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DISEﾃ前 Y OPTIMIZACION DEL POZO DE HOMOGENIZACION DE LA PTAR DEL MUNICIPIO DE FUNZA CUNDINAMARCA
PRESENTADO POR DEISY TATIANA SANCHEZ VARGAS
FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL BOGOTA D.C. 2014
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DISEﾃ前 Y OPTIMIZACION DEL POZO DE HOMOGENIZACION DE LA PTAR DEL MUNICIPIO DE FUNZA CUNDINAMARCA
PRESENTADO POR DEISY TATIANA SANCHEZ VARGAS
Trabajo de grado presentado como requisito para optar por el titulo De ingeniera civil
DIRECTOR INGENIERO IVAN ARTURO JARA
FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL BOGOTA D.C. 2014
3 Nota de Aceptaci贸n
Firma del presidente del jurado
Jurado
Jurado
4 Agradecimiento
En primera instancia estoy muy agradecida con Dios porque me dio la salud, la persistencia, la sabiduría y la inteligencia para llegar hasta este punto en vista de lograr uno de los más anhelados objetivos que es obtener mi título como profesional en Ingeniería Civil. También agradecerle a Dios por darme unos papitos tan inigualables persistentes y fuertes, que sin ellos no sería lo mismo, sería muy difícil lograr mi meta, igualmente agradecer a mis hermanas, mi pareja, mi sobrino, mi cuñado, amigos y demás personas que contribuyeron directa e indirectamente al logro de esta meta. Adicionalmente un agradecimiento muy especial a mis compañeros de universidad y profesores quienes compartieron conmigo momentos muy importantes en el desarrollo personal y profesional y que hoy me permiten ser un mejor ser humano útil para la sociedad. Así mismo, agradecer a la Fundación Universitaria Agraria de Colombia por brindarme la oportunidad de formarme como profesional, adquiriendo conocimientos y competencias que me permitirán aplicar en la sociedad mi profesión como ingeniera civil.
5 Tabla De Contenido Introducción ................................................................................................................... 10 Objetivos ....................................................................................................................... 11 Objetivo general ......................................................................................................... 11 Objetivos específicos ................................................................................................. 11 Justificación ................................................................................................................... 12 Antecedentes ................................................................................................................ 13 Marco Teórico ............................................................................................................... 14 El agua y sus usos ..................................................................................................... 15 Factores que afectan al uso público del agua ............................................................ 16 Características físicas, químicas y biológicas del agua residual ................................ 18 Características físicas ............................................................................................ 18 Características Químicas ....................................................................................... 18 Características Biológicas ...................................................................................... 20 Contaminantes en el Agua Residual .......................................................................... 20 Tratamiento De Las Aguas Residuales ...................................................................... 22 Pozo De Homogenización.......................................................................................... 23 Volumen Necesario Del Tanque De Homogenización ........................................... 25 Ventajas De Un Pozo De Homogenización ............................................................ 26 Marco Legal .................................................................................................................. 28 RAS 2000................................................................................................................... 28 Acuerdo 43 del 17 de octubre del 2006 ..................................................................... 28
6 Decreto 1594 de 1984 ............................................................................................... 29 Reglamento Colombiano de construcción sismo resistente NSR-10 ......................... 29 Marco Geográfico .......................................................................................................... 30 Limitantes del Municipio ............................................................................................. 31 Economía ................................................................................................................... 31 Población ................................................................................................................... 32 Planteamiento del Problema ......................................................................................... 33 Aspectos Generales ...................................................................................................... 35 Componentes Del Sistema ........................................................................................ 37 Tratamiento Preliminar ........................................................................................... 37 Tratamiento Secundario ......................................................................................... 38 Manejo y Disposición Final de Residuos y Sólidos ................................................ 39 Infraestructura, Equipos e Insumos Requeridos ........................................................ 40 Parámetros de Control y Operación ........................................................................... 40 Análisis y Diagnóstico Actual De La Planta ................................................................... 42 Pozo de Homogenización ...................................................................................... 42 Tratamiento Preliminar ............................................................................................... 44 Tamices Estáticos .................................................................................................. 44 Desarenador .......................................................................................................... 45 Tratamiento Secundario ............................................................................................. 47 Zanjas de Oxidación .............................................................................................. 47 Sedimentador Secundario.......................................................................................... 49 Manejo y Disposición de Lodos ................................................................................. 50
7 Lechos de Secado ................................................................................................. 50 Informe De Laboratorio .............................................................................................. 52 Análisis y Resultados .................................................................................................... 58 Propuesta De Optimización y Mejoramiento .............................................................. 58 Propuesta y Diseño Del Pozo De Homogenización ................................................... 66 Proyección de la población .................................................................................... 67 Caudal de diseño ................................................................................................... 72 Volumen del tanque ............................................................................................... 75 Dimensiones .......................................................................................................... 75 Presupuesto .................................................................................................................. 77 Conclusiones................................................................................................................. 79 Recomendaciones......................................................................................................... 81 Referencias Bibliográficas ............................................................................................. 83 Cibergrafía .................................................................................................................... 84
8 Índice De Figuras
Ilustración 1. Diagrama de flujo típico de una planta de tratamiento de aguas residuales incorporando homogenización del caudal en línea............................................................ 24 Ilustración 2. Diagrama de flujo típico de una planta de tratamiento de aguas residuales incorporando homogenización del caudal en derivación. .................................................. 25 Ilustración 3. Esquema PTAR Funza ................................................................................... 35 Ilustración 4 Diagrama de procesos llevados a cabo en la PTAR Funza ......................... 39 Ilustración 5. Sistema de conducción del agua, desde el pozo de homogenización hacia los tamices .............................................................................................................................. 42 Ilustración 6. Sistema de conducción del agua, desde el pozo de homogenización hacia los tamices .............................................................................................................................. 43 Ilustración 7. Aliviadero de caudales de exceso del pozo de homogenización ............... 43 Ilustración 8. Tamices estáticos ............................................................................................ 44 Ilustración 9. Tamiz estático .................................................................................................. 44 Ilustración 10. Ingreso del agua al desarenador, vista aliviadero de exceso ................... 45 Ilustración 11. Compuertas de distribución de agua al canal del flujo uniforme .............. 46 Ilustración 12. Módulos .......................................................................................................... 46 Ilustración 13. Válvulas de conducción del desarenador hacia los zanjones................... 47 Ilustración 14. Zanjón de oxidación ...................................................................................... 48 Ilustración 15. Zanjón de oxidación ...................................................................................... 48 Ilustración 16. Sedimentador secundario ............................................................................. 49 Ilustración 17. Celda lechos de secado ............................................................................... 50 Ilustración 18. Lodos completamente deshidratados ......................................................... 51
9 Índice de Tablas
Tabla 1 Propiedades físicas .................................................................................................. 18 Tabla 2 Propiedades químicas orgánicas ............................................................................ 18 Tabla 3 Propiedades químicas inorgánicas ......................................................................... 19 Tabla 4 Propiedades biológicas ............................................................................................ 20 Tabla 5 Contaminantes de importancia en el tratamiento del agua residual ................... 20 Tabla 6 características de las aguas residuales típicas domesticas ................................. 21 Tabla 7. Resultados laboratorio del mes de agosto 2014 .................................................. 58 Tabla 8. Parámetros mínimos que deben medirse para cada nivel de complejidad ....... 59 Tabla 9. Parámetros de calidad ............................................................................................ 60 Tabla 10. Parámetros de calidad .......................................................................................... 60 Tabla 11. Parámetros de calidad. Clase III.......................................................................... 61 Tabla 12. Valores típicos de DBO según el tipo de agua................................................... 63 Tabla 13. Asignación del nivel de complejidad ................................................................... 69 Tabla 14. Periodo de diseño según el nivel de complejidad del sistema ......................... 70
10 Introducción
Un elemento fundamental para una ciudad, municipio o pueblo, es una planta de tratamiento de agua residual PTAR; su principal objetivo es tratar de descontaminar el agua por medio de procesos físicos, químicos y biológicos que se realizan a las aguas negras provenientes de las viviendas, locales industriales y comerciales, ya que estos son los principales generadores de contaminantes que desembocan directamente al agua y por ello es importante realizar un buen tratamiento al agua disminuyendo la contaminación antes de ser vertidas hacia nuestras fuentes hídricas. Para hacer un debido tratamiento al agua residual, es indispensable que una planta de tratamiento de agua residual PTAR, cuente con un buen estado estructural de los elementos que la componen y cuente con los elementos apropiados para el correcto tratamiento del agua (Correcta depuración). Por ello en la planta de tratamiento de agua residual del municipio de Funza Cundinamarca, actualmente se está realizando la optimización de la PTAR para su adecuado funcionamiento en el tratamiento del agua residual, por lo cual este proyecto pretende realizar el diseño y la optimización del pozo de homogenización de esta PTAR ya que es una estructura elemental para una planta de tratamiento por lo que tiene la capacidad de homogenizar toda el agua residual y la deja con las mismas características para que su tratamiento sea más fácil.
11 Objetivos
Objetivo general Realizar el diseño y la optimización del pozo de homogenización de la PTAR del municipio de Funza Cundinamarca para desarrollar un tratamiento más eficiente.
Objetivos específicos -
Realizar el diagnóstico del estado actual del sistema de la planta.
-
Revisar la población proyectada para el municipio de Funza según el DANE.
-
Analizar y proponer el diseño del pozo de homogenización de la PTAR del municipio de Funza.
-
Diagnosticar las propuestas de optimización.
-
Realizar memorias de cálculo que demuestren el procedimiento del diseño del pozo de homogenización.
12 Justificación
Si el vertimiento de las aguas residuales a un determinado cuerpo receptor de agua, no cumple con los parámetros mínimos, puede generar efectos negativos sobre la vida acuática, la población circundante, la calidad de las aguas y el uso de estas mismas. Por ello es necesario implementar plantas de tratamiento de aguas residuales para el tratamiento de estas aguas contaminadas, pero para este tratamiento es indispensable que la planta cuente con estructuras adecuadas para reducir la contaminación de las aguas residuales domésticas, industriales y demás fuentes que contaminen el agua. Por ello, es importante que toda la infraestructura que compone esta planta esté en muy buen estado, y cumpla con los requisitos mínimos para el funcionamiento óptimo de la PTAR del municipio de Funza, según los parámetros de calidad de los vertimientos. En este proyecto se pretende realizar el diseño del pozo de homogenización, con el fin de que este pozo pueda almacenar toda el agua que está llegando a la PTAR del municipio de Funza, teniendo las dimensiones óptimas para almacenar las aguas producidas por este municipio y así mismo realizar el proceso de homogenización de las aguas que llegan a este pozo.
