Propuesta de diseño de una planta de tratamiento de agua residual por zanjón de oxidación para el casco urbano del municipio de Vélez Santander

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(1)PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL POR ZANJON DE OXIDACION PARA EL CASCO URBANO DEL MUNICIPIO DE VELEZ -SANTANDER.. LADY JOHANA GALEANO NIETO VIVIAN DANIELA ROJAS IBARRA. UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL TRABAJO DE GRADO BOGOTA D.C. 2016.

(2) PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL POR ZANJON DE OXIDACION PARA EL CASCO URBANO DEL MUNICIPIO DE VELEZ - SANTANDER.. LADY JOHANA GALEANO NIETO VIVIAN DANIELA ROJAS IBARRA. Trabajo de investigación para optar al título de Ingeniero Civil. Director del Proyecto Ing. Felipe Santamaría Álzate. UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL TRABAJO DE GRADO BOGOTA D.C 2016.

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(4) Nota de aceptación. ______________________________________. ______________________________________. ______________________________________. ______________________________________ Director de Investigación Ing. Felipe Santamaría Álzate. ______________________________________ Jurado. Bogotá D.C, noviembre, 2016.

(5) En esta etapa tan trascendental de mi existencia, quiero ofrecer un sentido agradecimiento dedicando este trabajo, al esfuerzo inmarcesible realizado por mis padres en aras de ver plasmado mi sueño como profesional, y desde mi posición tan humilde le otorgo la gloria a Dios porque sin su voluntad mi logro no se hubiese culminado, gracias a todas y cada una y de las personas que apostaron a mi causa y nunca dudaron de mis capacidades; a mi padre Álvaro Francisco Rojas y su psicología inversa que siempre desafío mi ego, pero ahora comprendo su altruismo, ese que solo buscaba mantener mi lado gladiador incólume siempre dispuesto a dar lo mejor de mi desafiando cualquier obstáculo que emergiera en el camino, a mi madre Rosa Amelia Ibarra , esa mujer que dispuesta a todo fue mi cimiento y las columnas que sostuvieron con orgullo y dedicación mi más añorado sueño que hoy veo realizado, y a mi hermano Álvaro Andrés Rojas que siempre me alentó a seguir y creyó en mi ciegamente, gracias por todo el amor y el apoyo.. VIVIAN DANIELA.

(6) Dedico esta tesis primeramente a Dios, que fue el que me permitió culminar con éxito esta hermosa etapa de mi vida, etapa en la cual pude entender y valorar cada una de las bendiciones con las cuales él me rodea A mi madre, Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por infundir en mi la lucha y el deseo de superación, resaltando su apoyo en los momentos de duda, desesperación y felicidad. A mi padre, por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y su apoyo incondicional. LADY JOHANA.

(7) AGRADECIMIENTOS. Las autoras expresan su agradecimiento a: Nos encontramos agradecidas por el esfuerzo y dedicación que como director de trabajo de grado ha realizado el ingeniero Felipe Santamaría Álzate; aportando a una noble causa, que ha hecho suya, guiándonos para contribuir al progreso de la infraestructura de un país en desarrollo, desde sus conocimientos como ingeniero sanitario y ambiental y especialista en saneamiento básico. A la Universidad Católica de Colombia por abrir sus puertas y crear espacios académicos, a través de sus diferentes áreas del conocimiento, para nuestra formación como profesionales..

(8) TABLA DE CONTENIDO 1. GENERALIDADES .........................................................................................23 1.1. PERFIL DEL PROYECTO .......................................................................23. 1.1.1 Ubicación geográfica. ............................................................................23 Limites: ..................................................................................................23 1.1.3 Clima. .....................................................................................................24 1.1.4 Fuentes hidrográficas. ...........................................................................24 1.1.5. Población ..............................................................................................24 1.2. ANTECEDENTES....................................................................................25. 1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .....................................................26. 1.4. OBJETIVOS ............................................................................................26 General ..................................................................................................26 Específicos ............................................................................................26. 1.5. JUSTIFICACIÓN......................................................................................27. 1.6. DELIMITACION .......................................................................................28. 1.6.1 Alcance. .................................................................................................28 1.6.2. Tiempo. .................................................................................................28 1.6.3 Espacio. .................................................................................................28 1.6.4 Limitaciones. ..........................................................................................28 1.7. MARCO TEORICO ..................................................................................28. 1.7.1 Impactos negativos en la salubridad ciudadana. ...................................29 1.7.2. Estado de infraestructuras de servicios de agua potable y saneamiento básico del municipio de Vélez.........................................................................29 1.8. ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LA PTAR ..........................................30. 1.81. Tratamiento preliminar ...........................................................................30.

(9) 1.8.2 Cribado. .................................................................................................30 1.8.3 Desarenador ..........................................................................................31 1.8.4 Tratamiento secundario. ........................................................................32 1.8.5 Zanjón de oxidación. ..............................................................................32 1.8.6 Aireación prolongada. ............................................................................35 1.8.7 Sedimentador secundario. .....................................................................36 Criterios generales para el diseño de tanques de sedimentación ..........37 Tipos de tanques de sedimentación: .....................................................37 1.8.10 Tanque secundario de sedimentación .................................................38 1.8.11 Tratamiento de lodos. ..........................................................................39 1.8.12 Tipos de lodos......................................................................................40 1.8.13 Características de los lodos .................................................................41 1.8.14 Métodos de tratamiento de lodos. ........................................................43 1.8.15 Secado de lodos. .................................................................................44 1.8.16 Objetivos del secado de lodos: ............................................................45 1.8.17 Lechos de secado de arenas ...............................................................45 1.9. MARCO CONCEPTUAL ..........................................................................47. 1.9.1 Saneamiento básico. .............................................................................47 1.9.2 Aguas residuales. ..................................................................................47 Coliformes. ...........................................................................................48 Alcantarillado combinado. ....................................................................48 D.B.O. ....................................................................................................48 D.Q.O. ..................................................................................................48 RAS-2000. .............................................................................................48 Lodos activados. ..................................................................................49 1.9.7 Zanjón de oxidación. ..............................................................................49 1.9.8 Política y normatividad relacionada con el manejo y tratamiento de......49 1.10. METODOLOGIA ......................................................................................51. 1.10.1 Recolección de información .................................................................51.

(10) 1.10.2 Análisis de datos. .................................................................................51 1.10.3 Diseño hidráulico de la planta. .............................................................51 2. DISEÑO METODOLOGICO ...........................................................................53 2.1. PROYECCION DE LA POBLACION .......................................................53. 2.1.1 Método geométrico. ...............................................................................53 2.1.2 Periodo de diseño. .................................................................................54 2.1.3 Dotación.................................................................................................54 Consumo domestico ..............................................................................54 2.1.5 Estimación del consumo medio diario por habitante ..............................55 2.1.6 Estimación de la población servida. .......................................................55 2.1.7 Caudal Medio Diario. .............................................................................58 2.1.6 Caudal Máximo horario. .........................................................................58 2.1.7 Caudal de diseño. ..................................................................................58 Estimación de la población y caudal de diseño......................................59 2.2. CANAL DE ENTRADA .............................................................................60 Diseño canal de entrada ........................................................................61. 2.3. PRETRATAMIENTO................................................................................62. 2.3.1 Diseño de estructura de cribado. ...........................................................62 2.3.2 Perdidas en rejillas.................................................................................62 Diseño estructura de cribado .................................................................65 2.4. DESARENADOR .....................................................................................66 Consideraciones de diseño ....................................................................66 Diseño de desarenador..........................................................................69. 2.5. TRATAMIENTO SECUNDARIO ..............................................................70. 2.5.1 Zanjón de oxidación ...............................................................................70 Diseño del zanjón de oxidación .............................................................74 2.6. SEDIMENTADOR SECUNDARIO ...........................................................76 Diseño de sedimentador secundario......................................................78.

