Disposicion de Aguas Residuales
158
DISEÑOS DEFINITIVOS DE LOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN, TRANSPORTE, TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN FINAL DE AGUAS RESIDUALES EN LOS CENTROS NUCLEADOS Y UNIDADES HABITACIONALES DISPERSAS EN LA CUENCA MEDIA DEL RÍO OTÚN MEDIANTE MECANISMOS DE SENSIBILIZACIÓN‚ PARTICIPACIÓN Y APROPIACIÓN COMUNITARIA CONVENIO UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE PEREIRA Y CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE RISARALDA MEMORIA TÉCNICA DE DISEÑO
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DISEÑOS DEFINITIVOS DE LOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN,
TRANSPORTE, TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN FINAL DE AGUAS
RESIDUALES EN LOS CENTROS NUCLEADOS Y UNIDADES
HABITACIONALES DISPERSAS EN LA CUENCA MEDIA DEL RÍO OTÚN
MEDIANTE MECANISMOS DE SENSIBILIZACIÓN‚ PARTICIPACIÓN Y
APROPIACIÓN COMUNITARIA
CONVENIO UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, EMPRESA DE
ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE PEREIRA Y CORPORACIÓN
AUTÓNOMA REGIONAL DE RISARALDA
MEMORIA TÉCNICA DE DISEÑO
Pereira, Julio de 2002
TABLA DE CONTENIDO
1 INTRODUCCIÓN. 1
2 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – CONCEPTUALIZACIÓN. 4
2.1 PRETRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS.....................5
2.1.1 TANQUE SÉPTICO..........................................................................................................6
2.1.2 FILTRO ANAERÓBICO....................................................................................................8
2.2 TRATAMIENTO SECUNDARIO.................................................................................11
2.2.1 LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN...................................................................................11
2.2.2 HUMEDALES...............................................................................................................18
3 CRITERIOS DE DISEÑO. 28
3.1 REDES DE ALCANTARILLADO................................................................................28
3.2 SISTEMAS DE TRATAMIENTO.................................................................................31
3.2.1 TRATAMIENTOS PRELIMINARES...................................................................................32
3.2.2 TRATAMIENTOS PRIMARIOS........................................................................................37
3.2.3 TRATAMIENTOS SECUNDARIOS...................................................................................43
4 DISEÑO REDES DE ALCANTARILLADO 45
5 CALIDAD DEL AGUA RESIDUAL 46
5.1 METODOLOGÍA DEL MUESTREO...........................................................................46
5.2 RESULTADOS DE CAMPO Y DE LABORATORIO.................................................47
5.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS.....................................................................................48
5.4 REQUERIMIENTO DE CALIDAD DE AGUA............................................................52
6 DIMENSIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO POR
LOCALIDAD. 53
6.1 POBLACIONES DE DISEÑO................................................................................................53
6.2 LA FLORIDA ZONA 2.......................................................................................................55
6.2.1 ESTRUCTURA DE SEPARACIÓN....................................................................................55
6.2.2 REJAS.........................................................................................................................57
6.2.3 DESARENADOR...........................................................................................................58
6.2.4 LAGUNA ANAEROBIA.................................................................................................59
6.2.5 HUMEDAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL.........................................................................60
6.3 LA FLORIDA, SECTOR 3..................................................................................................62
6.3.1 REJAS.........................................................................................................................62
6.3.2 TANQUE SEPTICO.......................................................................................................63
6.3.3 HUMEDAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL.........................................................................64
6.4 LA BANANERA.................................................................................................................67
6.4.1 ESTRUCTURA DE SEPARACION....................................................................................67
6.4.2 REJAS.........................................................................................................................69
6.4.3 DESARENADOR...........................................................................................................70
6.4.4 TANQUE SEPTICO........................................................................................................71
6.4.5 FILTRO ANAEROBIO.....................................................................................................72
6.4.6 UNIDADES EN PARALELO TANQUE SEPTICO – FILTRO ANAEROBICO........72
6.4.7 LAGUNA FACULTATIVA...............................................................................................73
6.5 EL PORVENIR..................................................................................................................74
6.5.1 ESTRUCTURA DE SEPARACION....................................................................................74
6.5.2 REJAS.........................................................................................................................76
6.5.3 DESARENADOR............................................................................................................77
6.5.4 TANQUE SEPTICO........................................................................................................78
6.5.5 FILTRO ANAEROBICO..................................................................................................79
6.5.6 UNIDADES EN PARALELO TANQUE SEPTICO – FILTRO ANAEROBICO........79
6.6 SAN JOSÉ SECTOR 1........................................................................................................80
6.6.1 TANQUE SEPTICO.......................................................................................................80
6.6.2 FILTRO ANAEROBIO....................................................................................................81
6.7 SAN JOSÉ, SECTOR 2.......................................................................................................82
6.7.1 TANQUE SEPTICO.......................................................................................................82
6.7.2 FILTRO ANAEROBICO..................................................................................................83
6.8 LAS MANGAS, SECTOR 1.................................................................................................84
6.8.1 TANQUE SEPTICO.......................................................................................................84
6.8.2 FILTRO ANAEROBIO....................................................................................................85
6.9 LAS MANGAS, SECTOR 2.................................................................................................86
6.9.1 TANQUE SEPTICO.......................................................................................................86
6.9.2 FILTRO ANAEROBIO....................................................................................................87
6.10 LAS MANGAS, SECTOR 3...............................................................................................88
6.10.1 TANQUE SEPTICO......................................................................................................88
6.10.2 FILTRO ANAEROBIO..................................................................................................89
6.11 LAS MANGAS, SECTOR 4...............................................................................................90
6.11.1 TANQUE SEPTICO......................................................................................................90
6.11.2 FILTRO ANAEROBIO..................................................................................................91
7 RESUMEN DE COSTOS 95
7.1 COSTOS ALCANTARILLADO....................................................................................97
7.2 COSTOS PLANTAS DE TRATAMIENTO (DISCRIMINADOS POR
COMPONENTES)...................................................................................................................104
8 PLAN DE INVERSIONES SUGERIDO 109
9 LISTADO DE PLANOS 111
10 BIBLIOGRAFÍA 113
LISTADO DE CUADROS
Cuadro 1. Características típicas del medio para humedales de flujo subsuperficial
(Fuente: Tchobanoglous y Crites, 1998).........................................................20
Cuadro 2 Niveles de tratamiento............................................................................31
Cuadro 3. Dimensiones características de tanques sépticos................................37
Cuadro 4. Valores recomendados para diseño de FAFA.
Fuente: RAS. 1998.........................................................................................39
Cuadro 5. Valores de diseño de cargas volumétricas permisibles y eficiencias de
remoción en DBO5 para lagunas anaerobias a varias temperaturas (Fuente:
Mara y Pearson, 1998)...................................................................................42
Cuadro 6 Valores recomendados para diseño de humedales. Fuente:
Tchobanoglous, 2000.....................................................................................43
Cuadro 7. Valores permisibles de carga orgánica superficial para lagunas
facultativas a varias temperaturas (Fuente Mara y Pearson, 1998)...............45
Cuadro 8. Parámetros y método utilizado para la caracterización de aguas
residuales de La Florida..................................................................................47
Cuadro 9. Resultados de Análisis de Laboratorio La Florida.................................48
Cuadro 10. Estadística descriptiva de caudal (l/s).................................................48
Cuadro 11. Estadística descriptiva de temperatura (°C)........................................49
Cuadro 12. Estadística descriptiva de pH (UpH)...................................................49
Cuadro 13. Valores promedio de caudal a tratar, pH y Temperatura del agua
residual con cada alícuota tomada.................................................................49
Cuadro 14. Cálculo de cargas contaminantes por período....................................50
Cuadro 15. Valores de diseño................................................................................50
Cuadro 16. Cargas promedio de las aguas residuales domésticas en el área rural.