13 Antecedentes
Las plantas de tratamiento de aguas residuales que están ubicadas alrededor de Bogotá, se construyeron siguiendo un plan de descontaminación del rio Bogotá efectuado por la CAR. La CAR fue creada en el año 1961 por medio de la ley 3 con el fin de regular y administrar el manejo de los recursos naturales ubicados a los alrededores de la sabana de Bogotá. En el año 1993,
la corporación obtiene su nombre como la corporación autónoma regional de
Cundinamarca, como respuesta a los problemas de contaminación presentados en la cuenca del rio Bogotá. El 14 de octubre de 1988, la CAR presenta al banco iberoamericano de desarrollo un programa de saneamiento ambiental de la cuenca alta del rio Bogotá, en donde se planeaba dar solución al problema de contaminación de tipo químico y orgánico del rio en la cuenca alta, media y baja del rio Bogotá, para realizar la construcción de 22 plantas de tratamiento de aguas residuales en los municipios donde descargaban las aguas residuales a esta fuente natural. Cuando las plantas ya fueron construidas, en el año 2012 la CAR, tuvo que dar estas plantas de tratamiento a cada uno de los municipios, debido a que a la CAR le abrieron un proceso y no era apto para que estuviera al frente de estas plantas. En el año 2012 la CAR le entrego la PTAR al municipio de Funza en cabeza del alcalde, donde le fue delegado el proceso de tratamiento de aguas residuales a la EMAAF Empresa Municipal de Acueductos y Alcantarillados de Funza.
14 Marco Teórico
La importancia de implementar el uso de las plantas de tratamiento de aguas residuales, se encamina hacia la protección de la salud pública, de la contaminación al ambiente receptor, y de reducir los costos de tratamiento mediante la retención de aguas y sólidos. Para cumplir con estos objetivos, es importante tener absoluto conocimiento de los constituyentes que se pueden encontrar en las aguas residuales, los impactos que estos ocasionan al estar expuestos al medio ambiente, la transformación y destino en los procesos de tratamiento como en el ambiente y los diferentes métodos de tratamiento que se pueden emplear para remover los constituyentes encontrados en las aguas residuales. La determinación de caudales es fundamental a la hora de proyectar las instalaciones de una PTAR, para su recogida, tratamiento y evacuación. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995) La composición de las aguas residuales depende del sistema de recogida que se emplee y los componentes que contenga el agua, entre ellos están: -
Aguas residuales domesticas: Aguas procedentes de las zonas residenciales, comerciales, públicas, etc.
-
Agua residual industrial: agua en la que predominan vertidos industriales muy contaminantes.
-
Agua pluvial: agua residual de escorrentía superficial.
-
Agua por infiltración: aguas que ingresan de manera directa e indirecta a la red de alcantarillado.
-
15 Red de alcantarillado Para el transporte de estas aguas a una PTAR, se emplean
tres tipos de redes de
alcantarillado, entre ellos está la red sanitaria, la red pluvial y la red combinada. La red de alcantarillado sanitaria, transporta agua residual doméstica, industrial, comercial y agua que entra al alcantarillado por infiltraciones presentes en la tubería producidas por algunas fallas; la red de alcantarillado pluvial, recoge lo que son las aguas de escorrentía superficial y la red de alcantarillado combinada, se presenta cuando, valga la redundancia, se combina la red de alcantarillado sanitaria con la red de alcantarillado pluvial. Este sistema no es muy bien visto, ya que aumentaría su caudal y el tratamiento de estas aguas sería más complejo. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 18) El agua y sus usos Uso doméstico: Son las aguas que vienen de zonas residenciales, instituciones y espacios recreacionales midiéndose a partir de contadores individuales. El agua se usa para el consumo de la comunidad, la limpieza, la higiene, fines culinarios, evacuación de residuos, riego de jardines, etc. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 19) -
Zonas residenciales: el agua potable se emplea para usos interiores como lavabos, duchas, bañeras, lavavajillas, grifos, duchas, retretes; y algunos usos exteriores como el lavado de autos o el riego de jardines. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 20)
-
Zonas Comerciales: agua consumida para fines higiénicos y sanitarios que dependen de la actividad que se realice, algunos usuarios se presentan en aeropuertos, estaciones de servicios, hoteles, albergues, moteles, oficinas, restaurantes, bares, centros comerciales, cines, etc. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 20)
16 -
Espacios recreacionales: son aquellas instalaciones que sirven de dispersión, entre estas se pueden encontrar los departamentos en zonas turísticas, boleras, campamentos, clubes de campo, zonas de picnic, piscinas, playas, entre otros. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 23)
-
Zonas Institucionales: es el agua consumida como bien su nombre lo dice en instituciones como en hospitales, centros educativos, colegios, internados, prisiones, asilos. Estas instituciones tienen varias instalaciones como las cafeterías, duchas, gimnasios, etc. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 21)
Uso industrial: Las industrias grandes consumidoras de agua, suelen abastecerse de fuentes privadas, en cambio las industrias pequeñas, suelen abastecerse de las redes de aguas públicas de los municipios. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 23) Factores que afectan al uso público del agua Clima: algunos factores climáticos como las altas temperaturas o las precipitaciones pueden afectar el uso del agua pública, ya que puede afectar el valor de los consumos; cuando se presentan épocas secas se aumentan las necesidades de riego y abastecimiento a la población servida. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 26) Tamaño de la población: afecta no solo a los consumos por habitante sino también los consumos máximos dependiendo de las variaciones respecto al consumos en cuanto es mayor o menor es el tamaño de la comunidad. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 27) Densidad: en cuanto a la estructuras de las viviendas unifamiliares, comunidades de vecinos y apartamentos, influye en los consumos tanto a nivel interior como exterior. En las viviendas
17 unifamiliares y apartamentos se pueden encontrar aparatos consumidores de agua, como lavadoras, lavavajillas o trituradores de basuras y a nivel exterior es mínimo el consumo a causa de las menores necesidades de riego (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 27). Nivel económico: el consumo de agua y el caudal de agua residual son mayores cuanto mayor es el nivel de vida, debido al uso de aparatos que consumen agua, como las lavadoras, lavavajillas o trituradores de basuras. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 27) Fiabilidad y calidad del servicio: no se presta un servicio de calidad al momento que se presente escases de agua disminuyendo las presiones, de mal sabor o con alto contenido de minerales que deriva en un menor consumo de agua. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 27) Economía del agua: la economía del agua se puede dar de dos formas: la primera es la implementación de restricciones en caso de emergencias para conseguir una disminución del consumo a corto plazo. La segunda es la instalación de dispositivos que economicen el consumo ya que en el caso de alguna emergencia, puede ser necesario reducir el consumo en forma voluntario como obligatoria para el mejor aprovechamiento de los recursos. En conclusión las aguas residuales son generadas por la comunidad debido a que se le ha dado diferentes usos para los cuales ha sido empleada y son una combinación de los residuos líquidos o aguas portadoras de residuos, procedentes de residencias, instituciones, y establecimientos industriales y comerciales también se puede agregar a esta combinación las aguas pluviales, superficiales y subterráneas. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 28)
18 Características físicas, químicas y biológicas del agua residual Características físicas Tabla 1 Propiedades físicas CARACTERÍSTICAS
PROCEDENCIA
Color
Aguas residuales domesticas e industriales, degradación natural de materia orgánica
Olor
Agua residual en descomposición, residuos industriales
Sólidos
Agua de suministro, aguas residuales domesticas e industriales, erosión del suelo, infiltración y conexiones incontroladas.
Temperatura
Aguas residuales domesticas e industriales
Sólidos Totales
Aguas residuales domésticas, industriales, de infiltración de pozos locales y aguas subterráneas.
Fuente: ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995).
Características Químicas Tabla 2 Propiedades químicas orgánicas
CARACTERÍSTICAS
PROCEDENCIA
Carbohidratos
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Grasas animales, aceites y grasas
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Pesticidas
Residuos agrícolas
Fenoles
Vertidos industriales
Proteínas
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Contaminantes prioritarios
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Agentes tensoactivos
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Compuestos orgánicos volátiles
Aguas residuales, domésticas y comerciales
otros
Degradación natural de materia orgánica
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DBO (demanda bioquímica de Supone de la medida del oxígeno disuelto utilizado por los oxigeno) microorganismos en la oxidación bioquímica de la materia orgánica. DQO (Demanda oxigeno)
química
de Se emplea para medir el contenido de materia orgánica tanto de las aguas residuales como de las aguas naturales. Por lo general la DQO es mayor que la DBO, porque es mayor el número de compuestos que pueden oxidarse por vía química que por la parte biológica.
COT (Carbono orgánico total)
Es aplicable a pequeñas concentraciones de materia orgánica.
DTO (Demanda total de oxigeno)
Se determina observando el contenido del oxígeno presente en el gas que transporta el nitrógeno.
Fuente: ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995). Tabla 3 Propiedades químicas inorgánicas CARACTERÍSTICAS
PROCEDENCIA
Alcalinidad
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Cloruros
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Metales pesados
Vertidos industriales
Nitrógeno
Residuos agrícolas y aguas residuales domesticas
PH
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Fosforo
Aguas residuales, domésticas, comerciales y de escorrentía
Contaminantes prioritarios
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Azufre
Aguas residuales, domésticas y comerciales
Gas sulfuro de hidrogeno
Descomposición de residuos domésticos
Gas metano
Descomposición de residuos domésticos
Oxígeno
Agua de suministro; infiltración de agua superficial
Oxígeno disuelto
Es deseable para evitar la formación de olores desagradables.
Fuente: ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995).
20 Características Biológicas Tabla 4 Propiedades biológicas
CARACTERÍSTICAS
PROCEDENCIA
Animales
Curso de agua de plantas de tratamiento
plantas
Curso de agua de plantas de tratamiento
Protistas eubacterias
Aguas residuales, domesticas, comerciales, planta de tratamiento
Protistas arqueobacterias
Aguas residuales, domesticas, comerciales, planta de tratamiento
virus
Aguas residuales domesticas
Fuente: ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995).
Contaminantes en el Agua Residual Tabla 5 Contaminantes de importancia en el tratamiento del agua residual CONTAMINANTES Sólidos en suspensión
IMPORTANCIA Pueden dar lugar al desarrollo de depósitos de fango y de condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno acuático.
Materia orgánica Compuesta por proteínas, carbohidratos, grasas animales; la materia orgánica biodegradable biodegradable se mide en función de la DBO (demanda bioquímica de oxigeno) y la DQO (demanda química de oxigeno). Si se descargan al entorno sin tratar su estabilización biológica, puede llevar al agotamiento de los recursos naturales de oxígeno y al desarrollo de condiciones sépticas. Patógenos
Pueden transmitirse enfermedades contagiosas por medio de los organismos presentes en el agua residual.