(11) Fuente. Autores ..................................................................................................78 2.7. RECIRCULACIÓN DE LODOS................................................................79 Diseño de recirculaciòn..........................................................................80. 2.8. TRATAMIENTO DE LODOS ...................................................................80. 2.8.1 Producción de lodos. .............................................................................80 2.8.2 Lechos de secado de arenas. ................................................................81 2.8.3 Geometría. .............................................................................................81 Drenajes ................................................................................................81 2.8.5 Granulometrías. .....................................................................................81 2.8.6 Recolección de percolados ....................................................................82 2.8.7 Disposición de lodos. .............................................................................82 2.8.8 Necesidad de Cobertura. .......................................................................82 2.8.9 Operación y mantenimiento. ..................................................................82 2.8.10 Eficiencias típicas de remoción ............................................................83 Diseño de tratamiento de lodos ...........................................................83 3. CONCLUSIONES ...........................................................................................85. 4. RECOMENDACIONES ...................................................................................87. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................88 Anexo .....................................................................................................................92.

(12) LISTAS DE TABLAS Tabla 1. Población de Vélez Santander .................................................................24 Tabla 2. PTAR por zanjón de oxidación .................................................................29 Tabla 3. Principales fuentes de solidos ..................................................................40 Tabla 4. Características de los lodos .....................................................................41 Tabla 5. Descripción de los lodos producidos por los procesos de tratamiento .....42 Tabla 6. Concentraciones típicas de sólidos y DBO en procesos de tratamiento de lodos. .....................................................................................................................43 Tabla 7. Estudio estadístico DANE ........................................................................53 Tabla 8. Asignación del nivel de complejidad del sistema .....................................54 Tabla 9.Consumo industrial del municipio de Vélez ...............................................55 Tabla 10. Consumo institucional del municipio de Vélez .......................................56 Tabla 11. Consumo escolar municipio de Vélez ....................................................56 Tabla 12. Consumo comercial municipio de Vélez ................................................57 Tabla 13. Consumo público municipio de Vélez ....................................................57 Tabla 14. Caudal de diseño ...................................................................................59 Tabla 15. Continuación ..........................................................................................60 Tabla 16. Canal rectangular ...................................................................................61 Tabla 17. Parámetros de rejillas ............................................................................62 Tabla 18. Coeficiente de pérdida para rejillas ........................................................63 Tabla 19. Calculo rejilla ..........................................................................................65 Tabla 20. Especificaciones del material .................................................................66 Tabla 21. Numero de Hazen ..................................................................................67 Tabla 22. Calculo del desarenador ........................................................................69 Tabla 23. Continuación ..........................................................................................70 Tabla 24. Parámetros de diseño de zanjones de oxidación ...................................71 Tabla 25. Calculo zanjón de oxidación ..................................................................74 Tabla 26. Continuación ..........................................................................................74 Tabla 27. Especificaciones técnicas cepillos de aireación prolongada ..................76.

(13) Tabla 28. Parámetros de diseño de sedimentadores secundarios ........................76 Tabla 29. Calculo sedimentador secundario ..........................................................78 Tabla 30. Calculo recirculación ..............................................................................80 Tabla 31. Eficiencias típicas de remoción ..............................................................83 Tabla 32. Calculo tratamiento de lodos ..................................................................83 Tabla 33. Continuación ..........................................................................................84.

(14) LISTA DE FIGURAS. Figura 1. Ubicación geográfica de Vélez._______________________________ 23 Figura 2. Rejilla __________________________________________________ 31 Figura 3. Desarenador _____________________________________________ 32 Figura 4. Zanjón de oxidación _______________________________________ 36 Figura 5.Partes de un tanque de sedimentación _________________________ 39 Figura 6. Tanque de sedimentación ___________________________________ 39 Figura 7. Procesos principales de tratamiento y disposición de lodos. ________ 44 Figura 8. Lecho de secado__________________________________________ 47 Figura 9. Esquema de funcionamiento de la PTAR _______________________ 60 Figura 10. Diferentes formas de barrotes de rejillas ______________________ 63 Figura 11. Curva rotor de aireación tipo mr10 ___________________________ 75.

(15) LISTA DE ANEXOS. Anexo A. Estudio físico- químico de los vertimientos ............................................92 Anexo B. Rotores del zanjón..................................................................................94 Anexo C. Esquema general de la planta ................................................................96 Anexo D. Esquema de cortes de la planta ............................................................97 Anexo E. Manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de agua residual del municipio de Vélez. ....................................................................98.

(16) GLOSARIO AFLUENTE: “El concepto de afluente es habitual en la hidrología en referencia al cuerpo de agua cuya desembocadura no se produce en el mar, sino que lo hace en un río superior o de mayor importancia. El afluente o tributario se une al efluente en el sitio o zona conocida como confluencia.” (PÉREZ, 2012) AIREACION: “La aireación es el proceso mediante el cual el agua se pone en contacto íntimo con el aire para modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella. su función principal en el tratamiento de agua residuales es proporcionar oxígeno y mezcla en los procesos de tratamiento biológico aerobio.” (ROMERO, 2002). CARGA ORGANICA: “Producto de la concentración media de DBO por el caudal medio determinado en el mismo sitio; se expresa en kilogramos por día (kg/d).” (ROMERO, 2002). CARGA SUPERFICIAL: “Caudal o masa de un parámetro por unidad de área y por unidad de tiempo, que se emplea para dimensionar un proceso de tratamiento, m3 / (m2 día)”. (ROMERO, 2002) DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO: “Cantidad de oxigeno usado en la estabilización de la materia orgánica carbonacea y nitrogenada por acción de los microrganismos en condiciones de tiempo y temperatura especificados. Mide indirectamente el contenido de materia orgánica biodegradable” (ROMERO, 2002) DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO: “Medida de la cantidad de oxigeno requerido para oxidación química de la materia orgánica del agua residual, usando como oxidantes sales orgánicas de permanganato o dicromato en un ambiente ácido y a altas temperaturas.” (ROMERO, 2002) DENSIDAD DE POBLACION: “Número de personas que habitan dentro de un área bruta o neta determinada.” (Dirección General de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000) DESARENADORES: “Cámara diseñada para permitir la separación gravitacional de solidos minerales (arena)”. (ROMERO, 2002) DESHIDRATACION DE LODOS: “Proceso de remoción del agua de lodos hasta formar una pasta.” (ROMERO, 2002) EDAD DE LODO: “Tiempo medio de residencia celular en el tanque de aireación.” (ROMERO, 2002).

