a la tasa de un deposito a termino fijo (DTF), esto quiere decir, que un usuario que tome la desiciòn de implementar un SRAG recibirà un beneficio en el ahorro de su factura de cobro equivalente a si hubiera invertido este dinero en un DTF. Esta tasa para este estudio fue tomada como 5.9% E.A y fue evaluada en varios escenarios: 10, 20 y 30 años de vida util del SRAG, metodologìa usada se ilustra en la Gráfica 3.. Gráfico 3. Metodología para la viabilidad económ ica.. Flujo de caja para n años FCN n = (Vah n * T )n − CO & M Io =. Ci # apt + ∆. Valor presente neto n FCN n VPN = − I o + ∑ n =1 1 + i. NO VPN ≥ 0 SI Es viable implementarlo. El criterio de decisión utilizado fue el valor presente neto (VPN) el cual representa el dinero disponible después de pagar la inversión inicial de un proyecto con una tasa de interés, para este caso en específico, la tasa del DTF. El punto de decisión que muestra la gráfica 3 de VPN = 0 significa que el usuario a de recuperar su. 20.

(24) inversiòn inicial mas los interèses del dinero invertido durante la vida ùtil del sistema.. Debido que los costos iniciales son altos, para poder llevar a cabo el proyecto este costo adicional mas los costos de operación y mantenimiento deben distribuirse entre el número de usuarios, el valor del VPN para un número de usuarios pequeño tiende a ser negativo, lo que significa que durante la vida útil del proyecto no recuperarán su inversión.. 3. Resultados A continuación se presentan los resultados de las prácticas de laboratorio desarrolladas y de los formatos aplicados para la recopilación de información acerca del consumo de agua promedio por estratos. Es preciso señalar que los datos aquí presentados corresponden a un estudio de aproximación al problema más no una caracterización fundamentada estadísticamente, puesto que dado el corto tiempo para la investigación no se logró dar replicabilidad a los parámetros establecidos.. 3.1. Caracterización Los parámetros físico químicos del agua son determinantes al momento de cuantificar el potencial de re-utilización, por esto se realizó una revisión bibliográfica, la cual permitió construir los datos presentados en la tabla 3. Cabe resaltar que éstos no son totalmente relevantes para este análisis, debido a que provienen de ensayos realizados en ciudades europeas, donde la cultura y hábitos de la población, así como las características de los artículos de aseo pueden variar como es el caso de detergentes, jabones, shampoo etc. variando así las características de las AGs.. 21.

(25) No obstante, es importante señalar que estos estudios han encontrado que la carga orgánica para aguas grises en promedio es de 48 gr. DQO por persona por día y para las aguas negras es de 72 gr. DQO (G. Ramón et al. 2004) además se han encontrado otras características que las diferencian: •. DBO5. concentración de 175 mg/l para aguas grises y 250 mg/l para. aguas negras. (G. Ramon et al. 2004) •. SST. concentración de 78 mg/l y 220 mg/l para aguas grises y aguas. negras respectivamente. (G. Ramon et al. 2004) Sin embargo la carga contaminante de las distintas fuentes de AGs no es homogénea, razón por la cual es conveniente clasificarlas en dos tipos de agua gris (López Za vala et. al 2002), las cuales son: •. Aguas grises con Alta carga contaminante.. •. Aguas grises con baja carga contaminante.. Las aguas grises con bajas cargas contaminantes son las provenientes del baño, en la que se incluye el agua de la ducha y del lavamanos, que es mucho menos contaminada. La concentración de DQO de estas fuentes oscilan en un rango entre 210 – 501 mg/l, y la de SST entre 54 – 200 mg/l. Las aguas grises con alta carga contaminante. tienen concentraciones de. contaminantes entre 1079 – 1815 mg/l como DBO y 165 -235 mg/l como SST. Los principales puntos que producen esta agua se encuentran en la cocina, y entre ellas está el lavaplatos y las lavadoras. (M.C Almeida et al. 1999).. Los contaminantes mas importantes en las aguas grises son la materia particulada orgánica e inorgánica, materia orgánica disuelta, sales monovalentes y multivalentes, surfactantes (compuestos de los detergentes), y un número muy. 22.