........................................................................................................................51
Cuadro 17. Cargas contaminantes por día de caracterización..............................52
Cuadro 18 Sistemas selecionados por localidad...................................................53
Cuadro 19. Poblaciones de diseño........................................................................54
Cuadro 20. CUADRO RESUMEN DE COSTOS. CENTROS POBLADOS............95
Cuadro 21. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA LA FLORIDA ZONA 2........97
Cuadro 22. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA LA FLORIDA ZONA 3.........98
Cuadro 23. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA LA BANANERA...................99
Cuadro 24. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA EL PORVENIR..................100
Cuadro 25. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA SAN JOSE SECTOR 1.....101
Cuadro 26 COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA SAN JOSE SECTOR 2......101
Cuadro 27. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA MANGAS SECTOR 1.......102
Cuadro 28. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA MANGAS SECTOR 2.......102
Cuadro 29. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA MANGAS SECTOR 3.......103
Cuadro 30. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA MANGAS SECTOR 4.......103
Cuadro 31. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA LA FLORIDA ZONA 2.............104
Cuadro 32. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA LA FLORIDA ZONA 3.............104
Cuadro 33. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA LA BANANERA.......................105
Cuadro 34. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA EL PORVENIR........................105
Cuadro 35. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA SAN JOSE SECTOR 1...........106
Cuadro 36. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA SAN JOSE SECTOR 2...........106
Cuadro 37. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA MANGAS SECTOR 1..............107
Cuadro 38. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA MANGAS SECTOR 2..............107
Cuadro 39. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA MANGAS SECTOR 3..............108
Cuadro 40. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA MANGAS SECTOR 4..............108
Cuadro 41. Plan de inversiones...........................................................................109
Cuadro 42. Flujo de Caja.....................................................................................109
CUADRO 43. COSTOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO AGUAS RESIDUALES
AREAS DISPERSAS.....................................................................................110
LISTADO DE FIGURAS
Figura 1. Variación de coliformes totales y fecales a la altura de la bocatoma del
acueducto de Pereira (Fuente Universidad Tecnológica de Pereira, 1998).....3
Figura 2. Diferentes configuraciones de Lagunas de Estabilización......................13
Figura 3. Humedal de flujo subsuperficial..............................................................20
1 INTRODUCCIÓN.
Todo cambio en la calidad del agua natural implica contaminación, si bien sus
propiedades también se ven deterioradas por algunos fenómenos naturales, los
problemas más graves, de mayor alcance y duración, son sin duda los
provocados por el hombre. Los niveles excesivos de materia orgánica, pueden
dar lugar a reducciones drásticas en los niveles de oxígeno de la masa de agua,
con las consiguientes perturbaciones dramáticas sobre las comunidades
naturales. La mayor preocupación la constituyen los procesos de consumo
directo y las actividades humanas indirectas que utilizan el agua como recurso.
Este caso es típico en muchas localidades de Colombia, las cuales presentan
contaminación hídrica, generalmente de tipo orgánico; además, las quebradas o
ríos de los municipios o localidades son tributarios de otras fuentes de agua y en
algunos casos abastecen aguas abajo acueductos de importancia. Esto significa
una cadena interminable de contaminación acumulativa que incide en las
condiciones del recurso hídrico, con afectación directa de la flora y fauna, la salud
humana y consecuencias económicas importantes asociadas a los posteriores
costos de tratamiento para su potabilización.
El Ministerio de Desarrollo Económico indica que sólo el 11% de los municipios
colombianos cuentan con algún sistema de tratamiento para las aguas residuales
domésticas (SIAS, 1999). Esta baja cobertura puede explicarse en que los
municipios pequeños y medianos de Colombia tienen entre sus principales
restricciones, baja capacidad institucional, limitaciones de personal calificado y
escasos recursos económicos (Avendaño et al, 1994). Se debe buscar entonces
para estos municipios y localidades, soluciones que garanticen la sostenibilidad
de los sistemas en el tiempo.
Es importante entonces, implementar e investigar sobre tecnologías que ofrezcan
ventajas como bajos costos de operación, bajo consumo de energía, pocos o
1
ningún equipo mecanizado, flexibilidad y menor susceptibilidad a cargas choques
y una simple operación y mantenimiento.
La sostenibilidad tanto socioeconómica como ambiental de una tecnología en
particular, dependerá de un adecuado proceso de selección que se encuentre en
armonía con las necesidades y capacidades del nivel local, acordes a las
características técnicas, financieras, biofísicas, socioeconómicas y culturales
locales.
A nivel local, el río Otún reviste gran importancia para el municipio de Pereira, ya
que desde 1936 se ha constituido en la única fuente abastecedora de agua de su
acueducto. Para satisfacer los requerimientos de agua para consumo humano,
según (INGESAM, 2000), la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Pereira
(EAAP) capta del río Otún un caudal equivalente a 1.8 m3/s, en el sitio conocido
como Nuevo Libaré ubicado en la vereda El Porvenir.
Desde la vereda San José hasta La Florida (incluida) se ha delimitado la cuenca
media del río Otún. En esta zona se presentan la mayor dinámica
socioeconómica y densidad de población de la región comprendida entre el punto
de captación y el nacimiento del río Otún (parte alta). Las actividades económicas
predominantes en el área son el cultivo de la cebolla larga, del café y el
establecimiento de un importante número de granjas avícolas y porcícolas.
Desde el inicio de las prácticas agrícolas en la cuenca media del río Otún, se ha
cultivado la cebolla junca, demandando fuerza de trabajo a la que acudieron
personas residentes en otros lugares generando un rápido incremento de la
población, evidenciado en la conformación de centros nucleados y dispersos que
ejercen presión sobre el recurso hídrico, mediante descargas de aguas residuales
domésticas y agropecuarias sin tratamientos previos (Trejos e Isaza, 2002).
2
Producto de los diferentes usos dados al suelo en la cuenca media del río Otún, el
recurso hídrico ha sido afectado por contaminación con excretas de humanos y
animales, deteriorando así la calidad de éste. Aunque son varios los parámetros
indicadores de calidad de agua, revisten gran trascendencia los bacteriológicos,
ya que las concentraciones de organismos bacterianos de origen fecal han tenido
incrementos en la fuente de agua a la altura de la bocatoma de acueducto de
Pereira, según se aprecia en la Figura 1.
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
1-A
go-8
7
05-J
ul-8
8
18-F
eb-8
9
03-S
ep-9
0
21-A
go-9
1
01-A
br-9
6
01-A
go-9
6
23-S
ep-9
6
25-N
ov-9
6
24-F
eb-9
7
21-J
un-9
7
28-J
ul-9
7
29-J
ul-9
7
02-S
ep-9
7
Dec
reto
159
4/84
Tiempo
NM
P/1
00 m
l
Coliformes Totales Coliformes Fecales
Figura 1. Variación de coliformes totales y fecales a la altura de la bocatoma
del acueducto de Pereira (Fuente Universidad Tecnológica de Pereira, 1998).
Con miras a encaminar acciones tendientes a aminorar el impacto generado
sobre el recurso hídrico por los diversos usos del suelo, la Empresa de Acueducto
y Alcantarillado de Pereira (Aguas y Aguas de Pereira), la Corporación Autónoma
Regional de Risaralda (CARDER) y la Universidad Tecnológica de Pereira por
intermedio del grupo de investigación en Agua y Saneamiento de la Facultad de
Ciencias Ambientales unieron esfuerzos y recursos con el propósito de
dimensionar la problemática asociada al manejo de aguas residuales domésticas
3
así como realizar los diseños de las soluciones requeridas involucrando en todas
las etapas del proceso a la comunidad de la zona.
El presente documento recoge las memorias asociadas a todo el proceso técnico
relacionado con la recolección, tratamiento y disposición de aguas residuales.
2 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – CONCEPTUALIZACIÓN.
Todos los procesos para el manejo de desechos líquidos se basan en respuestas
de la naturaleza, bien sea mediante la fuerza de la gravedad que actúa en la
sedimentación o mediante organismos biológicos (microorganismos) que
degradan por procesos aeróbicos o anaeróbicos la materia orgánica. Los
sistemas naturales para el tratamiento de aguas residuales se diferencian de los
sistemas convencionales en la fuente de energía requerida para la degradación o
descomposición de los contaminantes. Los sistemas convencionales se basan en
mecanismos de transformación y degradación de contaminantes que ocurren
naturalmente; sin embargo, estos procesos se dan en estructuras de concreto,
plásticas o de acero, mediante la adición de químicos, aireación y mezcla
mecánica. Debido a la gran cantidad de energía empleada en estos sistemas, el
espacio físico requerido para desarrollar las transformaciones biológicas es menor
en comparación con lo que sucede en la naturaleza.