(17) EFICIENCIA DE TRATAMIENTO: “Relación entre la masa o concentración removida y la masa o concentración en el efluente, para un proceso o planta de tratamiento y un parámetro especifico, normalmente se expresa en porcentaje.” (ROMERO, 2002). EFLUENTE: “Término empleado para nombrar a las aguas servidas con desechos sólidos, líquidos o gaseosos que son emitidos por viviendas y/o industrias, generalmente a los cursos de agua; o que se incorporan a estas por el escurrimiento de terrenos causado por las lluvias.” (SPINELLI, 2016) EMISARIO FINAL: “Colectores cerrados que llevan parte o la totalidad de las aguas lluvias, sanitarias o combinadas de una localidad hasta el sitio de vertimiento o a las plantas de tratamiento de aguas residuales.” (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2000). EMISARIO: “Canal o tubería que recibe las aguas residuales de un sistema de alcantarillado y las lleva a una planta de tratamiento o de una planta de tratamiento y las lleva hasta el punto de disposición final.” (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2000). FLOC: “Es un conglomerado de partículas sólidas que se genera a través de los procesos de coagulación y floculación. El floc está constituido en primer lugar por los sólidos que se separan del agua, así como también por los sólidos que aporta el coagulante.” (GIL, 2016) FLOCULACIÓN: “Es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que pueden ser depositados llamados floculo. La adición de otro reactivo llamado floculante o una ayuda del floculante puede promover la formación del floculo.” (LENNTECH, 2016) LICOR MIXTO: “Mezcla de lodo activado y aguas residuales en el tanque de aireación que fluye a un tanque de sedimentación secundario en donde se sedimentan los lodos activados.” (ROMERO, 2002) LODOS ACTIVADOS: “Proceso de tratamiento bilógico de aguas residuales en ambiente químico aerobio.” (ROMERO, 2002) POBLACION SERVIDA: “Número de habitantes que son servidos por un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales”. (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2000).

(18) TIEMPO DE RETENCON HIDRAULICO: “Tiempo medio que se demoran las partículas de agua en un proceso de tratamiento. Usualmente se expresa como la razón entre en caudal y el volumen útil.” (ROMERO, 2002) ZANJON DE OXIDACION: “El zanjón de oxidación es un proceso de lodos activados, de tipo aireación prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas, para la aireación y mezcla. Como equipo de aireación y circulación del licor mezclado usa aireadores mecánicos del tipo cepillos horizontales, de jaula o de discos.” (ROMERO, 2002).

(19) RESUMEN La calidad del agua es un factor que limita la disponibilidad del recurso hídrico y restringe su uso. El aumento en la demanda de agua tiene como consecuencia un crecimiento en el volumen de los residuos líquidos, cuya descarga, sin una apropiada recolección, evacuación y tratamiento, perjudica la calidad de las aguas y contribuye con los problemas de disponibilidad del recurso hídrico. (MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2004). El municipio de Vélez Santander tiene una gran necesidad de tratar las aguas residuales ya que no existe ningún sistema que trate estas aguas, por consecuencia, las quebradas donde son vertidas las aguas residuales del alcantarillado del municipio, presenta un alto nivel de contaminación. En el presente trabajo se plantea el diseño hidráulico de una planta de tratamiento de agua residual por zanjón de oxidación, para la remoción del 80% de carga de DBO y solidos suspendidos totales en el efluente final para el casco urbano del municipio de Vélez Santander con el respectivo manual de operaciones y mantenimiento de la PTAR; el diseño está compuesto por diferentes etapas como el tratamiento preliminar y tratamiento secundario, el pre tratamiento comprende un canal de captación, la estructura de cribado y un desarenador de flujo horizontal, el tratamiento secundario está compuesto por el zanjón de oxidación que realiza el proceso biológico , un sedimentador secundario y por último el tratamiento de lodos por medio de lechos de secado de arenas. PALABRAS CLAVES: Cribado, DBO, PTAR, recurso hídrico, sedimentador, zanjón de oxidación. ABSTRACT Water quality is a factor limiting the availability of water resources and restricts its use. The increase in water demand has resulted in a growth in the volume of liquid waste, the discharge without proper collection, disposal and treatment, impairs the quality of water and contributes to the problems of availability of water resources. (MINISTRY OF ENVIRONMENT, HOUSING AND TERRITORIAL DEVELOPMENT, 2004). The municipality of Velez Santander has a great need to treat wastewater because there is no system that treats these waters, consequently, where the streams are discharged wastewater sewer of the municipality, has a high level of contamination. In this work the hydraulic design of a treatment plant wastewater is posed by zanjón oxidation to remove 80% of BOD load and total suspended solids in the final effluent for urban municipality of Velez Santander the respective manual operations and.

(20) maintenance of the wastewater treatment plant; design consists of different stages as the preliminary treatment and secondary treatment, the pretreatment comprises a channel acquisition, the structure of screening and degritter horizontal flow, the secondary treatment is composed of the ditch oxidation performing the biological process a settling tank and finally the sludge treatment by sand drying beds. KEYWORDS: Screening, DBO, wastewater treatment plant, water resources, clarifier, oxidation ditch..

(21) INTRODUCCION. El agua es uno de los compuestos más abundantes de la naturaleza y cubre aproximadamente las tres cuartas partes de la superficie de la tierra. Sin embargo, en contra de lo que pudiera parecer, diversos factores limitan la disponibilidad de agua para uso humano. La eliminación de aguas residuales no tratadas produce impactos ambientales negativos en los cursos de agua receptores, en función de la concentración de contaminantes que dichas aguas contengan. La disposición de los líquidos residuales (sin tratamiento) o pre tratados (rejas y desarenador) en el suelo o cuerpos receptores naturales como ríos, lagunas, constituye una alternativa comúnmente empleada en el pasado, e incluso aún hoy día existen zonas que mantienen esta práctica. Dependiendo de la carga orgánica vertida, los líquidos residuales provocan la total degradación del medio receptor, o bien éste demuestra tener capacidad de recibir y depurar los contaminantes presentes sin alcanzar niveles en sus parámetros de calidad que comprometan el uso del mismo (cualquiera sea éste) o bien el ecosistema que en él se desarrolla. Esto demuestra que la naturaleza tiene condiciones de desarrollar un tratamiento de los líquidos residuales, siempre y cuando no exista una sobrecarga y de que haya buenas condiciones ambientales que permitan la evolución, reproducción y crecimiento de los organismos que descomponen la materia orgánica. (The use of oxidation ditches for treatment of sewage from small communities., 2001). Una planta de tratamiento es un sistema que reproduce los mecanismos de depuración que tienen lugar naturalmente en el suelo y las aguas. En las plantas de tratamiento se optimizan los procesos físicos y bioquímicos, así como los costos que ello implica, haciendo un uso intensivo del área y procurando conseguir la mayor eficiencia posible, a la vez que se respetan las restricciones o exigencias de la normativa con el objeto de proteger el cuerpo receptor (ecosistema) y no afectar los usos que el hombre realiza del mismo. (The use of oxidation ditches for treatment of sewage from small communities., 2001). “El tratamiento de aguas en Colombia se ha convertido en uno de los problemas ambientales más críticos y crecientes. La descarga de aguas residuales domésticas y los vertimientos agropecuarios están contaminando los ríos, las aguas subterráneas, los humedales y las represas de agua, causando un grave daño al medio ambiente y a la salud humana”. (ENDESA, 2015) Es de gran importancia para la salud, el bienestar de la población, el desarrollo del país, y para la mitigación de los impactos ambientales negativos tratar las aguas, 21.

(22) debido a que son utilizadas indiscriminadamente como en el riego de cultivos, donde los agricultores causantes de contaminación, pueden ocasionar enfermedades gastrointestinales, por la utilización de agua residual sin tratar o con un tratamiento muy deficiente. El presente proyecto tiene como propósito realizar el diseño hidráulico de la planta de tratamiento de aguas residuales para el casco urbano del municipio de Vélez Santander, teniendo en cuenta la necesidad del municipio ya que la entrega de aguas residuales se hace directamente a las zanjas naturales o a las quebradas, sin ningún tipo de tratamiento, buscando la opción más óptima y viable para el municipio.. 22.