(26) limitado de agentes patógenos.(N. Oschmann et al. 2005). En la tabla 2 se muestran los principales componentes de las aguas grises.. Tabla 2. Com ponentes principales aguas grises Componente. Descripción. NaCl. Sal disuelta monovalente. NaHCO3. Buffer natural. Kaolin. Material particulado inorgánico. Celulosa. Material orgánico particulado. Ácidos Húmicos. Materia orgánica disuelta. CaCl2. Sal disuelta multivalente. Sulfato de Sodio codecyl. Surfactantes de presentes en shampoo Y detergentes. Adaptado de N. Oschmann et al 2005. La Tabla 3 muestra el resumen de los parámetros obtenidos mediante la revisión bibliográfica y el rango dado por los respectivos autores.. Tabla 3. Caracterización de aguas grises reportadas en la literatura. Parámetro Rango SST 17 – 330 pH 5 - 8,7 DQO 184 – 633 DQO 725 – 1815 OD 2,2 - 5,8 Coli fecales 9 x 10 4 - 1.6 x 10 4 Coli totales 5.6 x 105 - 8.9 x 10 5 Coli fecales 3 x 10 3 Coli totales 7 X10 6 - 2.4 X10 7. Unidades mg /lt [H +] mg /lt mg /lt mg /lt por 100 ml por 100 ml por 100 ml por 100 ml. Fuente Lavadoras Lavadoras Ducha Lavadoras En general Lavadoras Lavadoras Ducha Ducha. Adaptado de Eva Eriksson 2001, M.C Almeida et al. 1999 y G. Ramón et al. 2004. Para confrontar los datos de la tabla 3 se realizó una caracterización de aguas grises provenientes de lavadora, obteniendo los resultados de la tabla 4, en donde. 23.

(27) se evaluaron parámetros similares a los reportados, los cuales son comparados en la tabla 5. Tabla 4 Caracterización de aguas grises realizada. Parámetro SST SSV pH Od Conductividad DBO5 DQO. AG Lav adora 241 153 10,2 2,9 3,34 450 413. Unidades gr /ml gr / ml [H +] mg/L Ms mg/L mg/L. CITEC Febrero 2006 Tabla 5. Com paración de los parámetros encontrados. Parámetro SST pH OD DQO. Citec 2006 241 10,2 2,9 413. Literatura 17 - 330 5 - 8,7 2,2 - 5,8 725 - 1815. OK Cumple Cumple Cumple No cumple. CITEC Febrero 2006. En la tabla 5 se observa que la mayoría de parámetros encontrados esta en el rango de valores encontrados en la literatura consultada, a excepción de la DQO cuyos valores son mayores, lo cual se puede atribuir a mayores concentraciones de detergente en el agua analizada o una reacción de degradación durante el transporte de las muestras al laboratorio. Las condiciones en la que se realizó la medición de oxígeno disuelto se muestra en la ilustración 2, las cuales fueros condiciones de temperatura y carga normales promedio de un hogar de 5 personas que se lava en promedio 2 veces por semana.. 24.

(28) Ilustración 2. Medición del oxígeno disuelto. Citec uniandes Febrero 2006. Las muestras analizadas en el laboratorio (Ilustración 3) muestran una turbiedad uniforme con una formación de espuma producto del detergente residual proveniente del lavado.. Ilustración 3. Condiciones de turbidez de las muestras analizadas. Citec uniandes febrero 2006. 25.

(29) Este contenido residual de detergente se presenta de una forma más evidente durante el ensayo de sólidos suspendidos, formando una gran cantidad de espuma a la salida del filtro papel (Ilustración 4). Ilustración 4. Ensayo de sólidos suspendidos. Citec uniandes febrero 2006. Después de analizar esta información, se obtienen parámetros que indican el tipo de tratamiento que se debe utilizar, este tema será abordado con mayor profundidad en el siguiente capítulo. De igual manera, el control de espuma durante el proceso de tratamiento para la re-utilización es un factor que debe tenerse en cuenta para evitar la propagación de agentes microbiales o infecciosos fuera de la generación de olores durante el tratamiento. Por otro lado, aunque la presencia de agentes patógenos no es muy alta (N. Oschmann et al. 2005) una unidad de desinfección es necesario en el proceso de tratamiento para disminuir el riesgo de la propagación de enfermedades por contacto con el agua o por la generación de aerosoles. Debido a que los microorganismos pueden incorporarse al SRAG de alguna manera generando un riesgo de reproducción de los microorganismos presentes generando un foco de agentes patógenos. La supervivencia de microorganismos (Rose et al. 1991). 26.