Los sistemas naturales de tratamiento requieren la misma cantidad de energía por
cada kilogramo de contaminante degradado, sin embargo la fuente de energía es
diferente. Ellos se basan en energías renovables que están y ocurren en la
naturaleza: radiación solar; energía cinética del viento, precipitación, así como en
el almacenamiento de la energía potencial, en biomasa y en el suelo. Los
sistemas naturales son intensivos en el requerimiento de área, mientras que los
sistemas convencionales son intensivos en energía.
4
Por otra parte la operación y mantenimiento de los sistemas convencionales
requiere mayor grado de tecnología, pues en ellos se utilizan equipos mecánicos
que de una u otra forma deben ser controlados y mantenidos, mientras en los
sistemas naturales no se requieren de estos equipos y por lo tanto se facilita su
operación y mantenimiento. De esta forma estos sistemas se hacen sostenibles
para nuestras condiciones socioculturales.
Un aspecto final es la producción de lodos residuales que en los sistemas
convencionales puede ser hasta 4 veces mayor que en los sistemas naturales,
con las correspondientes dificultades y complejidades que trae consigo su
manejo.
Es por estas razones que para las localidades establecidas en la zona de estudio,
considerando sus características socioeconómicas y con un proceso participativo
de las comunidades directamente afectadas, se pretende que mediante la
combinación de sistemas convencionales, de baja complejidad en operación y
construcción, y sistemas naturales de tratamiento de aguas residuales, solucionar
el deterioro de la calidad del agua del río Otún en su cuenca media.
2.1 PRETRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS
La separación de material grueso y sólidos gruesos sedimentables, es el paso
inicial e indispensable en el concepto del pretratamiento de aguas residuales, lo
cual generalmente es realizado a través de una rejilla de limpieza manual que
remueve la mayor parte de los sólidos gruesos como plásticos, papel, artículos
sanitarios, etc., seguido por un tanque de sedimentación y/o tanque séptico que
opcionalmente puede ser seguido de un filtro anaeróbico.
En sistemas de alcantarillado combinado donde existe la introducción de aguas
pluviales, también se sugiere la construcción de un desarenador, donde los
sólidos sedimentables arrastrados por la lluvia, como arenas y tierra, se
5
sedimentan en el fondo del depósito, mientras que el líquido sigue su curso a
través del canal al siguiente paso del tratamiento (Castaño y Paredes, 2001).
El diseño del tanque de sedimentación se puede hacer de manera que cumpla
solamente con el objetivo de separar los sólidos en suspensión, o de tal forma
que permita también la descomposición de la materia orgánica sedimentada en el
fondo del tanque por medio de bacterias anaeróbicas. Con un pretratamiento de
este tipo, las aguas resultantes están prácticamente libres de sólidos y material
flotante, evitando así la obstrucción y colmatación de las unidades de tratamiento
posteriores
2.1.1 TANQUE SÉPTICO
En el tanque séptico el agua permanece retenida por un período suficientemente
largo, logrando así separar de las aguas residuales los sólidos sedimentables,
que se depositan en el fondo y las natas flotantes que se acumulan en la parte
superior.
Los tanques sépticos, son tanques que sirven simultáneamente como tanque para
la sedimentación, desnatación y digestión anaeróbica de lodos, sin necesidad de
mezcla ni calentamiento, además de servir como tanque de almacenamiento de
lodos. En la construcción de los tanques sépticos se usan generalmente
materiales como el concreto o la fibra de vidrio, aunque también se han utilizado
materiales como acero, madera de secuoya y polietileno (Tchobanoglous, 2000).
En los tanques sépticos, los sólidos sedimentables que se encuentran en el agua
residual cruda forman una capa de lodo en el fondo. Las grasas, aceites y demás
material ligero tienden a acumularse en la superficie, donde forman una capa
flotante de natas y espuma; la capa de agua por debajo de este material flotante,
corresponde al agua tratada y se puede llevar para disposición en campos de
infiltración o a una unidad de tratamiento posterior. La materia orgánica retenida
6
en el fondo del tanque es sometida a un proceso de descomposición
generalmente anaeróbico, transformándose en compuestos y gases más estables
como dióxido de carbón (CO2), metano (CH4) y sulfuro de hidrógeno (H2S). El lodo
que se acumula en el fondo del tanque séptico está compuesto sobre todo de
hilachas provenientes del lavado de prendas y de lignina, la cual hace parte de la
composición del papel higiénico; aunque estos materiales lleguen a degradarse
biológicamente, la velocidad de descomposición es tan baja que en últimas se
acumulan (Tchobanoglous, 2000).
Aunque en los tanques sépticos se forme sulfuro de hidrógeno, no es común la
generación de olores, ya que se combina con los metales presentes (básicamente
hierro) formando sulfuros metálicos insolubles que se acumulan en los sólidos que
se sedimentan, dándoles su color negro característico. A pesar que la
descomposición anaeróbica reduce el volumen del material sólido depositado en
el fondo del tanque, existe siempre una acumulación neta del lodo. A largo plazo,
la acumulación de lodo y espuma hace que se reduzca la capacidad volumétrica
efectiva del tanque; por tanto, es conveniente realizar retiros periódicos del
contenido del tanque a manera de mantenimiento programado, la frecuencia con
que se programe este mantenimiento, influirá en el volumen del tanque al
momento de dimensionarlo.
Para limitar la descarga de sólidos en el efluente de tanques sépticos se ha usado
un diseño compartimentalizado. Con base en mediciones realizadas, tanto en
tanques de uno como de dos compartimientos, se ha comprobado que los
beneficios atribuidos estos últimos, se deben más al diseño que a la subdivisión
del tanque. Un método más efectivo para reducir la descarga de sólidos sin
tratamiento consiste en instalar un filtro (anaeróbico p.e) para mejorar la calidad
del efluente (Tchobanoglous, 2000).
2.1.2 FILTRO ANAERÓBICO
7
Los filtros anaeróbicos son sistemas denominados de alta tasa, desarrollados a
finales de los años sesenta, que han encontrado aplicabilidad en el tratamiento de
aguas residuales industriales y domésticas. En el filtro anaeróbico de flujo
ascendente, el agua residual, con un flujo ascendente, se hace pasar
uniformemente a través de una tanque empacado con un soporte sólido fuerte
(grava, piedra de mano, trozos de material sintético, etc.). Sobre el soporte se
genera una biopelícula, que es retenida en el medio y que es la encargada de
digerir la materia orgánica. Los filtros anaeróbicos permiten la aplicación de
tiempos de retención hidráulica cortos y altas cargas orgánicas, ya que su
operación es bastante estable (Noyola y Morgan, 1997).
Aunque las ventajas de la digestión anaeróbica sobre la aeróbica se hacen más
evidentes a medida que la concentración de materia orgánica se incrementa,
diferentes estudios (Rama y Khan a finales de los 60, Genung et al, 1982,
Kobayhasi et al, 1983; Pretrorius, 1981; Young y Yang, 1989; citados por Noyola
y Morgan, 1997) reportan la utilización de filtros anaeróbicos en el tratamiento de
aguas residuales domésticas (diluidas) con eficiencias de remoción de materia
orgánica de hasta 84%.
Considerando las bajas concentraciones de materia orgánica y la presencia en
cantidades suficientes de nutrientes que tienen en general las aguas residuales
domésticas, se pueden considerar como principales factores del proceso, el
tiempo de retención hidráulica y la temperatura (Kamiyama, 1993).
En todas las investigaciones y trabajos realizados, el medio filtrante ha sido un
aspecto polémico. Kamiyama (1993), menciona los trabajos desarrollados por
Song y Young, en los cuales concluyen, después de operar reactores con
diferentes tipos de medios filtrantes, que el área específica del material filtrante
tiene una baja influencia sobre el desempeño del reactor, lo que significa que un
incremento del área específica del medio filtrante no implica un mejor desempeño
del reactor. Sin embargo, la forma del lecho filtrante si ejerce una influencia sobre
8
la eficiencia, ya que en la medida que se reduzcan las posibilidades de pasos
directos a través del lecho se propiciará un mayor contacto del residuo con la
masa biológica. Con esta condición en los primeros 60 cm del lecho filtrante, en
dirección del flujo, se presenta la mayor remoción de materia orgánica y por
encima de 1.2 metros no se registran incrementos de eficiencias de remoción
(Camargo, 2001).