(23) 1 1.1. GENERALIDADES. PERFIL DEL PROYECTO. 1.1.1 Ubicación geográfica. El Municipio de Vélez está situado al sur del departamento de Santander, distante unos 231 km de la capital, Bucaramanga, y aproximadamente a 200 km de la ciudad de Bogotá. (ALCALDÍA DE VÉLEZ SANTANDER, 2016). Limites:    . Sur: Chipata. Norte: Barbosa. Oriente: Guepsa. Occidente: Landázuri.. Su extensión total es de 27 134 Km2; extensión área urbana de 11 097Km2, extensión área rural 16 037 Km2. La altitud en la cabecera municipal es de 2.050 msnm (casco urbano). (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016) Figura 1. Ubicación geográfica de Vélez.. Fuente. (FONTECHA, 2014) 23.

(24) 1.1.3 Clima. Su temperatura media es de 17°C. Vélez está ubicada en la bio-región sub-andina de Santander con una variedad de microclimas y un escenario paisajístico envidiable propicio para el desarrollo de diferentes actividades agrícolas y ganaderas, cuenta con un ecosistema estratégico indispensable para el desarrollo económico del municipio de Vélez que se ha venido afectando por la deforestación en especial en las fuentes hídricas que abastecen de agua al municipio en el sector urbano y rural. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016) 1.1.4 Fuentes hidrográficas. Presenta límites físicos naturales representados al Norte y oriente con el río Opón que lo delimita con los municipios de Simacota y Santa Helena del Opón, al oriente con el río Quiratá, que lo separa del municipio de la Paz; con el municipio de Chipatá lo delimita la Loma Alta, La Cuchilla, el boquete de Jaime; al oriente y sur oriente la Quebrada Ropero lo limita de Güepsa y Barbosa; al sur – occidente la Quebradas Sacana, la Quebrada Canoas y Ceniza lo separa de Guavatá; al occidente con el municipio de Bolívar lo delimita las Quebradas Honda, Bohórquez, el Río Aguamiel y la Quebrada Amarillo, mientras con el Municipio de Landázuri el Río Blanco en algunas secciones de su curso y la Quebrada Larga. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016) Las principales fuentes hídricas en las cuales se depositan las Aguas residuales conducidas a través de las 3 redes sanitarias urbanas descargan a: La Quebrada El Hospital o de las Flores, con un punto de vertimiento la red número uno (1). La Quebrada el Palenque llega parte de las aguas de la red tres (3). La Quebrada Puente Tabla recibe en tres puntos las aguas servidas de la Red tres. Al Zanjón Puente de los Ríos llegan las aguas de la red dos (2) o zona central y parte de la red uno, Las Quebradas El Hospital, Palenque, Puente Tabla y Zanjón Puente de los Ríos, son tributarias de la Quebrada el Ropero. (ALCALDÍA DE VÉLEZ SANTANDER, 2016). 1.1.5. Población. La población del municipio de Vélez fue tomada de los resultados del último boletín del DANE censo general 2005, considerando que el presente trabajo se realizara en la zona de cabecera municipal, los datos más recientes por viviendas y personas se encuentran en la tabla1. Tabla 1. Población de Vélez Santander Viviendas Hogares Área censo general. Personas. Proyección. 2005. población 2010. Cabecera. 2.051. 2.581. 9.592. 10.019. Resto. 2.871. 2.572. 9.673. 9.374. Total. 5.372. 5.153. 19.262. 19.393. Fuente.(DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO NACIONAL DE ESTADÍSTICA, 2016). 24.

(25) 1.2. ANTECEDENTES. Desde tiempos atrás algunas culturas tanto orientales como occidentales, empleaban el agua de fuentes aledañas al lugar de su asentamiento, quienes después de su utilización la reingresaban de diversas formas a la misma fuente, dejando a la naturaleza a cargo de la depuración del líquido. Mientras la población no fuera excesiva, el agua se diluía sin mayor problema y los pobladores de aguas abajo podían usarla con mínimo riesgo. La gravedad se fue presentando a través del tiempo debido a que fue aumentando la población que devolvían aguas altamente contaminadas y la naturaleza no tiene capacidad para depurarlas. El tratamiento de las aguas residuales nace en la necesidad de eliminar toda aquella sustancia o componente que pueda producir daños al medio ambiente y riesgos para la salud humana. “Su utilización comienza a finales del año 1800 y principios del actual siglo y coincide con la época de la higiene”. (CISNEROS JIMÉNEZ, 2008) A fin de evitar estos problemas se idearon y llevaron a la práctica nuevos métodos de tratamiento intensivo. De este modo, “se estudió la precipitación química, digestión de fangos, filtración intermitente en arena, filtración en lechos de contacto y finalmente en 1916 se creó la primera planta tratamiento municipal de agua residual en Estados Unidos”. (CISNEROS JIMÉNEZ, 2008) La construcción de sistemas de tratamientos de aguas en Colombia es una práctica relativamente reciente. Colombia trata el 10% de las aguas residuales a pesar de contar con una capacidad instalada que alcanzaría el 20% (EL ESPECTADOR, 2016). Según un estudio de UNICEF, menos de la cuarta parte de los municipios de 21 departamentos analizados cuentan con una planta de tratamiento de aguas residuales. (ENDESA, 2015) En la actualidad la zona de estudio específico del tratamiento de agua residual corresponde al casco urbano perteneciente al Municipio de Vélez, el cual cuenta con un sistema de alcantarillado de aguas residuales combinado, que fue construido en 1965 aproximadamente, donde el manejo de aguas residuales en las zonas rurales se realizaba mediante pozos sépticos artesanales y “hoy el servicio público de alcantarillado cuenta con nivel moderado, debido a que mantiene una cobertura total de las domiciliarias de la población objetivo, sin contar con la expansión urbanística del casco urbano”. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016) Diariamente las actividades socioeconómicas descargan a los cuerpos de agua, sustancias de características diversas como residuos sólidos, material orgánico, compuestos químicos, metales y material vegetal, entre otros. Cuyas principales fuentes de degradación son las actividades domésticas, industriales y agropecuarias, las cuales han originado a través de los años una afectación de los sistemas hidrobiológicos y una alteración de la calidad del agua.. 25.

(26) 1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.. El municipio de Vélez no cuenta con una planta de tratamiento de agua residual en el casco urbano, por lo tanto los vertimientos o entregas de agua residual se hacen directamente a las quebradas provenientes del sistema de alcantarillado combinado, los cuales se hacen sin ningún tipo de tratamiento, ni control al cuerpo natural, ocasionando impactos negativos sobre el medio ambiente, problemas de salud y malos olores en la población, las viviendas y las fincas ubicadas en el área de vertimiento. “El aumento de caudal, las altas pendientes de este cauce y la elevada susceptibilidad por su conformación litológica y tipología de suelos, están generando procesos de inestabilidad del terreno en el punto de entrega”, además aguas abajo de la entrega estas aguas son utilizadas para riego, por consiguiente es necesario construir un tratamiento para el agua residual, sobre las descargas directas o aguas arriba del sitio de vertimiento, con el fin de poder hacer una reutilización de aguas servidas aptas para la agricultura. (CASTAÑEDA, 2012) La falta tratamiento contribuye a la proliferación de moscas y zancudos causantes de enfermedades transmisibles como el dengue, paludismo y enfermedades gastrointestinales que afectan a la comunidad veleña, lo que conlleva a dar solución a la siguiente pregunta ¿Cómo implementar un tratamiento que garantice una remoción de contaminación por la descarga de esta agua residual a las fuentes hídricas del casco urbano del municipio de Vélez? 1.4. OBJETIVOS General. Proponer el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para mejorar la calidad de las fuentes hídricas del municipio de Vélez. Específicos  Recopilar información sobre las características fisicoquímicas de las aguas residuales del municipio de Vélez Santander.  Generar los diseños básicos de una planta de tratamiento de agua residual por zanjón de oxidación para la remoción del 80% de carga de DBO y solidos suspendidos totales en el efluente final.  Presentar el manual de operación de la planta de tratamiento de agua residual.. 26.