(30) Estudios preliminares (Burrows et al. 1991) han analizado AGs provenientes de la duchas en instalaciones militares de E.E.U.U. encontrando en sus análisis bacterias. Pseudomonas. y. el. estafilococo. áureo. debido,. que. estos. microorganismos se encuentran comúnmente en la boca, la nariz y la garganta de seres humanos. Estos microorganismos encontrados pueden fácilmente ingresar a al sistema generando enfermedades debido a su naturaleza oportunista de estos microorganismos. Por lo anterior se concluye que el SRAG debe contar con una unidad de desinfección para evitar la propagación de agentes patógenos, que logren ingresar de alguna u otra forma al sistema, de esta manera se minimiza el riesgo de afectar la salud pública. Así mismo y dadas las características de turbiedad encontradas, la utilización de un método de desinfección se reduce a cloración u ozonización, debido a que la desinfección por medio de luz ultravioleta se descarta ya que su poder desinfectante se reduce por la turbiedad del agua.. 3.2. Estimación de la producción de aguas grises en Bogotá. Durante la recopilación de la información previa a este estudio, se encontró un estimativo de los consumos unitarios (tabla 6), donde una persona consume de 150 a 200 litros diarios y al mes de 4 a 5 metros cúbicos en promedio. En este punto es preciso señalar que los consumos relacionados con el aseo personal y de la vivienda están asociados con los hábitos de las personas y los bienes que posean, conservando una estrecha relación con el estrato. Por ejemplo, el número de vehículos o si la vivienda cuenta con jardines y la frecuencia con que se realice el mantenimiento a sus fachadas. Por esta razón se decidió implementar una encuesta que arroja elementos de juicio acerca del. 27.

(31) consumo promedio por estratos, así mismo de la producción de aguas grises y la posible re utilización que se le pueda dar.. Tabla 6. Consum o promedio de agua potable CONSUMO UNITARIO. ACTIVIDAD Ducha Sanitario Lavado de manos Lavado de platos. 28 36 6 28. Aseo de la vivienda. 0,3. Consumo propio lavado de ropas Riego de plantas Lavado de autos Llave con goteo a 30 goteras por minuto Llave con goteo a 60 goteras por minuto. 6 46 0,4 37. litros/persona/vez litros/persona/día litros/persona/día litros/persona/día litros/metro cuadrado/día litros/persona/día litros/persona/día litros/planta/día litros/auto. 200 litros/mes 400 litros/mes. Fuente:http://www.col.opsms.org/DIAA/2002/SSP_Recomendaciones_buen_uso_agua.ht m consultado el 21 de marzo 2006. El número total de encuestas es de 100, de las cuales fueron descartadas 14 debido a que presentaban inconsistencias entre las respuestas a las preguntas formuladas, por lo tanto la muestra tomada para el análisis es de 76 (Grafico 4). De igual manera, los datos de la tabla 6 soportan el análisis presentado en el numeral 3.2.1. Gráfico 4. Resultado del número de personas encuestadas Número de personas encuestadas. 33%. 39%. Cafam Unicentro Fontibon 28%. 28.

(32) 3.2.1. Estimación consumo promedio por estrato Según la distribución del número de personas por vivienda presentada en el gráfico 5, se aprecia que para las personas encuestadas en Fontibón, la composición por núcleo familiar se encuentra en su mayoría alrededor de 5 personas por vivienda, lo que también ocurre para las personas encuestadas en Cafam. A diferencia de lo que ocurre en Unicentro que presenta una incidencia del 50 % entre 6 y 5 personas por vivienda. Tomando los datos de la tabla 6 calculamos que para estratos 3 y 4 (Cafam y Fontibón) el consumo promedio diario esta entre 750 a 1000 litros diarios y un consumo medio mensual de 20 a 25 m3 de agua potable, mientras que para personas pertenecientes al estrato 5 el consumo será de 900 1200 litros diarios y 24 a 30 metros cúbicos mensuales de agua potable.. Gráfico 5 . Distribución porcentual de la ocupación de viviendas. Número de personas por vivienda 35%. Incidencias. 30% 25%. Fontibon (E3). 20%. Cafam (E4). 15%. Unicentro (E5). 10% 5% 0% 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Ca ntidad de pe rsonas. Uno de los posibles usos de la re-utilización del agua es la recarga de las cisternas de los baños los cuales según el grafico 6, la incidencia mas alta son dos baños por vivienda. 29.