Nutrientes
Tanto el nitrógeno, el fosforo y el carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento. Cuando se vierten al entorno acuático, estos nutrientes pueden favorecer el crecimiento de una vida acuática no deseada. Cuando se vierten al terreno, en grandes cantidades, puede provocar la contaminación del agua subterránea.
Contaminantes prioritarios
Son compuestos orgánicos e inorgánicos, determinados en base a su carcinogenecidad, mutagenecidad, teratogenecidad o toxicidad aguada
21 conocida o sospechada. Muchos de estos compuestos se hallan presentes en el agua residual. Materia refractaria
orgánica Esta materia orgánica tiende a resistir los métodos convencionales de tratamiento.
Metales pesados
Sólidos disueltos
inorgánicos
Estos metales son vertidos al agua residual en al curso de actividades comerciales e industriales y puede ser necesario eliminarlos si se desea reutilizar el agua residual. Los constituyentes inorgánicos, como el calcio, sodio y sulfatos se añaden al agua de suministro como consecuencia del uso del agua y es posible que se deban eliminar si se desea reutilizar el agua residual.
Fuente: ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995).
Tabla 6 características de las aguas residuales típicas domesticas
parámetros (ppm o mg/l)
contaminación alta
contaminación media
contaminación baja
Sólidos totales
1200
700
350
Sólidos suspendidos totales SST
350
200
100
Sólidos sedimentables
20
10
5
DBO5
300
200
100
DQO
1000
500
250
Nitrógeno
85
40
20
Fosforo
20
10
6
cloruros
100
50
30
grasa
150
100
50
Alcalinidad
200
100
50
Fuente: (http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/895/Capitulo3.pdf)
22 Tratamiento De Las Aguas Residuales A este tipo de agua, es necesario hacerle un correcto tratamiento ya que si no es así, al haber en esta agua presencia de microorganismos patógenos o causantes de enfermedades que pueden estar presentes en los residuos en los que las actividades humanas lo producen, podría ocasionar grandes enfermedades a la población. Por ello las aguas residuales recogidas en municipios, debe ser conducida a cuerpos de agua receptores o al mismo terreno. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 145) Los métodos de tratamiento en los que predominan los fenómenos físicos se conocen como operaciones unitarias mientras que cuando se emplean los procesos químicos y biológicos para la eliminación de contaminantes se conoce como procesos unitarios. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 145) En el tratamiento primario se emplean operaciones físicas como la sedimentación y el desbaste para la eliminación de residuos sólidos sedimentables y flotantes presentes en el agua residual. En el tratamiento secundario se utilizan mucho los procesos químicos y biológicos con el objetivo de eliminar la mayor parte de la materia orgánica. Para el tratamiento terciario se emplean combinaciones de los procesos y operaciones unitarias con el fin de eliminar otros componentes que no fueron anteriormente eliminados. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 146) Una planta de tratamiento de aguas residuales PTAR tiene como principal objetivo reducir la contaminación física, química y biológica de las aguas residuales realizando su depuración; también tiene como función proteger el medio ambiente evitando que las fuentes hídricas
23 continúen contaminándose y mantener la calidad de vida y el bienestar de la comunidad. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 146) Una de las causas de contaminación del agua, puede tener origen natural por medio de la erosión del suelo y la sedimentación, también por medio de los vertimientos de las aguas residuales, industriales y comerciales; también se puede presentar por medio de una contaminación biológica presentada por microorganismos patógenos.
(Tchobanoglous &
L.Burton, 1995, pág. 147) Algunos de los principales contaminantes del agua vienen dados por la materia orgánica, sólidos suspendidos, metales pesados, microorganismos patógenos, sólidos inorgánicos disueltos como los sulfatos, el calcio, el sodio y por algunos nutrientes presentes en el agua. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995, pág. 147) Pozo De Homogenización Un pozo o tanque de homogenización es un elemento estructural que hace parte de una planta de tratamiento de agua residual PTAR; su principal objetivo es permitir que toda el agua que queda almacenada dentro de ella, sufra un proceso de homogenización con respecto a las características o componentes del agua residual y al caudal, mejorando así la efectividad de los procesos de tratamiento situados aguas abajo. El proceso de homogenización se hace uso cuando se presentan caudales en tiempo seco, caudales procedentes en redes de alcantarillado separativas, lo que indica cuando el caudal se presenta en épocas de lluvia y para caudales donde las redes de alcantarillado sean unitarias, esto quiere decir que en estas redes combinan las aguas lluvias con las aguas residuales sanitarias. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995)
24 El proceso de homogenización en línea se presenta cuando la totalidad de la corriente de agua o del caudal pasa por el tanque de homogenización reduciendo así las concentraciones de los diferentes elementos que contenga el agua residual. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995) Ilustración 1. Diagrama de flujo típico de una planta de tratamiento de aguas residuales incorporando homogenización del caudal en línea
Fuente: ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995).
El proceso de homogenización en derivación se presenta cuando solo para por el tanque de homogenización el caudal que excede el límite prefijado minimizando las necesidades de bombeo y reduciendo las concentraciones de los diferentes elementos que contenga el agua residual pero a menor escala en comparación del proceso de homogenización en línea. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995)
25 Ilustración 2. Diagrama de flujo típico de una planta de tratamiento de aguas residuales incorporando homogenización del caudal en derivación.
Fuente: ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995).
Volumen Necesario Del Tanque De Homogenización El volumen del tanque de homogenización, se determina a partir de un gráfico de caudales a tratar en el que se representan las aportaciones acumuladas a lo largo del día. En el grafico se muestra el caudal medio diario representado por la pendiente de la recta que va desde el origen hasta el punto final del gráfico. (Crites & Tchobanoglous) Ilustración 3. Diagrama para la determinación del volumen de homogenización para dos tipos de variación de caudales
26 Fuente: ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. George Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995).
La ilustración 3, representa la ilustración física de las gráficas, en donde el punto de tangencia inferior (modelo a), el tanque está vacío, dado este punto el pozo empieza a llenarse hasta alcanzar la media noche, momento en el que se empieza a vaciar el pozo. En el punto de tangencia superior (modelo b), el tanque está completamente lleno. (Tchobanoglous & L.Burton, 1995) En la práctica se deben tener tres consideraciones presentes a la hora de realizar el diseño del pozo de homogenización (Tchobanoglous & L.Burton, 1995): 1) El funcionamiento de los equipos de aireación y mezclado no permiten un vaciado total. 2) La recirculación de sobrenadantes y filtrados exige un volumen adicional en caso de que el retorno se realice al tanque de homogenización. 3) Debe contemplarse la posibilidad de imprevistos y de cambios no previsibles en los caudales diarios. Ventajas De Un Pozo De Homogenización 1. Se mejora el tratamiento biológico reduciendo las cargas de choque, estabilizando el PH y se diluyen las sustancias presentes en el agua residual. 2. Mejora la calidad del efluente y rendimiento de los sedimentadores al trabajar con cargas de sólidos constantes. 3. Aumenta el rendimiento de los filtros. 4. Para el tratamiento químico mejora el control de la dosificación de los reactivos que actúan en el agua.
27 5. Aumenta el rendimiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales que se encuentran sobre cargadas.
28 Marco Legal
RAS 2000 El RAS 2000, (reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico). Este reglamento nos indica la metodología a tener en cuenta para el diseño de elementos estructurales de cualquier proyecto que tengan relación con el saneamiento básico a nivel nacional. Los títulos B y D, indican algunos parámetros a tener en cuenta para el diseño del pozo de homogenización, ya sea para realizar la proyección de población y determinar el caudal de diseño. El titulo E, trata sobre el tratamiento que se le debe hacer a las aguas residuales, partiendo desde el tipo de infraestructura y los parámetros a tener en cuenta para la calidad del agua. Acuerdo 43 del 17 de octubre del 2006 (CAR C. A.) Por el cual se establecen los objetivos de calidad del agua para la cuenca del rio Bogotá a lograr en el año 2020. El acuerdo 43 del 17 de octubre del 2006 es un documento publicado por la CAR (corporación autónoma regional), para especificar la recuperación del rio Bogotá. Se escoge la clase III, ya que esto depende del uso del agua y la PTAR del municipio de Funza, vierte el agua al humedal Guali que es la fuente que recibe estas aguas.
29 Decreto 1594 de 1984 Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 9 de 1979, así como el Capítulo II del Título VI -Parte III- Libro II y el Título III de la Parte III -Libro I- del Decreto - Ley 2811 de 1974 en cuanto a usos del agua y residuos líquidos. El decreto 1594 de 1984 indica los usos del agua, los criterios de calidad del agua, las concesiones de agua, la reglamentación del vertimiento de los residuos líquidos, los métodos de análisis y tomas de muestras, la vigilancia y control y las sanciones .
Reglamento Colombiano de construcción sismo resistente NSR-10 Este reglamento estipula en el titulo C, Capitulo C.23 Tanques y estructuras de ingeniería ambiental de concreto, los parámetros a tener en cuenta para el diseño estructural de los tanques.
30 Marco GeogrĂĄfico
El municipio de Funza estĂĄ ubicado en la provincia de sabana de Occidente a 15 Km. De la ciudad de BogotĂĄ. Limita al norte con Madrid y Tenjo, al Oriente con Cota y BogotĂĄ, al Sur con Mosquera y al Occidente con Madrid. Tiene una extensiĂłn urbana de 4 đ??žđ?‘š 2 y una extensiĂłn rural de 66 đ?‘˜đ?‘š2 , para un total de 70 đ?‘˜đ?‘š2. El municipio estĂĄ a una altura de 2548 đ?‘šđ?‘ đ?‘›đ?‘š, y una altitud de 4Âş 43´. La superficie del municipio es plana, presentando las caracterĂsticas tĂpicas de las altiplanicies cundinamarqueses con pendientes hasta del 3%. Sus suelos (Andepts, Tropepts), que corresponden a la serie Funza, se caracterizan por su relieve plano con pendiente entre 0 -1% moderadamente profundo, bien drenados y con una fertilidad moderada, originados a partir de ceniza volcĂĄnica. Por lo general a partir de los 40 a 50 cm de profundidad aparecen saturados con agua, o por lo menos hĂşmedos aĂşn en periodos secos. Son medianamente ĂĄcidos y de muy alta capacidad de intercambio catiĂłnico. El suelo de Funza por su capacidad de uso ha sido clasificado en la clase agrolĂłgica de uso y manejo, drenaje natural moderado e imperfecto, susceptibles a heladas e irregular distribuciĂłn de la lluvia, con una temperatura de 14ÂşC. La fuente principal de abastecimiento de agua superficial del municipio, son los ecosistemas de los humedales, los cuales abarcan un ĂĄrea de 186.4 â„Žđ?‘Ž del total del ĂĄrea del Municipio, representando el 2.7% de la superficie total. Otra fuente importante es el distrito de riego La Ramada, el cual riega y drena terrenos dedicados a la agricultura y a la ganaderĂa, permitiendo el desarrollo agropecuario en zonas de alto potencial para la producciĂłn. Y tambiĂŠn se cuenta con un gran porcentaje de agua subterrĂĄnea, que abastecen la zona rural con mĂĄs de 200 pozos en uso.