(27) 1.5. JUSTIFICACIÓN.. Las aguas residuales y su tratamiento son un tema de gran importancia, ya que el agua no es abundante en todas las partes del planeta y hoy en día debido al cambio desmedido de la temperatura ha provocado sequías y racionamiento de agua que han afectado a toda población en los últimos anos. Por eso se requiere cuidar el agua e insistir en aplicar un correcto tratamiento de aguas para así contribuir con el cuidado de la misma. Basado en la ley 09 de 1979 (código sanitario nacional) que compete al saneamiento y específicamente al tratamiento de aguas residuales, donde se estipula que el agua recolectada de los pueblos y ciudades, debe devolverse al medio ambiente en condiciones tales que no la deteriore. (ALCALDIA MAYOR DE BOGOTA, 2016). Las subcuencas las flores y el palenque, que son las fuentes hídricas donde se vierten las aguas residuales del casco urbano presentado un caudal: 9,68 l/s y DBO: 0,5 Ton/día, han venido disminuyendo su caudal y biodiversidad del municipio, por lo cual ha hecho que la corporación autónoma de Santander (CAS) tome medidas y requiera que el municipio ponga en marcha una planta de tratamiento de agua residual. (CASTAÑEDA, 2012) Vélez es considerado como uno de los municipios con escases de agua por este motivo es de vital importancia desarrollar una Gestión Integral de los riesgos asociados a la oferta y disponibilidad del agua. Por lo anterior, es necesario que, en un municipio en desarrollo como Vélez, existan todos los servicios básicos indispensables, por múltiples razones, una de las predominantes es proteger el medio ambiente, mediante el manejo y tratamiento adecuado de las aguas residuales del municipio. Al implementar este tratamiento, se obtendrá reducción del nivel de contaminación del cuerpo receptor, aumento de los niveles de oxígeno disuelto, de flora ,y fauna característica, disminución al municipio o municipios vecinos de los recursos invertidos para potabilización del agua de poblaciones ubicadas aguas abajo de los sitios de vertimiento, reducirá la vulnerabilidad a las enfermedades infecciosas, mejorara la calidad de vida de los habitantes al igual que la imagen urbana y esto ayudara al desarrollo integral de la ciudad. Por ende, se decide a realizar una propuesta de diseño hidráulico de tratamiento de las aguas residuales en esta zona que beneficiara a futuras generaciones.. 27.

(28) 1.6. DELIMITACION. 1.6.1 Alcance. Realización de la propuesta del diseño hidráulico de la planta de tratamiento de aguas residuales para el casco urbano del municipio de Vélez Santander en un tiempo estimado de seis meses, la propuesta incluirá la recopilación de información del análisis de la DBO generada en la cabecera municipal de Vélez Santander, y el diseño hidráulico de la planta de tratamiento de aguas residuales por zanjón de oxidación con el manual de operación de la planta. 1.6.2. Tiempo. El trabajo de grado se realizó en un tiempo aproximadamente de 6 meses, fecha de iniciación 1/06/2016, fecha de finalización 22/10/2016. 1.6.3 Espacio. El trabajo de investigación se limita para el casco urbano en el municipio de Vélez Santander ya que para esta región fue realizado el diseño hidráulico de la planta de tratamiento de agua residual. 1.6.4 Limitaciones. Se presentaron dificultades en el desplazamiento hacia Vélez Santander ya que por motivos de tiempo no se pudo viajar con más frecuencia, otra limitación fue el hecho de no tener facilidad de acceso a los datos actualizados por parte de la alcaldía municipal de Vélez, esto causo un mayor tiempo para recopilar la información requerida para el proyecto. 1.7. MARCO TEORICO. En Colombia a partir del desarrollo industrial y el rápido crecimiento de la población se vio afectado los cauces naturales y el deterioro de los ecosistemas presentes en ellos, lamentablemente las industrias no encaminaban su interés en estos problemas ambientales. Por esta razón el Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo implemento nuevas normas de vertimientos como la reglamentada en el artículo 28 del decreto 3930 de 2010, actualizada el decreto 1594 de 1984, especialmente para las personas que realizan actividades industriales, comerciales o de servicios. Debido a esta situación los municipios comenzaron a desarrollar proyectos de saneamiento ambiental que se centraron en la construcción de plantas de tratamiento de agua residuales para mejorar las condiciones de los causes receptores. En Colombia en 989 localidades, en áreas con menos de 30.000 habitantes, el 78% no tiene tratamiento alguno de aguas residuales. En el 2002 en Cundinamarca existían 38 PTAR, Según el CONPES 3177 del 2002 (DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACION, 2002), existían 237 plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas en 235 municipios, con deficiencias como poca capacidad, procesos incompletos o nula operación.. 28.

(29) Principalmente en Cundinamarca se construyeron plantas de tratamiento de aguas residuales por medio de zanjones de oxidación, ver tabla 2. Tabla 2. PTAR por zanjón de oxidación Tratamiento Municipio Caudal (l/s) Biológico Empleado. Cundinamarca Cota 5 Tanque de aireación (Zanjón) Cundinamarca Facatativá 180 Tanque de aireación (Zanjones) Cundinamarca Funza 80 Tanque de aireación (Zanjones) Cundinamarca Guatavita 8 Tanque de aireación (Zanjón) Fuente. (DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACION, 2002) Nombre de la Planta. 1.7.1 Impactos negativos en la salubridad ciudadana. Los impactos más relevantes en el sector de agua potable y saneamiento en el país afectan principalmente a la salud pública, la poca accesibilidad de servicios de agua potable y la falta de higiene y educación ya sea por bajos recursos económicos, manifiestan un nivel de alto riesgo para la salud de los habitantes. Las enfermedades que más se presentan en estos casos son: Enfermedades diarreicas, hepatitis A, tifoidea, cólera, y shigellosis, entre otras. Enfermedades como las diarreicas tienen un costo económico significativo. En Colombia, de 1991 a 1997 se registraron entre 4’400.000 y 3’500.000 casos de enfermedades diarreicas respectivamente. El costo de tratamiento de cada enfermedad se estimó en US $30,00 y el costo de la pérdida de días de trabajo en US $60,00. Por tanto, el costo anual asociado con la morbilidad de índole diarreica anual se estima oscila entre US$315 y 400 millones de dólares de EUA. A una tasa de descuento del 10 % anual, el valor presente neto del costo asociado se estima en más de US $ 3000 millones. (MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2004). 1.7.2. Estado de infraestructuras de servicios de agua potable y saneamiento básico del municipio de Vélez. El municipio de Vélez a través de la empresa municipal de servicios públicos “EMPREVEL E.S.P”, realiza todo lo concerniente con el sistema de acueducto y con el sistema de alcantarillado, está conformada por la escritura #0013 del 9 de enero de 1998, es de tipo estatal y el órgano de sujeción es la superintendencia de servicios públicos, controlándolos mediante la solicitud de informes en el plan de gestión y resultados.. 29.