(33) Gráfico 6. Porcentaje de distribución de baños por vivienda. Número de baños por vivienda 60%. Incidencias. 50% 40%. Fontibon (E3). 30%. Cafam (E4). 20%. Unic entro (E5). 10% 0% 1. 2. 3. 4. 5. 6. Cantidad de baños. Ahora bien, si se asume un consumo de 36 litros por habitante día, el consumo promedio máximo para todos los estratos será de 180 litros diarios y si tenemos en cuenta el número de baños por vivienda seria de 90 litros por sanitario, lo que equivaldría asumiendo una capacidad de cada cisterna de 30 litros a tres descargas por día de cada sanitario y un consumo total por vivienda por mes de 5.4 m3 de agua potable. Una fuente potencial son la aguas grises generadas por el baño diario, según la tabla 6 el consumo normal es de 28 litros por persona al día lo que representa en un hogar que vivan 5 personas (Grafico 5) una producción diaria de 140 litros lo que en el mes representa 4.2 metros cúbicos. 3.2.2. Producción aguas grise s provenientes de lavadoras Las aguas grises generadas durante el proceso de lavado mecánico son un fuente potencial de re-utilización, como lo indica el grafico 7 más del 60% de los estratos encuestados tienen lavadora, el cual ya se ha convertido en un electrodoméstico común en los hogares.. 30.

(34) Gráfico 7. Disponibilidad de la vadora en los hogares. Hogares con lavadora 120%. Incidencias. 100% 80% SI. 60%. No. 40% 20% 0% Fontibon (E3). Cafam (E4). Unicentro (E5). Estra tos. Determinar la cantidad de agua gris que se genera tras cada lavado es vital para saber la cantidad de agua que se va a reutilizar, en general todos los estratos tienden a tener una lavadora de capacidad mediana, como lo muestra el grafico 8, lo que en el mercado equivale a una capacidad de 10 a 12 kg. Gráfico 8. Distribución porcentual de la capacidad de las lavadoras. Capacidad lavadora. Incidencias. 80% 70% 60% 50%. Pequeña. 40%. Mediana. 30% 20%. Grande. 10% 0% Fontibon (E3). Cafam (E4). Unicentro (E5). Estratos. 31.

(35) La cantidad de agua que usa la lavadora depende en gran medida del tipo de lavadora; si es de carga frontal o superior, el tipo de sistema que utilice para el lavado (Aspas o Burbujas) y la duración del ciclo de lavado, estas características se muestran en la tabla 7. Tabla 7.Características de las principales m arcas de lavadoras. Lav adoras 10 a 12 Kg. Capacidad media Capacidad de Consumo Marca lavadora Modelo carga (Kg.) de agua (L) Samsung Neptuno 10,1 Samsung WA 1334 11 Samsung WA 159 12,5 Daewoo DWF 100 10 Daewoo DWF 200 11 Whirpool Clean touch 11 Whirpool Cycle logic 11 LG WD 12210 12 LG WT R1381 12,5 Consumo promedio de agua. 86 267 197 183 237 142 168 126 294 189. Tomado de: Estudio de calidad de Lavadoras de ropa automáticas www.profeco.gob.mx/html/revista/pdf/lavadora03.pdf. Debido a la incertidumbre de estos datos y por razones prácticas para este estudio se asumió una producción de 200 litros por cada ciclo de lavado. Lo anterior se soporta en el hecho que dados los efectos de globalización, estas marcas registran este consumo, esto fue constatado al visitar los principales almacenes de electrodomésticos de la ciudad (Alkosto, Éxito y Cafam floresta) donde las marcas exhibidas concuerdan con las del estudio realizado por el gobierno de México siendo samsung (Ver ilustración 5) la marca líder en ventas seguida por LG en cuanto de refiere a lavadoras de capacidad media, con respecto a lavadoras de gran capacidad los consumidores prefieren marcas colombianas como Centrales Otro aspecto relevante para este estudio es la frecuencia del lavado también es importante determinarla para conocer una producción mensual, como lo muestra el grafico 9 el numeró usual de veces que la gente lava la ropa es de dos por semana.. 32.

(36) Ilustración 5 Marcas de lavadoras lideres en el mercado colom biano. Tomada 5 de abril del 2006 en almacenes alkosto Av 68.. Gráfico 9. Estim ación de la producción de agua grises. Número de veces que lava a la semana 60%. Incidencias. 50% 40%. 1 vez. 30%. 2 veces. 20%. 3 veces. 10% 0% Fontibon (E3). Cafam (E4). Unicentro (E5). Estratos. Esto representa una producción de 400 litros por semana o sea 1.6 metros cúbicos al mes.. 33.