31 Limitantes del Municipio Al norte: Madrid y Tenjo, al oriente: Cota y Bogotá, al sur: Mosquera y al occidente: Madrid, con una extensión total: 70 Km2, una altitud de la cabecera municipal: 2548 msnm, una temperatura media: 14°C y una distancia de referencia: 15 km Economía La base económica de la cabecera municipal está conformada especialmente por el comercio al por mayor y al por menor, los servicios y las industrias manufactureras. En el sector comercial predominan las tiendas con el 35.9% que equivale a 393 establecimientos, y el comercio al detal con el 36.4% que corresponde 398 negocios. La demanda para los productos ofrecidos por estas unidades económicas se centra en la población que habita el municipio. En cuanto a la rama de los servicios predominan los restaurantes, las fruterías, las cafeterías y las peluquerías, representando el 13.4% del total de establecimientos. Respecto de las industrias manufactureras, su participación es del 12.2% con 154 unidades económicas. Y existen 6 organizaciones financieras que representan el 0.5% sobre el total de establecimientos. Las unidades de producción agrícolas y pecuarias están constituidas por pequeños, medianos y grandes productores. El 41.57% (375 predios) de los predios se clasifican como pequeñas unidades con menos de 1ha; las unidades económicas con extensiones hasta 50ha se consideran medianas, con una participación del 56.52% (510 predios); y las grandes
unidades de
producción comprenden predios mayores de 50ha, y representan el 1.88% del total de predios (17 predios). Los suelos de la zona rural del municipio, presentan ventajas comparativas para la agricultura y ganadería intensiva, incluida la producción de hortalizas y flores
32 Los sistemas de producción predominantes son la ganadería de leche y los cultivos transitorios tales como las hortalizas, las flores, la papa y el maíz. En el municipio de Funza se explotan especies mayores y menores. Las especies mayores en producción son los bovinos (ganado de leche), seguidos por los porcinos, equinos, conejos, el asnal, y las aves. La producción lechera se concentra en la zona rural en las veredas el Cacique, el Hato, el Cocli, La Isla y La Florida. La raza predominante en el municipio es la Hosltein, con una producción promedio de leche por día de 11 Litros. En el municipio de Funza se cultiva principalmente papa, maíz, repollo, lechuga, zanahoria y arveja. La mayoría de estos cultivos están localizados en las veredas Siete Trojes, el Hato y La Florida. Ellos son irrigados con agua de los humedales y del distrito de riego La Ramada. La mayoría de estos productos son comercializados en la plaza mayorista de Corabastos y en menor proporción en plazas de mercados de Funza y Facatativá. Población Funza tiene una población de 59453 habitantes según datos del censo 2005 (DANE, Departamento Administrativo Nacional de Estadística). Si comparamos los datos de Funza con los del departamento de Cundinamarca se puede concluir que ocupa el puesto 9 de los 116 municipios que hay en el departamento y representa un 2,6921 % de la población total de éste. A nivel nacional, Funza ocupa el puesto 88 de los 1.119 municipios que hay en Colombia y representa un 0,1431 % de la población total del país.
33 Planteamiento del Problema
Un pozo de homogenización para una PTAR (planta de tratamiento de aguas residuales), es una estructura cuyo principal objetivo es acondicionar el agua para mantener constante el caudal y las características del agua residual para que al momento de hacer el tratamiento a estas aguas sea más fácil ya que toda el agua posee las mismas características. Es importante que la PTAR del municipio de Funza, cuente con un pozo de homogenización adecuado para el almacenamiento del agua residual y para realizar el debido proceso de homogenización del agua proveniente de una población de 81.380 habitantes en el año 2012. El municipio de Funza, está ubicado a 14 kilómetros de la ciudad de Bogotá en la provincia de la sabana de occidente en el departamento de Cundinamarca, Colombia; limita al norte con Madrid y Tenjo, al oriente con Cota y Bogotá, al sur con Mosquera y al occidente con Madrid. La planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Funza, está ubicada en el barrio la Aurora en la calle 20B No13A–14, dentro del casco urbano del municipio. Esta PTAR maneja las aguas residuales domésticas y aguas lluvias del casco urbano del municipio. La PTAR del municipio de Funza cuenta con un sistema secundario conformado por un tratamiento preliminar, zanjas de oxidación y sedimentadores secundarios. El afluente de la planta llega a un pozo húmedo o también llamado pozo de homogenización la cual contiene cinco bombas sumergibles. Las bombas 1, 2 y 3 se encargan de impulsar el afluente a los tamices y las bombas 4 y 5 se utilizan para aliviar el caudal del pozo húmedo o de homogenización.
34 Actualmente se est谩 optimizando la planta de tratamiento de aguas residuales, debido a que la infraestructura de esta planta ya no es adecuada para tratar toda el agua de la poblaci贸n del municipio, pero no se ha tenido en cuenta el volver a realizar el dise帽o del pozo de homogenizaci贸n, ya que este recibe toda el agua del municipio y la transporta por medio de bombas; sin embargo este pozo ya no cuenta con la capacidad de almacenar agua, provocando que esta reboce y provoque inundaciones en la planta.
35 Aspectos Generales
Ilustraci贸n 3. Esquema PTAR Funza
Fuente: Google Maps (https://maps.google.es/maps?output=classic&dg=brw)
36 La planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Funza Cundinamarca, fue construida entre los años 1996 a 1997, funciona desde el año 1998 y está localizada en el barrio la Aurora, en la calle 20B No 13A – 14 dentro del casco urbano del municipio del municipio. “La PTAR de Funza maneja las aguas residuales domésticas y aguas lluvias del casco urbano del municipio” (CAR & CONHYDRA, pág. 10). El área del predio donde está ubicada la planta es de 4.9 hectáreas y tiene un área construida de 2.6 hectáreas. Esta planta de tratamiento de agua residual es un sistema secundario y está conformado por un tratamiento preliminar, zanjas de oxidación y sedimentadores secundarios. (CAR & CONHYDRA, 2012) El agua residual o el afluente que ingresa a la PTAR para el proceso de tratamiento, llega a un pozo húmedo o de homogenización que contiene 5 bombas sumergibles; las bombas 1, 2 y 3, son utilizadas para impulsar el agua residual ya homogenizada a los tamices y las bombas 4 y 5 se utilizan para llevar el agua al aliviadero el cual consta de un canal abierto que conduce el agua a la quebrada el cacique. (CAR & CONHYDRA, 2012) Cuando el afluente ya fue homogenizado en el pozo, se regula el suministro de agua residual a los zanjones a través de un canal abierto, pero antes el agua debió pasar por un cribado fino con el objetivo de retener las partículas que pueden quedar atrapadas en ella y así retirarlas. Los zanjones se llenan hasta un nivel determinado dependiendo de la sumergencia de los cepillos que incorporan el oxígeno al agua; esta agua sigue directamente a la columna central del sedimentador donde se distribuye radialmente. (CAR & CONHYDRA, 2012)
37 El sedimentador tiene por función el permitir la decantación de partículas formando los lodos y lo que queda sobrenadante alcanza el vertedero permitiendo la evacuación de las aguas a la canaleta que circunda el sedimentador para descargarlas al canal del cacique. El sedimentador cuenta con un barre lodos que permite la concentración de lodos en la parte central y tiene un sistema de acumulación y retiro de material sobrenadante que igualmente es barrido por el barrelodos. (CAR & CONHYDRA, 2012) Componentes Del Sistema La PTAR del municipio de Funza está compuesto por las siguientes fases: estación de bombeo o pozo de homogenización, tratamiento preliminar que comprende los tamices estáticos, un aliviadero y un desarenador; tratamiento secundario que comprende las zanjas de oxidación, y el sedimentador secundario; manejo y disposición final de residuos y lodos que comprende los lechos de secado. (CAR & CONHYDRA, 2012) Tratamiento Preliminar El objetivo principal de esta etapa de tratamiento, es evitar el ingreso y reducir la suspensión de residuos sólidos al tratamiento secundario. (CAR & CONHYDRA, 2012) -
Tamices estáticos: en la PTAR hay 6 tamices que se utilizan como sistema de cribado, el objetivo de estos tamices es la remoción de los residuos sólidos. (CAR & CONHYDRA, 2012)
-
Aliviadero: La PTAR cuenta con una cámara de alivio que conduce los excesos de agua entrante a la unidad de desarenado, esta cámara funciona por gravedad por lo que funciona como sistema autorregulado del caudal entrante. (CAR & CONHYDRA, 2012)
38 -
Desarenador: posterior al cribado y al aliviadero, se encuentran dos unidades de desarenador; en este lugar por medio de un caudalimetro electrónico se aforan los caudales de ingreso. (CAR & CONHYDRA, 2012) Tratamiento Secundario
-
Zanjas de oxidación: el agua es conducida a una cámara de distribución, donde se separa el caudal a las tres zanjas de oxidación; las zanjas 1 y 3 cuentan con 4 aireadores marca TRITON de 30HP c/u, y la otra zanja cuenta con 2 cepillos tipo MAMMOTH de 54HP c/u; en la zanja de oxidación se realiza el tratamiento aerobio por medio de lodos activados. (CAR & CONHYDRA, 2012)
-
Sedimentador secundario: luego de que el agua pase por las zanjas de oxidación, posteriormente pasa a una cámara de carga y de esta sigue a la columna central del sedimentador, el cual cuenta con un barrelodos en donde se precipitan los lodos y el sobrenadante alcanza el vertedero dentado que permite la evacuación de las aguas a la canaleta que circunda el desarenador para descargarlas al canal de la quebrada el cacique en donde se realiza la medición del caudal tratado. Los lodos depositados en la parte central del sedimentador, van impulsados por gravedad hasta el pozo de succión del sistema de bombeo desde donde los lodos son impulsados a dos tanques de espesamiento o tratamiento de lodos desde donde se efectúa la purga hacia los lechos de secado o devolviéndolos a las zanjas de oxidación como inóculos dentro del proceso de recirculación de lodos activados. (CAR & CONHYDRA, 2012)
39 Manejo y Disposición Final de Residuos y Sólidos -
Lechos de secado: cuando se determinen que los lodos ya están maduros, es necesario hacer purga de lodos; para tal fin los lodos se disponen desde los espesadores y por gravedad a los 15 lechos de secado que cuenta la PTAR. En la parte del piso poseen lechos filtrantes, en la capa más superficial por hileras de ladrillos, posteriormente gravilla gruesa seguida de arena lavada y finalmente se encuentra una tubería sanitaria perforada (tipo flauta) para recolección de lixiviados transportándolos a las zanjas de oxidación. (CAR & CONHYDRA, 2012) El proceso en los lechos de secado, consiste en la deshidratación de lodos lo cual indica aproximadamente el 90% de agua durante la permanencia en los lechos de lodo; se les hace un tratamiento in situ por medio de la adición de Cal Dolomita o viva con el objetivo de elevar el PH, evitando así malos olores y postura de huevos de los insectos. (CAR & CONHYDRA, 2012) Ilustración 4 Diagrama de procesos llevados a cabo en la PTAR Funza
Fuente: Manual de operación PTAR Funza. Corporación Autónoma Regional (CAR), CONHYDRA.