(30)  Acueducto.. El sistema de acueducto urbano fue construido en 1950, esta abastecido de agua mediante la quebrada Batan, localizada en el municipio de Chipata, quebrada La Peña por gravedad y de pozo verde en el municipio de bolívar por bombeo, posee 3 desarenadores tipo convencional, 3 líneas de conducción por gravedad y 1 por sistema de bombeo en tuberías de diámetro 4” a 8”, 3 tanques de almacenamiento, 1 planta de tratamiento de tipo convencional con una capacidad nominal de 50 lps, además se suministra mediante una red de distribución en tubería de PVC de diámetro 2” a 4”, la cual tiene una cobertura del 100% dentro del área urbana, este acueducto promedia un caudal consumido de 46.10lps y está en regular funcionamiento por el regular estado de las redes. (ALCALDIA VELEZ SANTANDER, 2016).  Alcantarillado. El sistema de alcantarillado sanitario es combinado y de tipo malla cerrada, la red de colectores está instalada en tubería de gres de diámetro 8”, 10” y 12” y se identifican tres redes sanitarias para la prestación del servicio, en sentido occidente a oriente, las cuales circundan el área urbana con una cobertura del 95% además posee 4 vertimientos, en los cuales el agua residual generada es descargada directamente sin ningún tratamiento, ni control, ocasionando impactos negativos sobre las quebradas y el medio ambiente. (ALCALDIA VELEZ -SANTANDER, 2016). 1.8. ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LA PTAR. 1.81. Tratamiento preliminar. Los tratamientos preliminares habitualmente son físicos e implican la reducción de sólidos en suspensión y el acondicionamiento de las aguas residuales para los posteriores procesos de tratabilidad Los tratamientos preliminares fundamentales en un sistema de tratamiento de aguas residuales, son: 1.8.2 Cribado. El cribado es la operación utilizada para separar el material grueso del agua, mediante el paso de ella por una criba o rejilla. El sistema de rejilla es el sistema más utilizado para remover el material contaminante grueso como basuras, de acuerdo con el método de limpieza, las rejillas son de limpieza manual o mecánica. (ROMERO, 2002). 30.

(31) Figura 2. Rejilla. Fuente. (UNAD, 2016). 1.8.3 Desarenador. Esta estructura tiene como objetivo eliminar mediante la sedimentación las arenas, gravas, barro, las partículas más o menos finas de origen inorgánico de manera que la arena retenida no arrastre materias contaminadas, presentes en el agua captada, con el fin de evitar que se produzcan sedimentaciones en los canales y conductos, para proteger las partes móviles de los equipos contra la abrasión y evitar sobrecarga de sólidos en las unidades de tratamiento bilógico.. 31.

(32) Figura 3. Desarenador. Fuente. (ACUEDCUTO, AGUA Y ALCANTARILLADODE BOGOTA, 2016). 1.8.4 Tratamiento secundario. Método de tratamiento mediante los cuales consiguen la remoción de contaminantes por actividad biológica, El tratamiento secundario se aplica cuando se desea eliminar las sustancias orgánicas biodegradables disueltas o en suspensión. El tratamiento secundario también es efectivo en la remoción de nitrógeno. 1.8.5 Zanjón de oxidación. El zanjón de oxidación lo desarrollo Pasveer en 1953, en Holanda, y dos años después se puso en operación el primer prototipo en voorschoten. En 1956, en nittenan, se construyó el primer zanjón alemán. (ROMERO, 2002). El objetivo principal de su desarrollo fue proveer un método de tratamiento de aguas residuales de costo mínimo, e inicialmente los rotores se instalaron en zanjones excavados en tierra, los primeros zanjones de oxidación, de los estados unidos se. 32.

(33) construyeron a comienzos de década de los setenta, principalmente para el tratamiento de caudales ente 1 l/s y 1,8 m3/s. (ROMERO, 2002) El zanjón de oxidación puede ser una alternativa económica en poblaciones medianas, de 1000 a 60000 habitantes, que dispongan de suministro eléctrico confiable y donde la disponibilidad de terreno es escasa y su costo alto. (ROMERO, 2002). Zanjón de oxidación es un proceso de lodos activados del tipo de aireación prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas, para la aireación y mezcla. Usa aireadores mecánicos del tipo de cepillos horizontales, de jaula o de discos. (ROMERO, 2002). “El corazón de la tecnología de zanja de oxidación es el sistema de aireación y la recirculación del licor mixto. Con este sistema, es posible conseguir la eliminación orgánica, eliminación de amoníaco (nitrificación), y la eliminación de nitrato (desnitrificación) en un solo sistema de lodos.” (Investigation of oxidation ditch: performance in tretament of domestic wastewater, 2006). Los tratamientos primarios tales como rejillas y desarenadores normalmente preceden a las zanjas de oxidación. Algunas veces se incluye sedimentación primaria antes de las zanjas, pero este no es el diseño típico. Se pueden necesitar filtros terciarios después de la sedimentación dependiendo de los requisitos de descarga del efluente. La desinfección es requerida y puede necesitarse re aireación antes de la descarga final. El agua que fluye por las zanjas de oxidación es aireada y mezclada con lodo recirculado del sedimentador secundario . (Folleto informativo de tecnología de aguas residuales: zanjas de oxidación, 1999). Aireadores de superficie tales como los de rotores de cepillo, de disco, de chorro o de difusor de burbuja fina son usados para recircular el licor mezclado para acelerar el crecimiento microbiano; al mismo tiempo la velocidad resultante asegura el contacto de los microorganismos con el afluente de agua residual. La aireación aumenta drásticamente el nivel de oxígeno disuelto (O.D.), pero este disminuye debido a que la biomasa consume oxígeno a medida que el licor mezclado se desplaza por la zanja. Los sólidos se mantienen en suspensión a medida que el licor mezclado circula alrededor de la zanja. (Folleto informativo de tecnología de aguas residuales: zanjas de oxidación, 1999). “Cuando los rotores actúan de manera intermitente, la capacidad de aireación por hora debe ser aumentado.” (The use of oxidation ditches for treatment of sewage from small communities., 2001). 33.

(34)  Planta típica de un zanjón de oxidación  No incluye sedimentación primaria.  Utiliza un solo canal concéntrico.  Sedimentador secundario.  Lechos de secados de lodos.  Los canales de aireación tienen profundidades entre 1.2 y 1.8 m o 3 a 3.6 m con paredes laterales de 45º.  Los aireadores pueden instalarse fijos o flotantes. Sobre uno o más sitios a lo largo del canal para suministrar suficiente velocidad dentro del zanjón.  Velocidad mayor a 0.30 m/s (para mantener el oxígeno disuelto requerido)  Los cepillos operan a velocidades de 60 a 110 RPM con sumergencia de 5 a 30 cm.  Por seguridad se instalan dos aireadores.  Para el sedimentador secundario se utilizan cargas superficiales de diseño de 15 a 20 m/d para caudales promedios y de 40 a 80 m /d para caudales pico.  Profundidad de 3 a 4.2m (sedimentador)  El zanjón de oxidación adecuadamente diseñado provee remociones promedio de DBO mayores de 85% con aguas residuales municipales.  Ventajas del zanjón de oxidación  Nivel mayor de confiabilidad y desempeño debido a que el nivel constante de agua y la descarga continua reduce la tasa de rebose del vertedero y eliminan la sobrecarga periódica del efluente.  El tiempo extendido de retención hidráulica y la mezcla completa minimizan el impacto de cargas contaminantes extremadamente altas o de sobre cargas hidráulicas.  Produce menos lodos que otros sistemas biológicos debido a la extensa actividad biológica durante el proceso de lodos activados.. 34.