(37) 3.2.3. Métodos de ahorro de agua actuales Las. respuestas más frecuentes a la pregunta: ¿Utiliza actualmente algún. dispositivo o procedimiento para ahorrar agua?. ¿Por qué? fueron las siguientes:. Encuestas realizadas en Fontibón: Si Los servicios son muy costos Ahorrador en el baño Botella Sanitario Recoger el agua de la lavadora Reutilización de agua en general Evitar el desperdicio Ahorrar al bañase y al lavar Instalación de ahorradores en el baño y cocina. Interrupción del ciclo de lavado Recolección agua de lluvias para el jardines y lavar carro.. No No porque no conozco ninguno No me llama atención El recibo es barato. Encuestas realizadas en Cafam: Si No durar mucho tiempo en la ducha Utilizar las aguas lluvias para lavar Utilizar el agua de la lavadora en los baños. No No, no conozco ningún método No conozco las opciones del mercado No es necesario. Encuestas realizadas en Unicentro: SI Re-utilización del agua de la lavadora para el baño y aseo en general. No Falta comercialización de productos para el ahorro del agua No lo considero importante No permanezcan durante el día en la casa No es necesario. Este tipo de pregunta abierta tiene como objetivo cuantificar el interés de las personas encuestadas, es posible apreciar que en el estrato 3 (Fontibón) se presenta un marcado interés hacia el ahorro de agua, motivados por los elevados costos del servicio, de otra parte en los demás estratos existe un desconocimiento generalizado hacia los métodos de re-utilización de agua, lo cual desencadena un desinterés por este tema. 34.

(38) 3.2.4.Disponibilidad económica de los futuros consumidores Finalmente la parte mas importante en todo proyecto y la factibilidad de que este se realice es la viabilidad económica que este represente, como lo muestra el grafico 10 la disponibilidad a pagar es poca sin importar el estrato. Gráfico 10. Disponibilidad de pago de los estratos encuestados. Disponibilidad a pagar 100%. Incidencias. 80% Fontibon. 60%. Cafam 40%. Unic entro. 20% 0% 50 - 200. 200 -600. 600 -1000. 1000 - 2000. Rangos de dinero en miles. Los factores que influyeron en esta pregunta corresponden; en primer lugar para el estrato tres los ingresos y en los otros estratos simplemente falta de interés. En este sentido se pudo apreciar, al aplicar las encuestas, que esta falta de interés está estrechamente ligada con la cultura, dado que no existe una conciencia del uso sostenible de los recursos naturales.. 3.3. Sistemas de tratamiento De acuerdo a la caracterización las AG, estas presentan un alto contenido de materia orgánica presente (153 gr/ml), ésta puede generar subproductos dañinos 35.

(39) para la salud humana como los son las cloraminas y los Trihalomatanos., es por esto que debe considerar dentro del SRAG la degradación de esta materia orgánica mediante sistemas de remoción de materia orgánica como lo son los reactores biológicos, Esto con el fin de minimizar el riesgo por la re-utilización de AG. El grafico 11 muestra el esquema general de un SRAG propuesto por E Friedler 2005. En donde se muestran tres tipos de tubería, la primera hace parte del sistema de recolección de aguas grises de las fuentes como la ducha y las lavadoras,. una. segunda. tubería. de. conducción. hacia. el. tanque. de. almacenamiento, una de distribución dirigida hacia las cisternas de las unidades residenciales y finalmente una tubería de agua potable como suministro de apoyo en el caso que no se genere la suficiente cantidad de aguas grises durante algún periodo de tiempo. Entre los posibles tipos de tratamiento consultados en la literatura los sistemas de Tratamiento biológico con membrana (MBR) y de Contactadores biológicos rotatorios o Bio – discos (RBC) son los más adecuados, por sus características, las cuales se describen a continuación.. 36.

(40) Gráfico 11. Diagram a de esquem ático para SRAG. Adaptado de E Friedler et al, 2005. 3.3.1. TRATAMIENTO BIOLÓGICO CON MEMBRANA (MBR) Los sistemas con membranas pretenden servir como barrera tanto para el material particulado como para el material disuelto, el tipo y la cantidad de material removido depende del tipo de membrana y de la operación del mismo. (AWWA 1998). 37.