40 Infraestructura, Equipos e Insumos Requeridos La PTAR cuenta con una caseta de operaciones, la cual funciona como laboratorio, espacio para bodega entre otros. (CAR & CONHYDRA, 2012) En la caseta se puede encontrar los equipos necesarios para una correcta operación y control de la PTAR, estos son: PH-metro, oxímetro, conductímetro, termómetro y una serie de vidriería (probetas, pipetas, beaker), una serie de herramientas para una adecuada operación y mantenimiento (linterna, rastrillos, recogedor, pala, manguera, nazas, botiquín de primeros auxilios, pértiga para medir la altura de lodos, baldes o canecas entre otros), para protección personal (caretas, guantes, botas, gafas de lente claro con protección lateral, overol impermeable entre otros). (CAR & CONHYDRA, 2012) Los insumos químicos manejados por los operarios de la PTAR, son CAL DOLOMITA para evitar la proliferación de insectos, disminuir los malos olores y acelerar la deshidratación de lodos, Ácido sulfúrico para conservar las muestras de DQO (Demanda Química de Oxigeno), Combustibles fósiles como la gasolina y aceite 2 tiempos para la guadañadora y para las diferentes actividades de poda y pradeo. (CAR & CONHYDRA, 2012) Parámetros de Control y Operación Esta actividad está encaminada a la medición del caudal, las características del afluente y efluente por medio de monitoreos diarios, semanales o mensuales; se analiza la calidad del agua en los aspectos físico, químico y bacteriológico. (CAR & CONHYDRA, 2012) Algunos de los parámetros que se deben medir para analizar las características del agua residual cruda y tratada son: la temperatura, PH, (OD) Oxígeno Disuelto, (DBO5 ) Demanda
41 Bioquímica de Oxigeno a los 5 días, (DQO) Demanda Química de Oxigeno, (SST) Sólidos Suspendidos Totales, nitratos, fosforo, sulfuros, sulfatos etc. (CAR & CONHYDRA, 2012) La temperatura, el PH y el OD son los parámetros más importantes para garantizar que dentro de los cuerpos de agua sobrevivan y se reproduzcan los microorganismos en el agua, quienes depuran el material contaminante del agua residual. (CAR & CONHYDRA, 2012) La DBO5 y la DQO, son los parámetros que relacionan concentraciones de materia orgánica presentes en la muestra de agua: la DBO5 representa la cantidad de materia orgánica que pueden asimilar los microorganismos hasta que se hayan consumido el oxigeno disponible en el agua. La DQO hace referencia a la cantidad de materia orgánica asimilable por agentes químicos adicionados al agua, también depende de la cantidad de oxígeno disuelto en la misma. Los SST, conductividad, nitratos, fosforo total, sulfuros y sulfatos, son las mediciones que hacen referencia a los sólidos contenidos en el agua, bien sea en disolución o suspendidos.
42 Análisis y Diagnóstico Actual De La Planta
Pozo de Homogenización El pozo de homogenización tiene actualmente un volumen de 393𝑚3 , una profundidad de 10m, una longitud de 6.55m, un ancho de 6.01m y un espesor de muros aproximadamente de 0.26m. el agua residual entra a la planta por medio de dos tuberías de la red de alcantarillado de aguas negras de 42" de diámetro las cuales se unen en un pozo de inspección, la cual transporta el agua al pozo de homogenización por medio de una tubería de 24" de diámetro, estas aguas ingresan al pozo por medio de la manipulación de dos compuertas y está a su vez es transportada hacia los tamices por medio de cinco bombas en donde las tuberías de conducción que van desde el pozo de homogenización hacia los tamices tienen un diámetro de 8". Ilustración 5. Sistema de conducción del agua, desde el pozo de homogenización hacia los tamices
Fuente: propia del estudiante
43 Actualmente el pozo de homogenizaciĂłn contiene cinco bombas, de las cuales una bomba tiene la capacidad de 120 đ??żâ „đ?‘ y las otras cuatro bombas tienen una capacidad de 80 đ??żâ „đ?‘ . IlustraciĂłn 6. Sistema de conducciĂłn del agua, desde el pozo de homogenizaciĂłn hacia los tamices
Fuente: propia del estudiante IlustraciĂłn 7. Aliviadero de caudales de exceso del pozo de homogenizaciĂłn
Fuente: propia del estudiante
44 Tratamiento Preliminar
Tamices Estáticos En la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Funza, actualmente se encuentran seis tamices, cada tamiz está conformado por una rejilla de cribado fino y una tolva en donde se retiran los residuos depositados en las rejillas. Ilustración 8. Tamices estáticos
Fuente: propia del estudiante Ilustración 9. Tamiz estático
Fuente: propia del estudiante
45 Desarenador Por medio de gravedad el agua es transportada desde los tamices hacia el desarenador, estructura cuya función es decantar y remover las partículas de arena que contenga el agua. El agua después de pasar por el desarenador, por medio de la manipulación de unas compuertas y válvulas, se distribuye uniformemente hacia los zanjones.
Ilustración 10. Ingreso del agua al desarenador, vista aliviadero de exceso
Fuente: propia del estudiante
46 Ilustraci贸n 11. Compuertas de distribuci贸n de agua al canal del flujo uniforme
Fuente: propia del estudiante Ilustraci贸n 12. M贸dulos
Fuente: propia del estudiante
47
Ilustración 13. Válvulas de conducción del desarenador hacia los zanjones
Fuente: propia del estudiante
Tratamiento Secundario
Zanjas de Oxidación Actualmente funcionan tres zanjones de oxidación con aireadores tipo tritón, en este momento se está realizando la optimización de estos zanjones. El agua residual entra a los 3 zanjones de oxidación, en donde el agua recibe el tratamiento de aireación que consiste en inyectarle oxígeno al agua para que produzca nutrientes los cuales son consumidos por microorganismos o bacterias que se encargan de formar los lodos. Luego de que el agua hace el recorrido por los zanjones de oxidación, el agua es transportada hacia el sedimentador por gravedad.
48 Ilustración 14. Zanjón de oxidación
Fuente: propia del estudiante Ilustración 15. Zanjón de oxidación
Fuente: propia del estudiante
49 Sedimentador Secundario Luego de que el agua llega al sedimentador, se presenta la clarificaciรณn de agua que consiste en que los lodos quedan depositados en el fondo del sedimentador gracias a un barrelodos que tiene la funciรณn de transportar estos lodos al fondo y el agua sale por la parte superior la cual es vertida al humedal Guali. El lodo o licor mezclado (agua + lodo) es transportados a un cuarto de bombeo en el cual el licor mezclado es bombeado hacia los espesadores de lodos en donde los lodos se dejan madurar para que en el momento de que las bacterias o microorganismos que no consuman nutrientes en las zanjas de oxidaciรณn se haga el proceso de recirculaciรณn de lodos. Ilustraciรณn 16. Sedimentador secundario
Fuente: propia del estudiante
50 Manejo y Disposici贸n de Lodos
Lechos de Secado Estos lodos son transportados a los lechos de secado en donde los lodos se deshidratan, hasta que se encuentre la menor humedad posible. El licor mezclado (agua + lodo) se devuelve por medio de gravedad hacia los zanjones para la recirculaci贸n de lodos. Los lodos ya deshidratados, son transportados por una empresa encargada de hacerle un tratamiento a los lodos producidos en esta PTAR. Ilustraci贸n 17. Celda lechos de secado
Fuente: propia del estudiante
51 Ilustraci贸n 18. Lodos completamente deshidratados
Fuente: propia del estudiante
52 Informe De Laboratorio
53
54
55
56
57
58 AnĂĄlisis y Resultados
Propuesta De OptimizaciĂłn y Mejoramiento
Tabla 7. Resultados laboratorio del mes de agosto 2014 PARAMETRO
UNIDAD
AFLUENTE
EFLUENTE
DBO5 (Demanda bioquĂmica de
đ?‘šđ?‘” đ?‘‚2 /đ??ż
224
130
đ?‘šđ?‘” đ?‘‚2 /đ??ż
413
211
Grasas y aceites
đ?‘šđ?‘”/đ??ż
14.0
10.0
OD (oxigeno disuelto)
đ?‘šđ?‘” đ?‘‚2 /đ??ż
0.34
0.21
PH (Potencial Hidrogeno)
����
7.8
7.43
SST (SĂłlidos suspendidos
đ?‘šđ?‘”/đ??ż
270
105
Temperatura
℃
19.9
17.4
Tensioactivos
đ?‘šđ?‘” đ?‘†đ??´đ??´đ?‘€/đ??ż
9.15
8.89
Caudal promedio
L/s
oxigeno) DQO (demanda quĂmica de oxigeno)
totales)
Fuente: Datos laboratorio
26
59 RAS -2000 Tabla 8. ParĂĄmetros mĂnimos que deben medirse para cada nivel de complejidad
Fuente: RAS -2000 Tabla E.2.5
60 Decreto 1594 de 1984 ArtĂculo 72. Todo vertimiento a un cuerpo de agua deberĂĄ cumplir, por lo menos, con las siguientes normas: Tabla 9. ParĂĄmetros de calidad
PARAMETRO PH Temperatura Material flotante Grasas y aceites SST DBO Domestico DBO Industrial
USUARIO EXISTENTE 5-9 ≤ 40℃ ausente RemociĂłn ≼ 80 % en carga RemociĂłn ≼ 50 % en carga RemociĂłn ≼ 30 % en carga RemociĂłn ≼ 20 % en carga
USUARIO NUEVO 5-9 ≤ 40℃ ausente RemociĂłn ≼ 80 % en carga RemociĂłn ≼ 80 % en carga RemociĂłn ≼ 80 % en carga RemociĂłn ≼ 80 % en carga
Fuente: Decreto 1594 de 1984
Tabla 10. ParĂĄmetros de calidad PARAMETRO Arsenico Bario Cadmio Cromo Mercurio Plomo Cianuro Fuente: Decreto 1594 de 1984
UNIDAD đ?‘šđ?‘”/đ??ż đ?‘šđ?‘”/đ??ż đ?‘šđ?‘”/đ??ż đ?‘šđ?‘”/đ??ż đ?‘šđ?‘”/đ??ż đ?‘šđ?‘”/đ??ż đ?‘šđ?‘”/đ??ż
VALOR MAXIMO 0.5 5.0 0.1 0.5 0.02 0.5 1.0
Acuerdo nĂşmero 43 del 17 de octubre de 2006 Clase III.- Corresponde a los valores asignados a la calidad de los Embalses, Lagunas, humedales y demĂĄs cuerpos lenticos de aguas ubicados dentro de la cuenca del rĂo BogotĂĄ. La PTAR del municipio de Funza vierte sus aguas al humedal Guali, por esta razĂłn se dice que se esta en la clase III.