La baja influencia que tiene el medio sobre la eficiencia de remoción está
aparentemente relacionada con la forma en que los microorganismos se
desarrollan en el filtro de flujo ascendente; la biomasa en suspensión es su forma
predominante, siendo la función del medio filtrante la remoción de esta. En los
sistemas de lecho fijo con flujo descendente se presenta predominancia de
microorganismos en la forma de biopelícula sobre la superficie del medio filtrante,
por lo que el área específica tiene una gran importancia (Kamiyama, 1993).
En Colombia se ha utilizado tradicionalmente la grava como medio: Actualmente
el Reglamento Técnico del Sector Agua Potable y Saneamiento (1998)
recomienda utilizar como material de soporte piedra triturada angulosa o redonda
(grava), sin finos, de tamaño entre 4-7 cm. Sin embargo, en los casos en que el
medio de soporte ha sido la grava, se presenta perdida de eficiencia con el paso
del tiempo, debido a colmatación y atascamiento del medio. Lo anterior en el caso
de la guadua requiere un mantenimiento dispendioso.
Algunos estudios han sido desarrollados con otros tipos de material filtrante
diferente a la grava, con el propósito de evitar las obstrucciones y facilitar la
operación y mantenimiento. Se han reportado experiencias de la Corporación
Autónoma Regional del Valle de Cauca - CVC, tratando desechos del beneficio
del café, con filtros anaeróbicos de flujo ascendente usando guadua, puesta en
forma desordenada, como material filtrante: Se han obtenido remociones
superiores al 90% en términos de DQO y 75% en SST, aplicando una carga de
12.3 Kg DQO/m3.día y un tiempo de retención hidráulico de 2 días. Después de 18
9
meses de operación el sistema no presentó problemas de taponamiento.
Experiencias del grupo de investigación en agua y saneamiento de la Facultad de
Ciencias Ambientales (Castaño y Paredes, 2002) han demostrado que con la
utilización de aros de guadua de cinco centímetros de longitud, es posible obtener
las mismas eficiencias que las obtenidas con el medio tradicional (grava), con la
ventaja adicional de que los costos de inversión inicial pueden reducirse entre un
10 y 35%, dependiendo del tamaño del sistema.
Zambrano et al (1999) recomienda para el tratamiento de aguas procedentes del
beneficio del café la construcción de filtros anaeróbicos de flujo ascendente
usando anillos de guadua de 15 cm de largo, puesta en forma desordenada,
como parte del sistema de tratamiento, indicando que las remociones en esta
unidad pueden ser superiores al 80% en carga de DQO y que después de cuatro
años de operación no se han presentado problemas de taponamiento ni ha sido
necesario reponer la guadua.
10
2.2 TRATAMIENTO SECUNDARIO
Aunque existe una diversidad de tratamientos secundarios, se ha propiciado por
la selección, de manera participativa, de una serie de tecnologías basadas en
sistemas naturales. Dos tipos de sistemas fueron seleccionados: Lagunas de
estabilización y humedales de flujo subsuperficial. Sobre estos sistemas se hará
una breve conceptualización.
2.2.1 LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Las lagunas de estabilización son estanques construidos por el hombre, de
relativa poca profundidad, en los cuales el agua residual fluye y después de un
período de retención de varios días (en sistemas de tratamiento convencionales
los tiempos de retención son del orden de horas) es descargado un efluente de
buena calidad (Mara y Pearson, 1998).
El término laguna de estabilización puede definirse como un sistema natural, o
más comúnmente, un cuerpo de agua léntico artificial, en que los desechos
orgánicos (aguas residuales municipales crudas o pretratadas, efluentes
industriales de naturaleza orgánica, etc.) son tratados por procesos naturales
físicos, biológicos y bioquímicos, normalmente denominados como
“autopurificación” o “estabilización”.
Este sistema se caracteriza por sus bajos costos de inversión inicial y operación,
pocos o nulos requerimientos tecnológicos y alta eficiencia para el tratamiento de
residuos orgánicos. Las lagunas son una adecuada alternativa para zonas con
climas cálidos o templados donde la temperatura ambiental puede soportar y
facilitar una vigorosa actividad microbial. Es posible también construir lagunas de
estabilización en regiones de moderadas temperaturas ambientales, sin embargo
el requerimiento de área será mayor.
11
Las lagunas de estabilización pueden conformarse por una sola serie de lagunas
anaeróbicas, facultativas y de maduración, o varias series de ellas trabajando en
paralelo o mediante combinación con otro tipo de sistemas (Figura 2). En esencia,
las lagunas anaerobias y facultativas son diseñadas para remoción de materia
orgánica (DBO5), mientras que la laguna de maduración se proyecta para
remoción de nutrientes y organismos patógenos, algo de patógenos y nutrientes
es removido en las lagunas anaeróbicas y facultativas.
2.2.1.1 Lagunas Anaerobias.
Las lagunas anaerobias normalmente tienen entre 2 y 5 metros de profundidad y
reciben una alta carga orgánica, usualmente mayor a 100 g DBO5/m3.d,
equivalente a más de 3000 Kg/ha.d para una profundidad de 3 m. Con estos altos
valores de carga orgánica el agua residual no contiene oxígeno disuelto ni algas.
En la práctica, este tipo de lagunas funciona como un tanque séptico abierto y su
función primordial es la remoción de materia orgánica en términos de DBO5. Con
un apropiado diseño y sin tener altas cargas en el sistema, es posible obtener
remociones cercanas al 40% a 10 oC y más del 60% a 20 oC con tiempos de
retención relativamente bajos: para una DBO5 de 300 mg/l, 1.5 días es suficiente a
una temperatura media de 15 oC.
No tienen ningún tipo de mezcla y buscan en la práctica facilitar la sedimentación
y degradación de sólidos orgánicos por digestión anaerobia. Su desempeño
depende en gran medida del desarrollo de una capa biológicamente activa de
lodos en el fondo de la laguna, lo cual puede tomar un período considerable de
tiempo (varios meses) antes de alcanzar valores altos de eficiencia de remoción.
La población activa que degrada la materia orgánica esta conformada por
microorganismos facultativos y microorganismos estrictamente anaerobios.
12
Laguna Anaeróbica Laguna Facultativa Laguna de Maduración
A. Una sola serie de lagunas
B. Dos series de lagunas en paralelo
Laguna Anaeróbica Humedal Subsuperficial
C. Laguna Anaerobia – Humedal Subsuperficial
D. Tanque Séptico - Filtro Anaerobio – Laguna Facultativa
Tanque Séptico - FAFA Laguna Facultativa
Figura 2. Diferentes configuraciones de Lagunas de Estabilización.
La digestión anaerobia de la materia orgánica es un proceso, bioquímicamente,
bastante complejo, que involucra cientos de posibles compuestos y reacciones
intermedias, cada una de las cuales es catalizada por enzimas específicas. Es
posible, para términos prácticos, sintetizar todos estos procesos en una simple
ecuación:
13
Materia Orgánica CH4 + CO2 + H2O + NH3 + H2S
En general, la digestión anaerobia ocurre en tres etapas: hidrólisis o rompimiento
de polímeros y compuestos orgánicos complejos, acidogénesis o formación de
ácidos orgánicos y metanogénesis o formación de metano.
Durante la hidrólisis, polímeros orgánicos complejos como proteínas, grasas,
carbohidratos, celulosa, etc., son divididos en compuestos más simples y solubles
por medio de enzimas extracelulares producidas por bacterias hidrolíticas. Esta
etapa permite convertir proteínas en aminoácidos, carbohidratos en azucares y
grasas en largas cadenas de ácidos grasos y glicerol.
En la fase ácida, bacterias acetogénicas convierten los compuestos monoméricos
liberados por el rompimiento hidrolítico en ácido acético (acetatos), H2 y CO2. Los
ácidos grasos volátiles son generados como productos finales del metabolismo
bacterial de proteínas, grasas y carbohidratos. Los mayores productos son los
ácidos acético, propiónico y láctico.