(41) Las membranas de microfiltración (MF) pueden remover partículas de hasta 5 mm y por medio de la osmosis inversa se pueden llegar a remover partículas de dimensión molecular.. El agua tratada por medio de membranas es de muy baja en turbiedad y los coliformes totales pueden llegar a límites por debajo de niveles detectables. (Jefferson et al. 1999).En la tabla 8 se pueden observar las características del efluente después de un tratamiento con membranas. Por otra parte una diferencia significativa entre los procesos de filtración por membranas y la filtración granular es la demanda de energía ya que es mucho mayor para las membranas, esta demanda de energía esta asociada a la presión de trabajo, por ejemplo para sistemas tubulares MF/UF la presión de operación mas comúnmente utilizada está por encima de los 2 bar. (G. Ramon et al. 2004). Tabla 8. Procesos de Filtración granular y filtración por membranas para tratam iento de aguas grises DBO5. COD. Turbiedad Coliformes totales. (m g/l). (m g/l). (NTU). (cfu/100 m l). Agua gris. 33.3. 143. 44.5. -. Filtración. 12.3. 35.7. 32.3. -. 4.7. 22.2. 0.34. 0 E. Coli. 12 - 100. 2 – 310x103. <1. No detectable. Granular Filtración membranas Agua gris Filtración. 25 - 185 86 - 410 1 - 19. 21 - 112. membranas Fuente: Technologies for domestic w astew ater recycling 1999. Una de las desventajas que afectan o influyen en el proceso de filtración por membranas es el ensuciamiento (formación de torta) en la superficie de la. 38.

(42) membrana debido al material retenido. Esto origina un aumento en la resistencia hidráulica de la membrana, lo cual genera una reducción en el flujo de agua y/o en un incremento de la presión de trabajo, aumentando la energía demandada. Una forma para disminuir el ensuciamiento lo mayor posible es operar a un flujo bajo a través de la membrana, pero en este caso el área de la membrana se debe incrementar para poder mantener el mismo caudal de operación. Esta se debe limpiar periódicamente la membrana para evitar los problemas de ensuciamiento ya que el flujo puede llegar a decaer hasta en un 90% después de 1 hora de operación. (Jefferson et al. 1999).. En el proceso de tratamiento a través de membranas se deben evitar tiempos de retención altos, debido a que las aguas grises pueden comenzar un proceso anaerobio generando componentes orgánicos que son menos retenidos por la membrana, afectando la calidad final del agua después del tratamiento (Holden & Ward, 1999), razón por la cual es necesario clorar para evitar la generación de agentes patógenos perjudiciales para la salud. Otro problema que se puede presentar con la simple utilización de Membranas es que solamente con sistemas físicos no se retienen todos los coliformes presentes en las aguas residuales (Judd et al 2000), debido a una posible migración de proteínas a través de la membrana.. 3.3.2. Tratamiento con Contactadores biológicos rotatorios o Bio – discos (RBC) Un RBC o biodisco consiste en una serie de placas o discos circulares de material plástico, comúnmente en polietileno de alta densidad, montados sobre un eje. Este eje tiene en sus extremos soportes rotatorios (rodamientos) y en otro de sus extremos un sistema motriz. El sistema motriz es generalmente un motor eléctrico acoplado a un reductor de velocidad que permite el giro del eje. El biodisco se. 39.

(43) instala en un tanque, permitiendo que el material de contacto se sumerja parcialmente en las aguas (Picard, 2005) En un biodisco, los microorganismos se adhieren en la superficie del medio de contacto, hasta formar una película biológica (biomasa) sobre el mismo. Al girar los discos, la biomasa se pone en contacto en forma alternada con el agua a tratar que está en el tanque y con la atmósfera para la absorción de oxígeno (Picard, 2005). Al salir el agua del tanque, los discos percolan una capa líquida sobre la superficie de la biomasa, lo cual permite la oxigenación del agua y de los microorganismos. La oxigenación anteriormente descrita se lleva a cabo por difusión a través de la película líquida que esta adherida a la biomasa. Los microorganismos utilizan el oxígeno molecular disuelto para efectuar la degradación aerobia de la materia orgánica. Cada vez que pasa por el agua en tratamiento, la biomasa absorbe materia orgánica que es utilizada como fuente de nutrientes. (Picard, 2005).. Los principales productos de la oxidación bioquímica son: agua, dióxido de carbono, amoníaco y microorganismos que aumentan la población microbiana. El exceso de biomasa se desprende de los discos debido a las fuerzas cortantes originadas por la rotación de estos al pasar por el agua. Los microorganismos desprendidos se mantienen en suspensión en el líquido, salen del tanque con el agua tratada hacia el clarificador secundario que hace parte del sistema. (Picard, 2005) La rotación del disco cumple con varios propósitos: •. Sirve como dispositivo de mezclado en el tanque. •. Mantiene la biomasa en condiciones aeróbicas.. 40.