61 Tabla 11. Parámetros de calidad. Clase III
Fuente: Acuerdo número 43 del 17 de octubre de 2006
62 Resultados Laboratorio mes de agosto Afluente Efluente
ParĂĄmetro
Unidad
đ?‘Ťđ?‘Šđ?‘śđ?&#x;“
đ?’Žđ?’ˆ/đ?‘ł
224
130
��� ������ � �������
đ?’Žđ?’ˆ/đ?‘ł đ?’Žđ?’ˆ/đ?‘ł
413 14.0
211 10.0
�� �� ���
đ?’Žđ?’ˆ/đ?‘ł đ?‘źđ?’?đ?’Šđ?’…đ?’‚đ?’… đ?’Žđ?’ˆ/đ?‘ł
0.34 7.8 270
0.21 7.43 105
đ?‘ťđ?’†đ?’Žđ?’‘đ?’†đ?’“đ?’‚đ?’•đ?’–đ?’“đ?’‚ đ?‘ťđ?’†đ?’?đ?’”đ?’?đ?’‚đ?’„đ?’•đ?’Šđ?’—đ?’?đ?’” đ?’„đ?’‚đ?’–đ?’…đ?’‚đ?’? đ?’‘đ?’“đ?’?đ?’Žđ?’†đ?’…đ?’Šđ?’?
℃ đ?’Žđ?’ˆ/đ?‘ł đ?‘ł/đ?’”
19.9 9.15
17.4 8.89 26
Decreto 1594 de 1984
Usuario existente
Usuario nuevo
Remoción ≼ 30 % en carga
Remoción ≼ 80 % en carga
Remoción ≼ 80 % en carga
Remoción ≼ 80 % en carga
5.0 – 9.0 RemociĂłn ≼ 50 % en carga ≤ 40℃
5.0 – 9.0 RemociĂłn ≼ 80 % en carga ≤ 40℃
Acuerdo 43 del 17 de octubre del 2006 Valor mĂĄs estricto (mĂĄximo) 20
>4 5.0 – 9.0 20
0.5
ParĂĄmetro
(%) RemociĂłn decreto
(%) RemociĂłn real
ParĂĄmetro
DBO
80
58
DBO
20
130
Grasas y aceites
80
71
Grasas y aceites
0
10
SST
80
39
SST
20
105
REMOCION DECRETO Vs REMOCION REAL (%) 100
(Mg/L) RemociĂłn (Mg/L) RemociĂłn acuerdo real
REMOCION ACUERDO Vs REMOCION REAL (Mg/L) 150
80 100
60 40
50
20 0
0 DBO
Grasas y aceites
% REMOCION DEC
SST
% REMOCION REAL
DBO
Grasas y aceites
Mg/L REMOCION ACU
SST
Mg/L REMOCION REAL
63 đ?‘Ťđ?‘Šđ?‘śđ?&#x;“ : La Demanda BioquĂmica de Oxigeno en 5 dĂas, es la cantidad de oxigeno necesaria que se necesita para descomponer la materia orgĂĄnica por medio biolĂłgico. La DBO no cumple segĂşn el decreto 1594 de 1984, la cual indica que el porcentaje de remociĂłn debe ser del 80% y la remociĂłn real es del 58%. En cuanto al acuerdo 43 del 17 de octubre del aĂąo 2006, tampoco cumple ya que este parĂĄmetro no deberĂa ser mayor a 20 ppm, lo que quiere decir que al ser tan alto este resultado en el laboratorio, se requiere de una gran cantidad de oxĂgeno para descomponer la materia orgĂĄnica contenida en el agua. Tabla 12. Valores tĂpicos de DBO segĂşn el tipo de agua AGUA POTABLE 0.75 - 1.5 ppm AGUA POCO CONTAMINADA 5 – 50 ppm AGUA NEGRA MUNICIPAL 100 – 400 ppm RESIDUOS INDUSTRIALES 500 – 10000 ppm Fuente: https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6165/2/DBO%20-%20SS%20%20SD.pdf
Esta agua se puede considerar como un agua negra municipal, ya que esta agua tiene la DBO en 130 ppm y estĂĄ entre 100 – 400 ppm. Para disminuir la cantidad de DBO se deberĂĄn instalar mĂĄs aireadores con el fin de inyectar mĂĄs oxĂgeno. DQO: La Demanda QuĂmica de Oxigeno es la cantidad de oxigeno necesaria para oxidar la materia orgĂĄnica por medio quĂmico. No hay norma que sirva de comparaciĂłn para determinar si la DQO esta alta o baja; sin embargo cabe anotar que si la DBO se encuentra elevada, la DQO tambiĂŠn se encuentra elevada, por consiguiente se requiere de una gran cantidad de oxĂgeno para descomponer quĂmicamente la materia orgĂĄnica contenida en el agua.
64 Grasas y aceites: Se presenta cuando aparecen natas y espumas, los cuales no permiten el paso del oxígeno al agua ni la salida del CO2 (dióxido de carbono) del agua hacia la atmosfera. Este parámetro no cumple según el decreto 1594 de 1984, la cual indica que el porcentaje de remoción debe ser del 80% y la remoción real es del 71%. En cuanto al acuerdo 43 del 17 de octubre del año 2006, tampoco cumple ya que este parámetro debe ser nulo y en el laboratorio da como resultado que tiene una remoción de 10 mg/L. Para tratar este parametro se pueden utilizar las trampas de grasa que se encargan de separar grasas y aceites del agua residual, reteniendo por sedimentación los sólidos en suspensión y por flotación el material grasoso. OD: El Oxígeno Disuelto no cumple según el acuerdo 43 del 17 de octubre del año 2006 el cual indica que este parámetro debe ser mayor a 4 ppm y el valor real da como resultado 0.21 ppm que es el dato de salida de la PTAR. Esto lo que indica es que esta agua puede tener baja calidad ya que algunos microorganismos pueden no sobrevivir en ella. Este indicador depende de la temperatura del agua. Para aumentar la cantidad de oxígeno disuelto en el agua se deberá inyectar más aireación, además que se deberán tratar las grasas que no permiten que se oxigene el agua. PH: El Potencial Hidrogeno cumple según el decreto 1594 de 1984 y el acuerdo 43 del 17 de octubre del año 2006, los cuales indican que el PH debe estar entre 5.0 – 9.0. El laboratorio da como resultado PH=7.43. SST: Los sólidos suspendidos totales no cumplen según el decreto 1594 de 1984 debido a que se exige una remoción del 80% y el valor en el laboratorio es del 39%. En cuanto al acuerdo 43 del 17 de octubre del año 2006, indica que este valor debe ser máximo 20 ppm, por lo que en el laboratorio da como resultado 105 ppm. Para disminuir el contenido de sólidos suspendidos
65 totales se puede implementar la sedimentación, filtración, adición de polímeros químicos, coagulación y procesos naturales. Temperatura: La temperatura cumple según el decreto 1594 de 1984 el cual indica que la temperatura debe ser menor o igual a cuatro grados centígrados ≤ 40℃. Por lo que el resultado de laboratorio indica que la temperatura del agua de la PTAR es de 17.4℃. Tensoactivos: Los tensoactivos no cumplen según el acuerdo 43 del 17 de octubre del año 2006, el cual indica un valor máximo de 0.5 ppm. Por lo que el laboratorio da como resultado 8.89 ppm.
Estos agentes en aguas residuales provienen de agentes limpiadores como los
detergentes, productos de aseo e higiene, lavanderías industriales que causan la aparición de espumas. Para su tratamiento se puede emplear el uso de trampas de grasas para retener estos tensoactivos.