En la última fase los ácidos grasos volátiles, generados en la fase ácida, son
transformados a metano y otros productos finales por un grupo de bacterias
llamadas metanógenas, las cuales son anaerobias obligadas y presentan una
menor tasa de crecimiento que las encargadas de las fases previas. Las bacterias
toman los ácidos grasos volátiles, con lo cual se regula y neutraliza el pH, para
producir metano y otros gases como CO2.
Los mecanismos para transformación y remoción de nitrógeno están asociados
principalmente a la sedimentación de materia orgánica que puede contener algo
de nitrógeno y a la hidrólisis de proteínas a aminoácidos con la consiguiente
liberación de ión amonio. No es posible la volatilización de amonio en grandes
cantidades debido a los bajos valores de pH.
14
2.2.1.2 Lagunas Facultativas
Existen dos tipos de lagunas facultativas (1 a 2 m de profundidad): Laguna
facultativa primaria, que recibe agua residual sin ningún tipo de pretratamiento, y
laguna facultativa secundaria, que recibe desechos con algún pretratamiento
(usualmente el efluente de lagunas anaerobias). Se diseñan para la remoción de
DBO5 con una relativa baja carga superficial (100 – 400 Kg DBO5 /ha.d) y así
permitir el desarrollo de algas, que a su vez van a generar el oxígeno requerido
por las bacterias para la degradación de la materia orgánica.
Las aguas residuales de origen orgánico son estabilizadas en la capa aerobia a
través de la acción bacterial. El oxígeno requerido para esto es producido por las
algas mediante fotosíntesis (existe una adicional entrada de oxígeno por el
intercambio entre la fase líquida y la atmósfera), usando como fuente de carbón el
CO2 que las bacterias producen en la degradación de la materia orgánica. La
materia orgánica que ingresa a la laguna en los residuos líquidos es oxidada o
transformada a una forma más estable, bien sea en la forma de nuevas algas u
otros organismos, los cuales, si no son removidos son descargados en el efluente
final del sistema.
Como un resultado de la actividad fotosintética de las algas en la laguna, se
presenta una variación diurna en la concentración del oxígeno disuelto. Después
del amanecer, el oxígeno disuelto en el agua gradualmente aumenta conforme se
presenta la actividad fotosintética, hasta alcanzar un máximo a mediados de la
tarde, después de lo cual disminuye a un valor mínimo durante la noche, cuando
la actividad fotosintética es reemplazada por la respiración de las algas,
consumiendo el oxígeno disuelto.
La posición de la oxipausa (profundidad en la cual la concentración del oxígeno se
hace cero) similarmente cambia, al igual que el pH. En el máximo pico de la
15
actividad de las algas, los iones carbonatos y bicarbonatos reaccionan para
proveer de más dióxido de carbón a las algas, llevando a un exceso de iones
hidroxilo con el consiguiente incremento del pH a valores superiores a 9. En este
valor de pH se presenta una muerte de bacterias de origen fecales y se da la
volatilización de amonio.
La materia orgánica que entra a la laguna puede ser sedimentable, estar en forma
suspendida (coloidal) o disuelta. La materia sedimentable y aquella susceptible de
floculación se precipita y acumula en el fondo, formando una capa de lodos. El
resto se incorpora al cuerpo de agua de la laguna. La capa de lodo en el fondo es
descompuesta mediante los mismos procesos anaeróbicos descritos
anteriormente, mientras que la materia orgánica presente en el cuerpo de agua de
la laguna es degradada por mecanismos aerobios y facultativos, sin embargo
pueden presentarse también mecanismos anaerobios, especialmente en horas de
la noche.
Respecto a remoción de nitrógeno, existen varios mecanismos y teorías que
explican los procesos y mecanismos:
Volatilización de amonio a la atmósfera.
Asimilación de amonio por parte de las algas.
Nitrificación - Denitrificación.
Las bajas concentraciones de nitratos y nitritos en los efluentes de las lagunas
indican que la nitrificación generalmente no cuenta como una porción significativa
de remoción de nitrógeno amoniacal.
La asimilación de nitrógeno amoniacal por parte de las algas para su crecimiento
depende de factores como temperatura, carga orgánica, área superficial, tiempo
de retención hidráulico y características del agua residual. La tasa de volatilización
de amonio a la atmósfera depende principalmente del pH, relación área superficial
16
/ volumen y las condiciones de mezcla en la laguna. El nitrógeno amoniacal
presente en soluciones acuosas consiste de dos formas principales: el ión amonio
(NH4+) y el no ionizado amoniaco (NH3). La concentración relativa de estas formas
depende del pH y la temperatura. En condiciones ácidas (pH < 7.0) y temperatura
de 25 oC prácticamente todo el nitrógeno amoniacal esta disuelto en la fase
acuosa, por encima de este valor de pH se presenta la forma no ionizada que es
susceptible de volatilización. A un pH de 9.0 cerca del 50% del nitrógeno
amoniacal presente es susceptible de volatilización. Este mecanismo de remoción
de contaminantes también puede ser afectado por efecto de corrientes de aire y la
mezcla de la laguna. Es de esperarse que a mayor mezcla y turbulencia, la
volatilización se incremente.
En los últimos años ha tenido un gran auge la utilización de sistemas de lagunas
facultativas cubiertas con Duckweed o lenteja de agua, esta es una pequeña
planta vascular flotante que tiene distribución mundial y está presente en cuerpos
de agua como lagunas de peces, zanjones y lagos. La familia (Lemnaceae)
consiste de 35 especies en cuatro géneros: Lemna, Spirodela, Wolffiella y Wolffia.
Está considerada como una de las plantas de más rápido crecimiento en el
mundo, puesto que frecuentemente dobla su biomasa en dos o tres días bajo
condiciones óptimas, con la misma o mayor tasa durante horas nocturnas que la
presentada en horas diurnas.
Estas plantas presentan varias ventajas que las hacen ventajosas para su
aplicación en el tratamiento de aguas residuales: 1) Se reproducen
vegetativamente: Cada planta individual produce cerca de 20 nuevas plantas
durante su tiempo de vida, las plantas hijas hacen lo mismo, originando un
crecimiento exponencial, cuyo limitante va a ser la presencia y disponibilidad de
nutrientes. 2) Las plantas no tienen tejidos celulares rígidos que mantener. 3) La
planta transforma los nutrientes presentes en el agua en un tejido vegetal de alta
calidad. El valor nutritivo de la biomasa producida por el duckweed es mayor si se
compara con otras especies incluyendo el jacinto de agua (cerca del doble).
17
El duckweed juega un papel menos importante en la remoción de materia
orgánica que el jacinto de agua, debido a la carencia de largas raíces, por lo tanto
el área que brinda para el crecimiento bacterial es baja. Quizás el mayor uso que
pueda tener esta planta esta en la recuperación de nutrientes de sistemas
secundarios de tratamiento. Los mecanismos de remoción que se presentan para
la remoción de materia orgánica y sólidos son similares a los presentados en
lagunas de estabilización. Por ser livianas, las plantas están sujetas a las
corrientes de viento, por lo que es necesario establecer en los sistemas barreras
que limiten esta situación.
A nivel mundial existen experiencias sobre las bondades económicas que tienen
este tipo de plantas y su aplicación en aguas residuales, permitiendo soportar los
costos de operación y mantenimiento del sistema con el aprovechamiento de la
biomasa cosechada en actividades agrícolas (fertilización de suelos) y pecuarias
(alimento de animales).
2.2.2 HUMEDALES
Los humedales, naturales o artificiales, son sistemas de tratamiento acuático en
los cuales se usan plantas y animales para el tratamiento de aguas residuales
(Romero, 1999). En términos generales, los humedales artificiales pueden
clasificarse en tres tipos, de acuerdo con la forma de vida de las plantas
vasculares dominantes (Haberl, 1997): Sistemas de libre flotación, sistemas de
raíces emergentes y sistemas subemergentes. En particular los sistemas de
raíces emergentes y subemergentes, se clasifican en dos grupos, considerando la
forma de alimentación, de flujo horizontal, los cuales tienen la característica de
que el influente se introduce al sistema de forma lateral y de flujo vertical, en
donde el influente es alimentado por la parte superior. En función de la
concentración y características de los diferentes contaminantes se elegirá uno u
otro diseño (Durán et al, 1999).