(35)  Reducción de consumo de electricidad. 1.8.6 Aireación prolongada. La aireación prolongada se enmarca dentro los procesos de fangos activos. En él, el agua residual, tras una etapa de pretratamiento (desbaste, desarenado y desengrasado) se introduce en una cuba de aireación o reactor biológico en el que se mantiene un cultivo bacteriano en suspensión denominado licor mezcla- y formado por un gran número de microorganismos agrupados en flóculos o grumos. En caso que la biomasa permanezca en el sistema por un periodo más largo, del orden de 18 a 30 días (de allí el nombre de aireación prolongada) recibiendo la misma carga de DBO del agua residual cruda que el sistema convencional, habrá menor disponibilidad de alimento de bacterias. La cantidad masa-de biomasa (kgSSVTA) es mayor que en el sistema de lodos activados convencional, el volumen del reactor aerobio es también más elevado, y el tiempo de retención del líquido oscila entre 16 y 24 horas, por lo tanto, hay menos materia orgánica por unidad de volumen del tanque de aireación y también por unidad de biomasa de reactor. Como consecuencia, las bacterias, para sobrevivir, pasan a utilizar de forma más intensa en sus procesos metabólicos la propia materia orgánica biodegradable componente de sus células. Esta materia orgánica celular es convertida en gas carbónico y agua a través de la respiración. Esto corresponde a una estabilización de la biomasa que ocurre en el propio tanque de aireación. (SPERLING, 2014) Ya que no hay necesidad de estabilizar el lodo biológico de exceso, también se trata de evitar en el sistema de aireación prolongada la generación de alguna otra forma de lodo, que pueda requerir posterior estabilización. De este modo, los sistemas de aireación prolongada usualmente no poseen sedimentadores primarios, para evitar la necesidad de estabilizar el lodo primario. Con ello, obtienen una gran simplificación en el flujograma del proceso: no hay sedimentadores primarios ni unidades de digestión de lodo. (SPERLING, 2014) El proceso de lodos activados de aireación prolongada opera con mezcla completa y requiere los organismos en la fase endógena de crecimiento; por ello se necesita una relación A/M baja, concentración SSVLM, Y tiempo de aireación largo. (ROMERO, 2002). Una relación ampliamente utilizada por los diseñadores y operadores de plantas de tratamiento es la llamada carga de lodo, o relación A/M (alimento/microorganismo), o también F/M (food-to-microorganism ratio). Dicha relación se basa en el concepto de que la cantidad de alimento o sustrato disponible por unidad de masa de los microorganismos está relacionada con la eficiencia del sistema. Así, se puede entender que, cuanto mayor sea la carga de DBO proporcionada a un valor unitario de biomasa (elevada relación A/M), menor será la eficiencia en la asimilación de este sustrato, pero, por otro lado, menor será también el volumen requerido para el reactor. Inversamente, cuanto menos DBO sea proporcionada a las bacterias (baja 35.

(36) relación A/M), mayor será la avidez por el alimento, implicando una mayor eficiencia en la remoción de la DBO, junto con el requisito de un mayor volumen para el reactor. En la situación que la cantidad de alimento proporcionada es muy baja, entra a prevalecer el mecanismo de la respiración endógena, característico de los sistemas de aireación prolongada. (SPERLING, 2014) Figura 4. Zanjón de oxidación. Fuente. (EMPRESA DE SERVICIOS PÚBLICOS DE EL ROSAL., 2016) 1.8.7 Sedimentador secundario. Lo sedimentadores son diseñados para remover la materia orgánica soluble y coloidal que permanece después del tratamiento primario. (ROMERO, 2002) Se encuentran varios tipos de sedimentación como:  Sedimentación primaria: para remover solidos sedimentables y material flotante de aguas residuales crudas, reduciendo el contenido de solidos suspendidos.  Sedimentación intermedia: para remover sólidos y crecimientos biológicos preformados en reactores biológicos intermedios como los filtros percoladores de primera etapa.. 36.

(37)  Sedimentadores secundarios: para remover la biomasa y solidos suspendidos de reactores bilógicos secundarios, como los procesos de lodos activados y los filtros percoladores.  Sedimentadores terciarios: para remover solidos suspendidos y floculados, o precipitados químicamente en plantas de tratamiento de aguas residuales. Criterios generales para el diseño de tanques de sedimentación  Proveer adecuada y rápida recolección del lodo sedimentado, así como de la espuma.  Minimizar las corrientes de salida, limitando las cargas de rebose sobre el vertedero. El efluente debe salir sin alterar el contenido del tanque.  Proveer profundidad suficiente para almacenar lodo y permitir su espaciamiento adecuado.  Borde libre mayor de 30 cm.  Reducir efectos del viento mediante pantallas y vertederos. Tipos de tanques de sedimentación:  Tanques de flujo horizontal: son rectangulares en planta, con el fondo inclinado hacia una tolva de extracción de lodos en el extremo de entrada.  Tanques de flujo radial: son circulares en planta, con el fondo inclinado hacia un pozo central; el afluente ingresa por el centro, en un nivel inferior al del vertedero perimetral de salida, existiendo un flujo tanto radial como ascensional, de velocidad decreciente entre la entrada y la salida.  Tanques de flujo ascensional: pueden ser cuadrados o circulares en planta, constituidos como una pirámide o invertido, con el fondo fuertemente hacia un pozo central; el afluente entra por el centro y fluye hacia abajo, para luego moverse radial y ascensionalmente hacia el vertedero de salida. (ROMERO, 2002) El tanque de sedimentación para la PTAR de Vélez Santander es de flujo radial. Los tanques de sedimentación también se clasifican según el método de recolección y extracción de lodos.  Tanques de flujo horizontal con recolección manual y remoción mediante vaciado del tanque.. 37.

(38)  Tanques de flujo horizontal con recolección mecánica y remoción mediante vaciado del tanque.  Tanques de flujo ascensional con recolección mediante asentamiento en una tolva profunda y extracción mediante presión provista por una cabeza diferencial.  Tanques de flujo horizontal y de flujo radial con recolección mecánica y extracción mediante presión provista por una cabeza diferencial. 1.8.10 Tanque secundario de sedimentación. El tanque secundario es importante debido a la carga grande de sólidos y a la naturaleza esponjosa del floculo biológico de los lodos activados. Los tanques de sedimentación secundaria son generalmente circulares, pero se han construido en formas rectangulares, cuadradas, hexagonales y octogonales. El mecanismo de remoción más utilizado es el de tipo cadena y paletas metálicas preferiblemente de plástico, el cual permite una remoción continúa de sólidos. (ROMERO, 2002). Para tanques circulares con tolvas, se recomienda una pendiente de fondo de 1/12, si se realiza el mecanismo de remoción de sólidos en suelo plano se propone minimizar la carga superficial en aproximadamente 7 m/d. (ROMERO, 2002) La profundidad óptima de un tanque de sedimentación secundaria depende de diversas variables; una de ellas es aumentar la profundidad para mejorar la eficiencia, pero un tanque poco profundo también puede operar con igual de eficiencia que un taque profundo si se mantiene un manto de lodo poco profundo. Igualmente se debe tener en cuenta que un manto de lodos grueso mejora la concentración de solidos de lodo y disminuye los requerimientos de recirculación y tratamiento posterior de ellos. (ROMERO, 2002) La estructura de entrada del sedimentador secundario debe diseñarse para velocidades de flujo menores de 0.6 m/s, con el fin de minimizar la rotura del floc biológico. La carga de rebose sobre el vertedero de salida es generalmente menor de 2.2 l/sm, sin embargo, muchos autores reconocen que dicha carga puede ser bastante mayor. (ROMERO, 2002). 38.