66 Propuesta y Diseño Del Pozo De Homogenización
Ilustración 19. Censo de población DANE
Fuente: censo de población DANE (https://www.dane.gov.co/files/censo2005/bogota_mun/Resultados_poblacion.pdf)
67 Proyección de la población Método aritmético 𝑘64 − 𝑘51 =
10659 − 5346 = 408.69 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 1964 − 1951
𝑘73 − 𝑘64 =
16833 − 10659 = 686.00 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 1973 − 1964
𝑘85 − 𝑘73 =
24662 − 16833 = 652.42 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 1985 − 1973
𝑘93 − 𝑘85 =
37774 − 24662 = 1639.00 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 1993 − 1985
𝑘05 − 𝑘93 =
59453 − 37774 = 1806.58 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 2005 − 1993 𝑲 = 𝟏𝟎𝟑𝟓. 𝟓𝟒
AÑO 1951 1964 1973 1985 1993 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
POBLACIÓN 5346,00 10659,00 16833,00 24662,00 37774,00 59453,00 60491,54 61530,08 62568,62 63607,15 64645,69 65684,23 66722,77 67761,31 68799,85 69838,38 70876,92 71915,46 72954,00 73992,54
AÑO 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039
𝑝𝑓2030 = 94763,31 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
POBLACIÓN 75031,08 76069,62 77108,15 78146,69 79185,23 80223,77 81262,31 82300,85 83339,38 84377,92 85416,46 86455,00 87493,54 88532,08 89570,62 90609,15 91647,69 92686,23 93724,77 94763,31
68 Método geométrico 1
𝑟64 − 𝑟51
10659 (1964−1951 ) ℎ𝑎𝑏 = ( ) − 1 = 0.055 5346 𝑎ñ𝑜
𝑟73 − 𝑟64
16833 (1973−1964 ) ℎ𝑎𝑏 = ( ) − 1 = 0.052 10659 𝑎ñ𝑜
𝑟85 − 𝑟73
24662 (1985−1973 ) ℎ𝑎𝑏 = ( ) − 1 = 0.032 16833 𝑎ñ𝑜
𝑟93 − 𝑟85
37774 (1993−1985 ) ℎ𝑎𝑏 = ( ) − 1 = 0.055 24662 𝑎ñ𝑜
𝑟05 − 𝑟93
59453 (1905−1993 ) ℎ𝑎𝑏 = ( ) − 1 = 0.039 37774 𝑎ñ𝑜
1
1
1
1
𝒓 = 𝟎. 𝟎𝟒𝟔
AÑO 1951 1964 1973 1985 1993 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
POBLACIÓN 5346,00 10659,00 16833,00 24662,00 37774,00 59453,00 62213,96 65103,13 68126,48 71290,22 74600,89 78065,31 81690,61 85484,26 89454,10 93608,28 97955,39 102504,37 107264,60 112245,90
AÑO 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039
𝑝𝑓2039 = 278260,46 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
POBLACIÓN 117458,52 122913,22 128621,22 134594,31 140844,77 147385,51 154229,99 161392,33 168887,28 176730,29 184937,52 193525,90 202513,11 211917,68 221758,99 232057,33 242833,92 254110,96 265911,70 278260,46
69 Método exponencial 𝐾64 − 𝐾51 =
𝐿𝑛10659 − 𝐿𝑛5346 = 0.053 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 1964 − 1951
𝐾73 − 𝐾64 =
𝐿𝑛16833 − 𝐿𝑛10659 = 0.051 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 1973 − 1964
𝐾85 − 𝐾73 =
𝐿𝑛24662 − 𝐿𝑛16833 = 0.032 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 1985 − 1973
𝐾93 − 𝐾85 =
𝐿𝑛37774 − 𝐿𝑛24662 = 0.053 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 1993 − 1985
𝐾05 − 𝐾93 =
𝐿𝑛59453 − 𝐿𝑛37774 = 0.038 ℎ𝑎𝑏/𝑎ñ𝑜 2005 − 1993 𝑘 = 0.045
𝑝𝑓2039 = 5346 ∗ 𝑒 (0.045)(2039−1951) 𝑝𝑓2039 = 280436.87 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑝𝑓2030 =
94763,31 + 278260,46 + 280436.87 3
𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 𝒑𝒇𝟐𝟎𝟑𝟗 = 𝟐𝟏𝟕𝟖𝟐𝟗. 𝟐𝟏 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔
Tabla 13. Asignación del nivel de complejidad
Fuente: RAS – 2000 Titulo A.
70 El promedio de la poblaciĂłn proyectada a 25 aĂąos a partir del aĂąo 2014 dio mayor de 60000 sesenta mil habitantes; por lo tanto esto quiere decir que el nivel de complejidad serĂĄ alto segĂşn la tabla 11. Tabla 14. Periodo de diseĂąo segĂşn el nivel de complejidad del sistema
Fuente: RAS – 2000 Titulo B.
Al tener un NC alto, se requiere que el periodo de diseĂąo mĂĄximo sea de 30 aĂąos a partir del aĂąo 2014, lo que quiere decir que se debe hacer la proyecciĂłn de la poblaciĂłn para el aĂąo 2044. MĂŠtodo aritmĂŠtico AĂ‘O 1951 1964 1973 1985 1993 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
POBLACIĂ“N 5346,00 10659,00 16833,00 24662,00 37774,00 59453,00 60491,54 61530,08 62568,62 63607,16 64645,70 65684,24 66722,78 67761,32 68799,86 69838,40 70876,94 71915,48 72954,02 73992,56 75031,10 76069,64 77108,18
AĂ‘O 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044
đ?‘?đ?‘“2044 = 99956.00
POBLACIĂ“N 78146,72 79185,26 80223,80 81262,34 82300,88 83339,42 84377,96 85416,50 86455,00 87493,54 88532,08 89570,62 90609,15 91647,69 92686,23 93724,77 94763,31 95801,85 96840,38 97878,92 98917,46 99956,00
71 Método exponencial 𝑝𝑓2044 = 5346 ∗ 𝑒 (0.045)(2044−1951) 𝑝𝑓2044 = 351197.46 Método geométrico
AÑO 1951 1964 1973 1985 1993 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
POBLACIÓN 5346,00 10659,00 16833,00 24662,00 37774,00 59453,00 62213,96 65103,13 68126,48 71290,22 74600,89 78065,31 81690,61 85484,26 89454,10 93608,28 97955,39 102504,37 107264,60 112245,90 117458,52 122913,22 128621,22
AÑO 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044
𝑝𝑓2044 = 349157.80
𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑝𝑓2044 =
99956.00 + 349157.80 + 351197.46 3
𝒑𝒇𝟐𝟎𝟒𝟒 = 𝟐𝟔𝟔. 𝟕𝟕𝟎 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔
POBLACIÓN 134594,31 140844,77 147385,51 154229,99 161392,33 168887,28 176730,29 184937,52 193525,90 202513,11 211917,68 221758,99 232057,33 242833,92 254110,96 265911,70 278260,46 291182,69 304705,01 318855,31 333662,73 349157,80
72 Al tener un nivel de complejidad alto y un periodo de diseĂąo a 30 aĂąos, contados a partir del aĂąo 2014, se va a diseĂąar el pozo de homogenizaciĂłn para la poblaciĂłn de diseĂąo proyectada para el aĂąo 2044 que es de 266.770 habitantes. Caudal de diseĂąo El caudal de diseĂąo se considera con la dotaciĂłn diaria por persona, para este nivel de complejidad se adopta un consumo diario por persona entre 150 y 250 l/p/d; por consiguiente al sumar todos los posibles factores de la dotaciĂłn diaria nos da un consumo promedio de 180 l/p/d. Para determinar el caudal mĂĄximo horario đ?‘„đ?‘€đ??ť (caudal de diseĂąo), se debe tener en cuenta el reglamento tĂŠcnico de agua potable y saneamiento bĂĄsico RAS-2000 Titulo D, en donde se estipula como determinar este caudal. Para ello se deben establecer las contribuciones de aguas residuales domĂŠsticas, comerciales, institucionales e industriales, para asĂ calcular el caudal mĂĄximo horario đ?‘„đ?‘€đ??ť con base en el caudal medio diario đ?‘„đ?‘€đ??ˇ .
đ?‘¸đ?‘´đ?‘Ť = đ?‘¸đ?‘Ť + đ?‘¸đ?‘° + đ?‘¸đ?‘Ş + đ?‘¸đ?‘°đ?‘ľ đ?‘„đ?‘€đ??ˇ = đ??śđ?‘Žđ?‘˘đ?‘‘đ?‘Žđ?‘™ đ?‘šđ?‘’đ?‘‘đ?‘–đ?‘œ đ?‘‘đ?‘–đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œ đ?‘„đ??ˇ = đ??śđ?‘œđ?‘›đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘?đ?‘˘đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘› đ?‘‘đ?‘’ đ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘ đ?‘–đ?‘‘đ?‘˘đ?‘Žđ?‘™ đ?‘‘đ?‘œđ?‘šđ?‘’đ?‘ đ?‘Ąđ?‘–đ?‘?đ?‘Ž đ?‘„đ??ź = đ??śđ?‘œđ?‘›đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘?đ?‘˘đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘› đ?‘‘đ?‘’ đ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘ đ?‘–đ?‘‘đ?‘˘đ?‘Žđ?‘™ đ?‘–đ?‘›đ?‘‘đ?‘˘đ?‘ đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘Žđ?‘™ đ?‘„đ??ś = đ??śđ?‘œđ?‘›đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘?đ?‘˘đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘› đ?‘‘đ?‘’ đ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘ đ?‘–đ?‘‘đ?‘˘đ?‘Žđ?‘™ đ?‘?đ?‘œđ?‘šđ?‘’đ?‘&#x;đ?‘?đ?‘–đ?‘Žđ?‘™ đ?‘„đ??źđ?‘ = đ??śđ?‘œđ?‘›đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘?đ?‘˘đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘› đ?‘‘đ?‘’ đ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘ đ?‘–đ?‘‘đ?‘˘đ?‘Žđ?‘™ đ?‘–đ?‘›đ?‘ đ?‘Ąđ?‘–đ?‘Ąđ?‘˘đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘›đ?‘Žđ?‘™
73 • Agua residual domestica 𝑄𝐷 =
𝐶. 𝑃. 𝑅 86400
𝐶 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 (𝑑𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑛𝑒𝑡𝑎) (𝟏𝟖𝟎 𝑳/𝒉/𝒅𝒊𝒂) 𝑃 = 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 (𝟐𝟔𝟔. 𝟕𝟕𝟎 𝒉𝒂𝒃𝒊𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔) 𝑅 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 (0.825)
Fuente: RAS-2000 Titulo D
𝑄𝐷 =
180 ∗ 266.770 ∗ 0.825 = 458.51 𝐿/𝑠 ℎ𝑎 86400
• Agua residual industrial
Fuente: RAS-2000 Titulo D
𝑄𝐼 = 1.25 𝐿/𝑠 ℎ𝑎 • Agua residual comercial
Fuente: RAS-2000 Titulo D
74 đ?‘„đ??ś = 0.45 đ??ż/đ?‘ â„Žđ?‘Ž • Agua residual institucional
Fuente: RAS-2000 Titulo D
đ?‘„đ??źđ?‘ = 0.45 đ??ż/đ?‘ â„Žđ?‘Ž đ?‘„đ?‘€đ??ˇ = 458.51 + 1.25 + 0.45 + 0.45 đ?‘¸đ?‘´đ?‘Ť = đ?&#x;’đ?&#x;”đ?&#x;Ž. đ?&#x;”đ?&#x;” đ?‘ł/đ?’” đ?’‰đ?’‚ đ?‘¸đ?‘´đ?‘Ż = đ?‘ ∗ đ?‘¸đ?‘´đ?‘Ť đ??š = đ??šđ?‘Žđ?‘?đ?‘Ąđ?‘œđ?‘&#x; đ?‘‘đ?‘’ đ?‘šđ?‘Žđ?‘Śđ?‘œđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘› đ?‘„đ?‘€đ??ˇ = đ??śđ?‘Žđ?‘˘đ?‘‘đ?‘Žđ?‘™ đ?‘šđ?‘’đ?‘‘đ?‘–đ?‘œ đ?‘‘đ?‘–đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œ đ?‘„đ?‘€đ??ť = đ??śđ?‘Žđ?‘˘đ?‘‘đ?‘Žđ?‘™ đ?‘šđ?‘Žđ?‘Ľđ?‘–đ?‘šđ?‘œ â„Žđ?‘œđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œ đ??ťđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘šđ?‘œđ?‘› đ??š = 1 +
14 4 + đ?‘ƒ0.5
đ??ľđ?‘Žđ?‘?đ?‘?đ?‘–đ?‘Ą đ??š =
5 đ?‘ƒ0.2
đ??š=
đ??š =1+
đ??š=
14 = 1.02 4 + 385297.980.5
5 = 0.38 385297.980.2
1.02 + 0.38 = 0.70 2
Las ecuaciones de Harmon y Babbit se emplean en base a una poblaciĂłn entre 1.000 y 1.000.000 de habitantes, por lo que la poblaciĂłn proyectada es de 266.700,42 habitantes, lo que quiere decir que estĂĄ dentro de este rango.