18
Los humedales artificiales se fundamentan en tres principios básicos: La actividad
bioquímica de microorganismos; el aporte de oxígeno a través de los vegetales
durante el día y el apoyo físico de un lecho inerte que sirve como soporte para los
vegetales, además de servir como material filtrante. En Conjunto, estos elementos
eliminan materiales disueltos y suspendidos en el agua residual (Reed, 1992) y
biodegradan materia orgánica hasta mineralizarla y formar nuevos organismos
(Hu, 1991).
2.2.2.1 Humedales de flujo subsuperficial
En este tipo de humedales el agua fluye por debajo de la superficie de un medio
poroso sembrado de plantas emergentes. El medio es comúnmente grava gruesa
y arena, con profundidades entre 0.45 y 1 m y con pendiente de 0 a 0.5%
(Romero, 1999), (Figura 3,Cuadro 1).
Para la construcción de los humedales artificiales el suelo de la zona se remueve
del sitio que ocupará el lecho, con una excavación entre 0.6 y 1.5 m por debajo
del punto de alimentación del agua residual. Dependiendo del tipo de material a
utilizar como impermeabilizante se realiza una mayor o menor excavación (Durán
et al, 1999). Algunos materiales impermeabilizantes pueden ser arcilla, tierra-
cemento, plástico sintético o asfalto Después de la impermeabilización, el espacio
se llena con grava de un sólo tamaño, o combinada con suelo, arena y grava de
diferentes tamaños. El tipo de combinación variará con el tipo de sistema elegido
y con la calidad de agua residual a tratar.
19
Figura 3. Humedal de flujo subsuperficial.
Cuadro 1. Características típicas del medio para humedales de flujo subsuperficial
(Fuente: Tchobanoglous y Crites, 1998).
MEDIO TAMAÑO EFECTIVO, mm POROSIDADCONDUCTIVIDAD
HIDRAÚLICA m/día
Arena media 1 0.30 500
Arena Gruesa 2 0.32 1.000
Arena y grava 8 0.35 5.000
Grava media 32 0.40 10.000
Grava gruesa 128 0.45 100.000
De acuerdo a la dirección de flujo los humedales pueden ser de flujo horizontal y
de flujo vertical. En general la profundidad del lecho es menor para los primeros.
Cualquiera sea la dirección del flujo, se debe evitar compactar el lecho, o apisonar
la superficie con cualquier tipo de maquinaria pesada, ya que esto alteraría la
conductividad hidráulica del mismo.
La entrega del efluente se realiza mediante una tubería, construida de tal forma
que regula el nivel de agua dentro del humedal. Es recomendable que el sistema
se encuentre permanentemente húmedo, para que las raíces de las plantas
crezcan adecuadamente. Los rizomas de la vegetación seleccionada se plantan
20
en un nuevo lecho y toman, por lo general, en el caso de Europa, cerca de tres
años en desarrollarse completamente, mientras que en México, por ejemplo, tal
desarrollo se alcanza en un tiempo bastante menor, debido a la existencia de
condiciones climáticas más favorables (Durán et al, 1999).
2.2.2.1.1 Funcionamiento
Este filtro biológico de grava o arena, sembrado con plantas de pantano, con flujo
horizontal, alimentado con aguas residuales pre-tratadas, basa su principio de
funcionamiento en la formación bacterias que degradan la materia orgánica. Estas
utilizan la superficie del lecho filtrante para su adherencia y crecimiento, formando
una película bacteriana, garantizando así una población bastante estable que no
pueda ser arrastrada hacia la salida (Sucher y Holzer, 1999).
El tratamiento biológico dentro de este lecho filtrante es de tipo facultativo, lo que
significa que en el cuerpo del filtro hay microzonas sin y con oxígeno. Las aguas
residuales crudas tienen una concentración de oxígeno disuelto entre 0.8 y 1.2
mg/l, mientras que las aguas que pasaron por un pre-tramiento anaerobio son
completamente libres de oxígeno (Sucher y Holzer, 1999). Esto conlleva a la
necesidad de agregar oxígeno al agua, ya sea de forma artificial o natural, con el
fin de establecer una población de bacterias aeróbicas que no solamente puedan
contribuir de esta manera en la descomposición de la materia orgánica, sino
también en la nitrificación amoniacal a nitrato. Una oxigenación artificial a través
de equipos eléctricos, como aireadores antes del humedal, no es una solución
adecuada para un país en vías de desarrollo debido a los altos costos de
inversión y los comunes problemas de mantenimiento y suministro garantizado de
energía eléctrica. Una mejor opción es el suministro del oxígeno dentro del
humedal a través de las raíces de plantas de pantano. Estas plantas poseen un
sistema de rénkinas (Aärenchym) que permiten el paso de aire de la atmósfera al
21
subsuelo, formándose alrededor de las raíces una población de bacterias
aerobias (Sucher y Holzer, 1999).
El funcionamiento del sistema se basa en que un lecho de raíces (macrófitas),
aporta una vía o ruta hidráulica por donde fluye el agua a tratar. Esta zona,
llamada rizósfera, es el espacio entre los rizomas, las raíces y el suelo
circundante. El movimiento de la trama radicular en crecimiento (raíces y rizomas)
abriéndose espacio en el suelo, previene la obstrucción del flujo de agua. Las
macrófitas aportan oxígeno a la rizósfera a través de las hojas, tallos y rizomas de
los vegetales (Conley, 1991; citado por Durán et al, 1999).
Al inicio es posible regar el humedal con agua corriente, pero a medida que las
raíces de los vegetales crecen y maduran, se procede a la irrigación con agua
residual únicamente (Durán et al, 1999).
2.2.2.1.2 Diseño y construcción de humedales artificiales
El área requerida por persona equivalente (PE) es uno de los parámetros más
importantes, primero en la fase de decisión sobre el tipo de tratamiento a utilizar y
luego en el diseño del humedal. El valor depende de muchos factores como son
las características de las aguas crudas, el volumen de aguas generadas
diariamente por persona, el clima del ambiente, el tipo del lecho filtrante y de las
plantas, así como la calidad exigida del agua tratada. Debido a la experiencia
obtenida en varios años de operación, se puede decir que este valor oscila entre
0.85 y 1.5 m2/PE (en el caso de humedales artificiales de Masaya, Nicaragua)
(Sucher y Holzer, 1999).
En proyectos de tratamiento de las aguas residuales por medio de humedal
artificial como el de Masaya, Nicaragua, se ha dividido el área total del lecho
filtrante en varias unidades, con la finalidad de analizar e investigar al mismo
22
tiempo, la eficiencia del sistema con diferentes lechos filtrantes, plantas y
caudales. La impermeabilización del fondo y de los taludes de las pilas excavadas
se ha realizado con material arcilloso compactado. Las aguas pre-tratadas se
vierten uniformemente en las entradas de las unidades a través de canales de
distribución en la superficie de un cuerpo de grava volcánica gruesa, a todo lo
ancho y profundidad de las pilas, con el fin de evitar zonas muertas de tratamiento
y aprovechar el volumen total del filtro de grava (Sucher y Holzer, 1999).
2.2.2.1.3 Lecho filtrante y organismos vegetales de las unidades
El material de relleno de un humedal juega un rol importante en la eficiencia del
tratamiento y tiene que cumplir con diferentes exigencias como son: alta superficie
de contacto para las bacterias, capacidad adecuada de filtración, así como alta
resistencia física y química contra el desgaste provocado por las aguas
residuales.
Se han sembrado, en experiencias en otros países, diferentes variedades de
plantas en las unidades, con el objetivo de comparar su influencia con respecto a
la remoción de los diferentes contaminantes y para verificar cual es el rendimiento
que se puede lograr con la planta. Se utilizan además, solamente especies de
plantas de pantano y cultivos existentes en la zona del proyecto.
Las especies vegetales que se han colectado en humedales naturales de la zona
hasta el momento pertenecen a las siguientes familias:
Araceae: sus representantes se encuentran en lugares sin espejo de agua.