(44) •. AES el mecanismo de eliminación del exceso de biomasa en los discos por medio de los esfuerzos cortantes.. •. Sirve. para mantener. en suspensión los sólidos. arrastrados, que. posteriormente son separados en el clarificador secundario.. Estos microorganismos o biomasa se alimentan de la materia orgánica del agua Residual, eliminando así la carga contaminante hasta los valores permitidos por la Normatividad Ambiental vigente para descargas a cuerpos receptores o para el reuso. (Picard, 2005). VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE CBR 1. Estabilidad frente a diferencias de cargas orgánicas e hidráulicas. 2. Estabilidad frente a caudales inferiores al diseño. 3. No tiene recirculación de fangos 4. Bajo consumo de energía eléctrica 5. Admite procesos de nitrificación – desnitrificación 6. Pérdidas de carga mínimas 7. Fango biológico de buena sedimentación 8. Ausencia de malos olores, aerosoles y poco ruido 9. Existen pocos problemas de espumas 10. Necesita bajo tiempo de reacción 11. Sencillez del proceso y mantenimiento 12. Tecnología simple, compacta y económica. 3.4. VIABILIDAD ECONÓMICA Para estudiar la viabilidad económica de los SRAG nos basamos en dos tipos de tecnología para el tratamiento de las AG (Ilustración 6 y 7), descritos en el anterior capítulo. 41.

(45) Ilustración 6. Diagrama general para SRAG usando MBR. Tratamiento MBR. Tanque de ecualización. Cloración. Tanque De Almacenamiento. Lodos. Sistema de alcantarillado Tomado y adaptado de E Friedler et al, 2005. Ilustración 7. Diagrama general para SRAG usando RBC. Tanque de ecualización. Tratamiento RBC. Sedimentación. Filtración. Lodos. Cloración. Tanque de Almacenamiento. Sistema de alcantarillado Tomado y adaptado de E Friedler et al, 2005. 42.

(46) En estudios previos realizados por E Friedler et al en el 2005 determino las funciones de costo para los sistemas de tratamiento propuestos, obteniendo que para un sistema MBR, los costos asociados a la implementación en función del caudal diario tratado son descritos por la ecuación (4) MBR − US $ = 18,853 + 17,945 • Ln(Q). (4). También determinó la función de costo para un sistema de tratamiento RBC en función del caudal diario tratado como lo muestra la ecuación (5). RBC − US$ = 3,590 • Q 0 ,6776. (5). Los costos de separación del sistema combinado tradicional se calcularon mediante análisis de precios, por metro lineal de cada actividad involucrada en la separación de las redes de tubería típicas de una vivienda, obteniendo la tabla 9. Tabla 9. Análisis de precios unitarios para la separación de la red de aguas grises y aguas negras Regatas de 0,1m de espesor en placa de concreto aligerado costo ml Item Cantidad Und Desperdicio Valor unitario VOLQUETA (VIAJE 6M3 Max.3O KM) 0,26 VJ 0% 75.000 MdeO Regatas PLACA ALIGERADA .45 1 ml 0% 1.380 TOTAL. Valor total 19.500 1.380 20.880. Suministro e instalacion tuberia sanitario pavco de 4" costo ml Item Cantidad Und Desperdicio Valor unitario SOLDADURA PVC LIQUIDA ¼ GL 0,02 gal 0,10% 62.040 TUBO SANITARIO 4" PVC PAVCO 1 ml 2% 19.346 UNION SANITARIA 4" PAVCO 1 un 0% 5.957 TAPON SANITARIO 6" PVC PAVCO 1 un 0% 7.827 MdeO INSTALCION Y SUMINISTRO 1 ml 0% 4.550 TOTAL. Valor total 1.303 19.733 5.957 7.827 4.550 39.370. Resanes generales para regata de ,10m espesor costo ml Item Cantidad Und Desperdicio Valor unitario MORTERO 1 : 4 ARENA PEÑA (M3) 0,01 m3 10% 212.032 MdeO RESANES GENERALES 0,1 m2 0 2830 TOTAL. Valor total 2.332 283 2.615. COSTO TOTAL POR ML SEPARACION DEL SISTEMA COMBINADO DE AG Y AN. 62.865. 43.

(47) Posterior a esto se realizó el cálculo de los costos, Suponiendo que la tubería principal de aguas negras de las unidades residenciales era de 6” y las secundarias de 4”, de lo anterior concluimos que por cada metro lineal de separación de redes tiene un costo de 62,865 pesos. La distribución de aguas negras en la mayoría de hogares esta conformada por un ducto principal ubicado en el centro de la vivienda y cercano a los desagües de baños, cocina y patio de ropas. En promedio estas distancias son de 2 metros, valor que se uso el análisis de viabilidad.. Debido a que la producción de AGs no es continua en el tiempo, como lo muestra la figura 12 perteneciente a un estudio de la producción de AG en un college en el reino unido, donde se muestra las diferencias entre la producción AG y la demanda, para la descarga de los sanitarios. Esta variación en la producción hace necesario la instalación de tanques de almacenamiento para normalizar su consumo, maximizando de esta forma el uso de AG y minimizando el agua potable usada para la recarga de las cisternas de los baños. Gráfico 12. Producción típica de AG y consumo de las cisternas de los baños caso college of Cran Bedford UK Surendran et al 1998. De acuerdo a la capacidad de tanques consultada en el mercado actual se encontraron tanques de 250, 500, 1000, 2000 y 5000 litros, basándose en que la. 44.