75 đ??š = 0.70 đ?‘„đ?‘€đ??ť = 0.70 ∗ 460.66 đ?‘¸đ?‘´đ?‘Ż = đ?&#x;‘đ?&#x;?đ?&#x;?. đ?&#x;’đ?&#x;” đ?‘ł/đ?’” đ?’‰đ?’‚ Con respecto al caudal de diseĂąo đ?‘„đ?‘€đ??ť , se puede determinar el volumen del tanque, teniendo en cuenta el tiempo de retenciĂłn del tanque o pozo đ?‘‡đ?‘&#x; . Volumen del tanque đ?‘˝ = đ?‘¸ ∗ đ?‘ťđ?’“ đ?‘„ = đ?‘„đ?‘€đ??ť = đ??śđ?‘Žđ?‘˘đ?‘‘đ?‘Žđ?‘™ đ?‘šđ?‘Žđ?‘Ľđ?‘–đ?‘šđ?‘œ â„Žđ?‘œđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘œ đ?‘‡đ?‘&#x; = đ?‘‡đ?‘–đ?‘’đ?‘šđ?‘?đ?‘œ đ?‘‘đ?‘’ đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘Ąđ?‘’đ?‘›đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘› đ?‘„ = 322.46 đ??ż/đ?‘ ≈ 1160.86 đ?‘š3 â „â„Ž đ?‘‡đ?‘&#x; = 12â„Ž đ?‘‰ = 1160.86 đ?‘š3 â „â„Ž ∗ 12â„Ž đ?‘˝ = đ?&#x;?đ?&#x;‘đ?&#x;—đ?&#x;‘đ?&#x;Ž. đ?&#x;‘đ?&#x;? đ?’Žđ?&#x;‘ ≈ đ?&#x;?đ?&#x;’đ?&#x;Žđ?&#x;Žđ?&#x;Ž đ?’Žđ?&#x;‘ Dimensiones SegĂşn la NSR – 10 (Reglamento Colombiano de construcciĂłn sismo resistente NSR-10, titulo C, C.23-C.15.14.3.1 , Enero, 2010) El espesor mĂnimo de muros convencionales de concreto reforzado construidos en sitio que estĂŠn en contacto con lĂquidos y tengan mĂĄs de 3m de altura, debe tener un espesor de 300mm o 30cm. đ?‘‰ = đ?‘‰đ?‘œđ?‘™đ?‘˘đ?‘šđ?‘’đ?‘› đ??´ = đ??´đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘Ž đ??ż = đ??żđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘”đ?‘œ đ?‘Ž = đ??´đ?‘›đ?‘?â„Žđ?‘œ đ?‘ƒ = đ?‘ƒđ?‘&#x;đ?‘œđ?‘“đ?‘˘đ?‘›đ?‘‘đ?‘–đ?‘‘đ?‘Žđ?‘‘ đ?‘’ = đ??¸đ?‘ đ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œđ?‘&#x;
76
𝑉 = 14000 𝑚3 𝐴 = 1400 𝑚2 𝐿 = 40𝑚 𝑎 = 35𝑚 𝑃 = 10𝑚 𝑒 = 0.30𝑚 𝑇𝑟 = 12 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
77 Presupuesto
Concreto 2 đ?‘šđ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘ đ?‘Ž = 35 = 35.6 ∗ 10 ∗ 0.30 ∗ 2 đ?‘šđ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘ = 213.6 đ?‘š3 2 đ?‘šđ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘ đ??ż = 40 = 39.4 ∗ 10 ∗ 0.30 ∗ 2 đ?‘šđ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘ = 236.4 đ?‘š3 đ?‘?đ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ž đ?‘?đ?‘–đ?‘ đ?‘œ = 40.6 ∗ 35.6 ∗ 0.30 = 433.6 đ?‘š3 đ?‘‡đ?‘‚đ?‘‡đ??´đ??ż = 883.6 đ?‘š3 đ?‘“´đ?‘? = 3000đ?‘ƒđ?‘†đ?‘– -
agua
Por lo general se utilizan 188 L de agua por cada 1đ?‘š3 188đ??ż ∗ 883.6đ?‘š3 = 166117 đ??żđ?‘–đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘œđ?‘ đ?‘‘đ?‘’ đ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž
-
cemento RelaciĂłn agua/cemento = 0.048 đ??ś=
đ??´ 166117 346076 = = = 6922 đ?‘?đ?‘˘đ?‘™đ?‘Ąđ?‘œđ?‘ đ?‘‘đ?‘’ đ?‘?đ?‘’đ?‘šđ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘œ đ?‘‘đ?‘’ 50đ?‘˜đ?‘” 0.048 0.48 50 đ?‘˜đ?‘” 50kg = $25.000 6922*25000 = $173´050.000
El cemento tendrĂĄ un precio de ciento setenta y tres millones cincuenta mil pesos
78 Medidores de caudal Un caudalimetro electromagnético, está alrededor de $50´000.000 cincuenta millones de pesos, se podrían instalar dos caudalimetros uno a la entrada y otro a la salida de la planta de tratamiento.
Bombas sumergibles Una bomba sumergible esta alrededor de un valor de $150.000.000 ciento cincuenta millones de pesos.
Nota: Según el cálculo realizado, se tendrá que hacer una inversión aproximada de $423´050.000 Cuatrocientos veintitrés mil cincuenta pesos.
79 Conclusiones
• Según la proyección de población y la gráfica estadística de los censos realizados por el DANE (Departamento Administrativo Nacional de Estadística) en el municipio de Funza del departamento de Cundinamarca, la población tiende a presentar un crecimiento exponencial, debido a que en este municipio se está presentando un gran desarrollo económico por las industrias, el comercio, y demás sectores.
También se observa un crecimiento a nivel
urbanístico importante ya que se ha disparado la construcción de infraestructuras en busca del bienestar de los habitantes del municipio de Funza.
• Los valores de los materiales expresados en el presupuesto, son una aproximación de lo que podría costar la optimización de la planta de tratamiento de agua residual, ya que este depende de muchas más variables que no se están teniendo en cuenta.
• A pesar de que la planta de tratamiento de aguas residuales actualmente está siendo optimizada, carece de varios elementos. Según lo anterior la función de este proyecto es buscar complementar esas falencias para poder brindar un mejor tratamiento a las aguas residuales de este municipio.
• Es necesario implementar algunos métodos expresados anteriormente para lograr la adecuada calidad del agua, cumpliendo con los parámetros establecidos en el decreto 1594 de 1984 y el acuerdo No 43 de octubre del 2006.
80 • Tanto el PH como la temperatura son adecuados para que se puedan llevar a cabo la biodegradación en la planta de tratamiento.
• Los valores de DBO y DQO de la planta, no cumplen con la normatividad, por lo que se hace necesario aumentar el contenido de oxigeno por medio del método de aireación para disminuir el nivel de contaminación del efluente.
81 Recomendaciones
• Se podría pensar en el diseño de dos pozos de homogenización, en el cual el primero se encargue de decantar partículas a medida que va circulando por este hacia el segundo ya que este se encargara de bombear el agua hacia los tamices de cribado fino. Si fuera así, cada pozo podría tener un volumen de 7000m3, una longitud de 35m, un ancho de 20m, una profundidad de 10m, un espesor de 0.30m y un tiempo de retención de 12 horas.
• Según la NSR-10 (Norma sismo resistente 2010), los muros de concreto reforzado, que tengan una altura mayor a 3 m, que estén en contacto con el agua y que estén construidos en el sitio, deberán tener un espesor mínimo de 0.30 m, con el fin de brindar mayor resistencia a la estructura.
• Se podría pensar en instalar una nueva bomba, con el fin de optimizar mejor la planta desde el manejo y buen funcionamiento del pozo de homogenización, además esto también sería importante debido a que según el aumento exponencial de la población, las cinco bombas actuales no podrían abastecer la demanda de la creciente población.
• Se podrían implementar la instalación de dos caudalimetros electromagnéticos uno a la entrada y otro a la salida de la planta de tratamiento, ya que estos son empleados precisamente para aguas residuales y aplicaciones de servicios públicos. Se piensa en esta alternativa ya que la planta carece de estos medios para tener información exacta de los caudales que se manejan.
82 • Para optimizar la planta tambiÊn se puede pensar en implementar una trampa de grasas, esto para hacer un tratamiento en cuanto a las natas o grasas que son transportadas en el agua residual.
83 Referencias Bibliográficas
-
Geroge Tchobanoglous, Franklin L. Burton. (1995). ingeniería de aguas residuales tratamiento, vertido y reutilización. Edicion 3. Vol 1. Ed Mc Graw Hill.
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George Tchobanoglous, Ronald W. Crites. (2000) Sistema de manejo de aguas residuales para nucleos pequeños y descentralizados. Tomo 1. Editorial Mc Graw Hill,
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Sandra Milena Torres Aldana y Sandra Yovana Triviño Gómez. Inventario de plantas de tratamiento de aguas residuales afluentes de la cuenca alta del rio Bogotá. Tesis 0142 IC. Editorial: Uniagraria.
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Corporación Autónoma Regional (CAR), CONHYDRA. Manual de operación PTAR Funza
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Acuerdo 43 del 17 de octubre del 2006
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Decreto 1594 de 1984
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Reglamento Colombiano de construcción sismo resistente NSR-10
84 CibergrafĂa
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http://www.efdemexico.com/servicios/ptars.html
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http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/895/Capitulo3.pdf
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https://www.dane.gov.co/files/censo2005/bogota_mun/Resultados_poblacion.pdf
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http://www.hidritec.com/hidritec/tratamiento-de-aguas-residuales-y-disminucion-de-dqo
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http://quima.com/es/trampas-de-grasa-que-son-y-como-funcionan/
-
http://revistas.udistrital.edu.co/ojs/index.php/revcie/article/view/325/477