Gramineae: organismos que se encuentran tanto en lugares con espejo de agua
como sin él.
Juncaceae: pertenece a organismos siempre en espejos de agua; se determinó
el género Typha (junco común).
23
Zingiberaceae: muy común en zonas con espejo de agua o sin él; representada
por el jengibre.
Plantaginaceae: organismos que viven tanto con espejo de agua como sin él
pero que en el caso del espejo de agua han retenido partículas sólidas para
construirse un sustrato.
Solanaceae: especies que viven en zonas sin espejo de agua.
Melastomataceae: representada por organismos que viven sin espejo de agua
Musaceae: representada por varias especies de heliconias, es uno de los grupos
con mayor diversidad en todos los sitios.
Cyperaceae: representada por el género Papirus, son organismos que viven en
espejo de agua.
2.2.2.1.4 Eficiencia de humedales artificiales
El tratamiento biológico en un humedal artificial es conocido como un tratamiento
de alta eficiencia en términos de remoción de materia orgánica. Aún operando el
sistema con una alta carga hidráulica superficial de 95 litros por m2día, se logra en
el efluente tratado una DBO5 por debajo de 10 mg/l, y una DQO de 25-30 mg/l,
respectivamente (Sucher y Holzer, 1999). Según Romero Rojas (1999), para
humedales de flujo subsuperficial se puede esperar una calidad del efluente de
una DBO <20 mg/l, Sólidos Suspendidos Totales de 20 mg/l, Nitrógeno Total de
10 mg/l y Fósforo Total de 5 mg/l.
Además, es capaz de remover una cantidad considerable de nitrógeno orgánico
por medio de las plantas de pantano y por bacterias que no requieren oxígeno. Se
espera en humedales artificiales con película bacteriana y plantas bien
desarrolladas, una eficiencia de remoción de hasta 40%. Con respecto al fósforo,
las dos maneras de lograr una buena remoción es a través de una fijación del
mismo en el lecho filtrante, sobre todo cuando éste tiene considerable contenido
24
de hierro como en el caso de piedras volcánicas y a través de la incorporación del
fósforo en las plantas (Sucher y Holzer, 1999).
En cuanto a la remoción bacteriana, se ha podido lograr una remoción de los
coliformes totales y fecales de dos a tres unidades logarítmicas, obteniéndose una
calidad del efluente de los humedales de 104 NMP/100ml de coliformes fecales, lo
que es igual o mejor que la eficiencia en lagunas de estabilización estudiadas
(Sucher y Holzer, 1999).
Por lo general, se puede decir que para mantener la eficiencia de remoción de
nutrientes es recomendable cosechar las plantas cada seis meses, porque las
plantas en estado de crecimiento consumen mucho más nitrógeno y fósforo que
plantas adultas. Por último, hay que destacar que la meta final debería ser el
aprovechamiento total de las aguas residuales adecuadamente tratadas para
riego agrícola, para lo cual no hay necesidad de una completa remoción de los
nutrientes (Sucher y Holzer, 1999).
2.2.2.1.5 Ventajas y desventajas de los humedales artificiales
Dentro de sus ventajas se destacan la calidad del agua tratada que, acorde con
los requerimientos establecidos por la normatividad ambiental, cumple con los
parámetros establecidos; su costo de inversión comparativamente menor al de
otros sistemas convencionales; sus costos de operación y mantenimiento que son
realmente mínimos; no requiere de excesivos sistemas de bombeo, dado que al
lecho se le puede proporcionar una pendiente de entre 4 y 6% para facilitar el flujo
de agua; su período aproximado de vida útil, que es de 25 años (20 años según
Sucher y Holzer, 1999); cuando está bien operado no presenta malos olores; es
estéticamente agradable; pueden cosecharse las plantas para la elaboración de
productos artesanales o para venta de flores y se adaptan mejor a las condiciones
25
de países en vía de desarrollo que los sistemas convencionales actualmente
utilizados (Durán et al, 1999).
Una opción viable es que los humedales artificiales pueden combinarse con otros
sistemas de tratamiento ya existentes, a fin de mejorar su operación (tal es el
caso del sistema propuesta para la Florida sector I). Adicionalmente, este sistema
ha resultado ser eficiente para eliminar organismos patógenos de las aguas
residuales y ofrece un aspecto agradable a la vista, constituyendo por sí mismo
una reserva para la vida silvestre (Durán et al, 1999).
Una vez instalado y operado adecuadamente, tiene un ciclo de vida renovable,
donde existe un equilibrio entre el crecimiento y muerte de las plantas y la
reproducción de la masa bacteriana. Además, Los humedales artificiales tienen
una permanente actividad de tratamiento (Sucher y Holzer, 1999).
Por su calidad, el efluente de los humedales es un producto reutilizable en la
producción de alimento y pastos para ganado; el lodo removido del tanque de
sedimentación puede ser procesado, vendido o utilizado como abono orgánico
(Sucher y Holzer, 1999).
El terreno necesario por persona equivalente para el tratamiento biológico de las
aguas residuales domésticas por medio de humedales es muy reducido y por su
poca profundidad, se requiere de menor volumen de excavación que en sistemas
similares (Sucher y Holzer, 1999).
En humedales artificiales, el nivel del agua se encuentra 10 cm por debajo de la
superficie de la grava, lo cual evita malos olores y el acceso y proliferación de
insectos transmisores de enfermedades (moscas, zancudos, cucarachas, etc.)
(Sucher y Holzer, 1999; Romero, 1999).
26
Los humedales artificiales remueven entre 25 y 40% más de materia orgánica,
sólidos suspendidos y coliformes fecales que las lagunas de estabilización.
Además, los humedales construidos disminuyen los requerimientos de calidad del
afluente y permiten tener un mayor control sobre el régimen hidráulico en el
sistema, en comparación con los humedales naturales.
En contraste con los humedales de flujo superficial o con espejo de agua, los
humedales artificiales de flujo subsuperficial tienen menores requerimientos de
área. Como desventaja, sin embargo, se tiene por el medio de grava, riesgo de
taponamiento (Romero, 1999).
Dentro de las desventajas se tiene también como inconveniente, que las plantas
emergentes y subemergentes pueden ser atacadas por plagas, sobre todo si se
trata de monocultivos; durante el período de sequía, podrían ser propensos a
incendio por accidente o vandalismo. Aún cuando este tipo de sistemas tienen
una eficiencia promedio del 90% y han mostrado una adecuada eliminación de
organismos patógenos, es necesario siempre obtener información suficiente para
garantizar el correcto funcionamiento de un sistema para cada caso particular,
especialmente porque las aguas urbanas, suburbanas y rurales, en la mayor parte
de los casos ya están contaminadas con residuos líquidos industriales,
agroindustriales, mineros, etc, dependiendo de su localización (Durán et al, 1999).
Los principales componentes que pueden afectar las eficiencias y procesos de
remoción de contaminantes en los humedales, incluyen las plantas, los detritos, el
suelo, bacterias, protozoarios y fauna superior. Sus funciones y su
comportamiento son a su vez influenciados por la profundidad del agua,
temperatura, pH y el oxígeno disuelto.
27
3 CRITERIOS DE DISEÑO.
En este ítem se presentan los principales criterios empleados en el diseño, tanto
de los sistemas de recolección y transporte de aguas residuales, como en los
sistemas de tratamiento.
3.1 REDES DE ALCANTARILLADO.
Todos los criterios utilizados en el diseño del alcantarillado están fundamentados
bajo los parámetros y premisas expuestas en el RAS (Reglamento Técnico del
sector de agua potable y saneamiento básico - Titulo D) y en las especificaciones
que la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Pereira tiene al respecto.
Los criterios más importantes y relevantes tomados en consideración dentro de
los diseños definitivos de los sistemas de recolección y evacuación de las aguas
residuales para las diferentes comunidades del proyecto en estudio, se muestran
a continuación:
Al ser un alcantarillado sin arrastre de sólidos ( de pequeño diámetro) se proyecta
una cámara domiciliaria de doble función en cada vivienda: una función inicial es
aliviar el caudal de aguas lluvias hacia un drenaje natural, en el caso que las
viviendas tengan aguas combinadas; y en segundo lugar , la cámara cumple la
función actuar como unidad retenedora de sólidos.