(48) producción de AG de un hogar promedio 5.8 m3 mensuales obtenida en el capítulo 3.2 se hizo un cálculo para obtener una rango de familias atendidas por tanque de almacenamiento, obteniendo la grafica 13 Gráfico 13. Producción acumulada de aguas grises. Acumulacion diaria de AG 6000. Acumulacion (L). 5000 4000 3000 2000 1000 0 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. Familias. Obteniendo una función de costo para los tanques de almacenamiento respectivo para cada rango de familias usuarias de un SRAG. Como lo muestra la tabla 10. Tabla 10. Rangos y costos tanque de almacenamiento. Num ero de Fam ilias atendidas 1 – 18 19 – 37 38 – 75 76 – 150 150 – 375. Capacidad del tanque Lt 250 500 1000 2000 5000. Costo en pesos 79.308 140.760 236.179 411450 1065189. Una vez calculados los costos de separación de la red, los costos de los sistemas de tratamiento ecuaciones (4) y (5) aplicamos la ecuación (3) para determinar los costos de la implantación de un SRAG. Ci = Csep + Csis + Calma. (3). 45.

(49) Realizando el análisis en un rango de 375 familias para cada sistema de tratamiento (MBR y RBC), se encontraron los siguientes resultados. El sistema MBR tiene un costo inicial de implementación alto como lo muestra el gráfico 14. Su costo de implementación para solo un usuario es de 9 millones de pesos y para un número de 100 familias el costo por familia es de 2 millones. Gráfico 14. Costo inicial de implementación MBR. Costos que en comparación con un sistema de tratamiento RBC son elevados, ya que como lo muestra la figura 15 el costo inicial para un solo usuario es de 2.5 millones, lo que lo hace mas accesible para un menor número de familias atendidas, en este caso el costo para 50 familias sería de 1 millón de pesos.. 46.

(50) Gráfico 15. Costo inicial de implementación RBC. Finalmente considerando los costos de operación y mantenimiento, discriminados para cada sistema de tratamiento (MBR y RBC), Teniendo en cuenta que el sistema MBR necesita un mantenimiento preventivo a la membrana realizado con químicos anualmente (E Friedler et al, 2005), lo que incrementa los costos normales de operación y mantenimiento en comparación con el sistema de tratamiento RBC. En cuanto a la dosis de cloro recomendada debe se 3 mg/ Lt (AWWA 1998) lo que representa un costo de 10.790 pesos por kilo de cloro. Se hizo un análisis por separado para los estratos 3 y 4, y otra para el estrato 5 debido a que el precio en las tarifas es diferente en estos estratos y por lo tanto el beneficio por utilizar el SRAG será distinto para diferentes estratos, por otra parte el costo generado por el consumo de energía eléctrica es el mismo para los diferentes estratos con una tarifa única de 227 pesos por Kwh. Usando la metodología descrita para el análisis económico se obtuvieron los siguientes resultados:. 47.

(51) Para el sistema MBR analizado en los estratos 3 y 4, la inversión realizada se recupera en los periodos de 20 y 30 años vida útil analizados, como lo muestra la grafica 16, con la desventaja que es necesario un número muy alto de usuarios. Gráfico 16. Viabilidad SRAG con MBR para estratos 3 – 4 por usuario. Debido a que el beneficio en el estrato 5 es mayor debido a que la tarifa es más alta que en los estratos 3 y 4, la inversión inicial más los intereses se recupera para los periodos de vida analizados a diferencia que en los estratos 3 y 4, Para un estrato 5 con una población de 140 usuarios se recupera la inversión inicial de1.5 millones de pesos en 30 años más el costo del capital invertido, es decir más los intereses que generaría 1.5 millones en un deposito a termino fijo, lo cual se cumple en los demás escenarios analizados a continuación, Para una vida útil de 20 años, son necesarios 175 usuarios para recuperar una inversión de 1.3 millones. Como lo muestra la grafica 17, finalmente para una vida útil de 10 años se necesita una población de 300 usuarios para recuperar la inversión inicial 0.9 millones.. 48.