(39) Figura 5.Partes de un tanque de sedimentación. Fuente. (BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL, 2016) Figura 6. Tanque de sedimentación. Fuente. (CONSULTORIBUS S.A DE C.V, 2016) 1.8.11 Tratamiento de lodos. En los tanques de sedimentación se producen grandes volúmenes de lodos con alto contenido de agua; su deshidratación y disposición final pueden representar un alto porcentaje del costo del tratamiento de agua.. 39.

(40) 1.8.12 Tipos de lodos. Los lodos que se producen en los procesos de tratamiento de aguas son principalmente los siguientes:  Lodo primario proveniente de la sedimentación de aguas residuales.  Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residuales.  Lodos digeridos provenientes de los dos anteriores, separados o mezclados.  Lodos provenientes de la coagulación y sedimentación de aguas.  Lodos provenientes de plantas de ablandamiento.  Lodos provenientes de desarenadores y rejillas. En la tabla 3 se resumen las principales fuentes de sólidos y de lodos en una planta convencional de tratamiento de aguas residuales. Tabla 3. Principales fuentes de solidos. Fuente. (ROMERO, 2002) Los lodos generados en el tren de tratamiento de aguas diseñado para el municipio de Vélez, están constituidos por:  Solidos gruesos, retenidos por la criba son removidos manual o mecánicamente.  Arena y espuma, a menudo se omite la remoción de espuma en desarenadores.. 40.

(41)  Sedimentación secundaria, lodo y espuma secundarios, la remoción de espuma requisito exigido por la USEPA. 1.8.13 Características de los lodos. Todos los lodos crudos tienen un contenido bajo de solidos (1-6%); por ello, la disposición de su pequeño contenido de solidos requiere el manejo de un gran volumen de lodo. El problema principal en el tratamiento de lodos radica, por tanto, en concentrar los sólidos mediante la máxima remoción posible de agua y en reducir su contenido orgánico. Los lodos derivados de aguas residuales están compuestos en especial por la materia orgánica removida del agua residual, la cual fortuitamente se descompone y causa los mismos efectos indeseables del agua residual cruda. Las características de los lodos varían mucho dependiendo de su origen, de su edad, del tipo de proceso del cual provienen y de la fuente original de los mismos. El volumen de lodo que se produce en un tanque de sedimentación debe conocerse o estimarse para cuantificar de diferentes componentes del sistema de tratamiento y disposición de lodos. Dicho volumen depende principalmente de las características del agua residual, del grado de tratamiento previo, del tiempo de sedimentación, de la densidad de sólidos, del contenido de humedad, del tipo de equipo o método de remoción de lodos y de la frecuencia de remoción de los mismos . (ROMERO, 2002) La cantidad de lodo producido es muy variable, dependiendo del proceso de tratamiento usado y de la concentración de aguas residuales; en las siguientes tablas se resumen los valores típicos de las cantidades y características de los lodos producidos por diferentes procesos de tratamiento para aguas residuales y se describen los tipos de lodos que se obtendrán del sistema de tratamiento diseñado, respectivamente. (ROMERO, 2002) Tabla 4. Características de los lodos. Fuente. (ROMERO, 2002). 41.

(42) En la tabla 5 se encuentra la descripción de los lodos producidos por los procesos de tratamiento diseñados para la planta de tratamiento de agua residual de municipio de Vélez Santander. Tabla 5. Descripción de los lodos producidos por los procesos de tratamiento solidos o lodo Descripción Incluye material orgánico e inorgánico Solidos gruesos del cribado grueso retenido sobre la rejilla. Incluye arena y solidos pesados de Arena y material del desarenador sedimentación rápida, pueden contener materia orgánica, especialmente grasas. Incluye el material flotable desnatado, de la superficie de los tanques de sedimentación; pueden contener grasas y Espuma y grasa aceites, residuos de origen vegetal y mineral, en general materiales de densidad relativa menor de 1,0. De color carmelita y floculento. Si es oscuro puede ser séptico. Si el color es claro puede estar sub aireado y sedimentar Lodo activado lentamente. En buenas condiciones no tiene olor ofensivo y huele a tierra. Se vuelve séptico muy rápido. Digerible solo o combinado con lodo primario. Fuente. (ROMERO, 2002) El volumen de lodo depende principalmente de su contenido de agua y muy poco del carácter del material sólido.. 42.

(43) Tabla 6. Concentraciones típicas de sólidos y DBO en procesos de tratamiento de lodos.. Fuente. (ROMERO, 2002) 1.8.14 Métodos de tratamiento de lodos. El tratamiento y disposición eficiente de los lodos de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere conocer las características de los sólidos y del lodo por procesar, así como la aptitud de los diferentes sistemas de procesamiento y la facilidad de acceso a las diferentes opciones de disposición final, ver figura 7.. 43.

(44) Figura 7. Procesos principales de tratamiento y disposición de lodos.. Fuente. (ROMERO, 2002) El método seleccionado como tratamiento de lodos en la PTAR del municipio de Vélez son los lechos de secado que consiste en reducir el contenido del agua del lodo a menos de 85%. 1.8.15 Secado de lodos. Mediante el secado de los lodos se consigue reducir el peso de los lodos, el secado se crea mediante la evaporación del agua que existe en los lodos. En la selección del método de secado de un lodo hay que tener en 44.

(45) cuenta la naturaleza del lodo, los procesos subsecuentes de tratamiento y el método de disposición final. 1.8.16 Objetivos del secado de lodos:  Reducir los costos de transporte del lodo a sitio de disposición.  Facilitar el manejo del lodo. Un lodo seco se puede manejar por medio de cargadores, garlanchas, carretillas, etc.  Aumentar el valor calórico del lodo para facilitar su incineración.  Minimizar la producción de lixiviados al disponer del lodo en un relleno sanitario.  Reducir la humedad para disminuir el volumen de lodo y facilitar su manejo y hacer más económico su tratamiento posterior y su disposición final. La magnitud del secado está en función de la forma del agua por esta razón la facilidad con la que un lodo seca varia ampliamente. Se considera que el agua en los lodos existe en cuatro formas diferentes: agua libre, agua intersticial, agua vecinal y agua de hidratación. (ROMERO, 2002) El agua libre es el agua no asociada al lodo. El agua intersticial se encuentra entre las cavidades e intersticios de los flocs y de los organismos; puede convertirse en agua libre si el floc se destruye. El agua vecinal es la formada por capas de moléculas fuertemente adheridas a la superficie de las partículas por enlaces de hidrogeno, no tiene libertad de movimiento y permanece adherida a las superficies. El agua de hidratación es la asociada químicamente a las partículas y solo se puede remover con energía térmica. (ROMERO, 2002) 1.8.17 Lechos de secado de arenas. Los lechos de secado de arenas constituyen uno de los métodos más antiguos para reducir el contenido de humedad de los lodos en forma natural. Su implementación representa una operación sencilla en la gestión de los lodos y bajos costos de operación en comparación con otros tipos de tratamiento para el secado de lodos. (ROMERO, 2002) Los lechos de secado son dispositivos que eliminan una cantidad de agua suficiente de los lodos para el que el resto pueda manejarse como material sólido, con un contenido de humedad inferior al 70 %. La operación de un lecho de secado de arena es una función de:  La concentración de sólidos del lodo aplicado.  Profundidad del lodo aplicado. 45.