Coeficiente de rugosidad de Manning para material PVC (n = 0.010) y para
concreto prefabricado (n = 0.015).
Las condiciones de flujo aceptadas son subcrítico o supercrítico (0.90 < Nf >
1.10).
28
Las velocidades serán mayores de 0.60 m/s y menores de 5 m/s para tuberías en
PVC y mayores de 0.60 m/s y menores de 4 m/s para tuberías en concreto
prefabricado.
La distancia máxima entre pozos es de 100 metros.
Diámetro mínimo de tubería: 6" (0.15 m).
Las pendientes mínimas son las que permiten las condiciones mínimas de
autolimpieza, es decir la velocidad mínima.
La profundidad hidráulica permisible para el caudal de diseño en un colector
estará entre el 70 y 85% del diámetro real.
Máxima profundidad a la cota clave de los colectores es de 5 m.
Caudal de diseño mínimo admisible en los colectores o tramos es de 1.5 l/s.
El diámetro bajante localizado en las cámaras de caída no debe ser inferior a
0.20 m.
Para diámetros inferiores a 0.30 m se puede o no construir cámara de caída, la
solución podría ser la formación de un colchón de agua para que amortigüe la
caída.
Debido a que la clasificación del nivel de complejidad según el RAS depende del
número de habitantes en la zona urbana del municipio y no tiene en consideración
las zonas rurales, el nivel de complejidad que se adopta para los núcleos
poblados que hacen parte del estudio es alto (población > 60000 hab.).
29
De acuerdo a lo descrito en el numeral anterior el caudal de infiltración que se
adopta como criterio de diseño y siguiendo los parámetros del reglamento técnico
del sector de agua potable y saneamiento básico - RAS es de 0.4 l/s-ha
Los pasos por las zanjas, drenajes naturales y box coulvert se realizarán por
medio de cerchas metálicas, anclajes y/o abrazaderas. Estos casos se presentan
en los sistemas Florida 2 y Florida 3, La Bananera y San Jose
En todos los sistemas de alcantarillado las cámaras que sean transición de
tuberias de mayor a menor pendiente, contaran con un "colchón de agua" de 30
cm de profundidad.
Todas las cámaras que hacen parte de la red de alcantarillado deberán sobrelalir
por encima del terreno (10 o 15 cm), con el fin de ubicarlas fácilente para
mantenimiento.
30
3.2 SISTEMAS DE TRATAMIENTO
La clasificación estándar de los sistemas de tratamiento para aguas residuales,
son:
Tratamiento preliminar: Tiene como propósito principal acondicionar el agua
residual para los tratamientos subsiguientes. Se incluyen en este aspecto:
estructuras de separación (aliviaderos), canal de rejas y desarenador.
Tratamiento primario: su propósito principal es la remoción de sólidos en
suspensión y un remoción parcial de materia orgánica (DBO5). En la zona de
estudio se proyectaron: Tanques sépticos y laguna anaerobia.
Tratamiento secundario y terciario: busca remover materia orgánica disuelta y
elementos contaminantes especiales, como son los organismos bacteriológicos.
Para la zona de estudio se proyectaron: Filtros anaerobios de flujo ascendente,
lagunas facultativas y humedales de flujo subsuperficial.
Para definir el nivel de tratamiento que se alcanzará en los sistemas diseñados,
se establece el criterio de la posición de la localidad con respecto al sitio de
captación del sistema de acueducto de la ciudad de Pereira, en tal sentido debe
alcanzarse un mayor nivel de tratamiento en los sistemas diseñados en aquellas
localidad ubicadas aguas arriba de la bocatoma:
Cuadro 2 Niveles de tratamiento
LOCALIDAD O SECTORNIVEL DE TRATAMIENTO
PROYECTADOLa Florida, Sector 2.
Hasta tratamiento TerciarioLa Florida, Sector 3.La Bananera.El Porvenir.
Hasta Tratamiento SecundarioSan José, Sectores 1 y 2Mangas, Sectores 1, 2, 3 y 4
31
3.2.1 TRATAMIENTOS PRELIMINARES
3.2.1.1 Estructuras de separación
Las estructuras de separación tienen como propósito específico, remover los
excesos de caudales ocasionados por aguas lluvias o infiltraciones, de tal manera
que ingrese al sistema de tratamiento el caudal de diseño proyectado. En algunas
localidades, por las características de alcantarillado combinado existente o por la
longitud total de la red colectora, se proyectó la instalación de una estructura de
separación, basada en un vertedero lateral.
La longitud del vertedero se calcula con el siguiente procedimiento y las
ecuaciones que a continuación se describen:
Se asume en primer lugar una relación (n2) entre la altura de carga entrante y
saliente del vertedero, para definir cual ecuación es la más adecuada a emplear.
Existen cuatro ecuaciones, para igual número de relaciones:
Para n2 = 5 = h1/h2:
103.290.3503.2Ew
cBL
Para n2 = 7 = h1/h2:
Para n2 = 10 = h1/h2:
Para n2 = 15 = h1/h2:
Donde:
32
L = Longitud del vertedero (m)
B = Diámetro del tubo de llegada
C = Altura o cresta del vertedero, equivalente al nivel del agua en el tubo para
caudal de diseño del sistema de tratamiento (m)
Ew1 = Energía específica al inicio del vertedero (m).
dn = Altura de la lámina de agua en el conducto a caudal de diseño de la red
(m).
H1 = Altura de carga entrante: h1=0.5Ew
H2 = Altura de carga saliente: h2=h1/n2
Una vez que se ha estimado la longitud del vertedero, se procede a verificar el
caudal que pasa a través de la estructura bajo condiciones de caudal máximo en
la red. Se determina la velocidad del agua a la salida del vertedero lateral usando
la siguiente ecuación:
Puesto que el nivel de agua a la salida es igual a la altura de la cresta del
vertedero más la altura de carga saliente (c + h2), por relaciones hidráulicas es
posible conocer la relación entre área húmeda y área llena, para luego determinar
el valor del área húmeda. El caudal de salida del vertedero será el producto del
área por la velocidad. Se emplean en esta etapa las siguientes ecuaciones:
NIVEL DE AGUA A LA SALIDA: C+H2
Altura de carga saliente: h2=h1/n2
ALTURA DE CARGA ENTRANTE: H1=0.5EW
33
Con este procedimiento se determina el caudal que para condiciones de flujo
máximo en la red va al sistema de tratamiento. El procedimiento y ecuaciones
descritas se presentan con mas detalle en Metcalf y Eddy (1995).
3.2.1.2 Canal de Rejas.
El propósito principal del cribado o rejas es la retención de sólidos gruesos que
puedan afectar las diferentes unidades o procesos de tratamiento. Para la zona
en estudio se utilizaron los siguientes parámetros de diseño:
Espaciamiento (a): 0.02 m
Espesor de la barra: 0.0095 m (3/8 de pulgada)
Inclinación: 45 o
Velocidad de aproxim. 0.60 m/s
Ancho del canal: 0.30 m
Para el cálculo de la pérdida de energía a través de la reja, se utilizó la ecuación
de Kirschmer:
Donde:
Hf : Pérdida de energía
: 1.79 para barras circulares.
W: Ancho máximo de la sección transversal al flujo.
b: Espaciamiento o separación mínima entre las barras (m)
hv: Altura o energía de velocidad del flujo de aproximación (m)
34
: Angulo de la rejilla con la horizontal (o)
La longitud de la rejilla se calcula con la expresión:
Donde:
L: Longitud de la rejilla (m)
H: Altura de la lámina de agua en la rejilla, bajo máxima pérdida.
La cantidad de barras requerida se calcula con la expresión:
3.2.1.3 Desarenador
Se diseñaron en aquellas localidades que tienen alcantarillados combinados
existentes o que por el tamaño de las redes de recolección de alcantarillado
sanitario o por el tamaño de la población, se proyectó la instalación de un
desarenador. En todos los casos, por su facilidad de construcción, el diseño se
hizo con base en un canal rectangular de flujo horizontal, regulados por un
vertedero proporcional tipo sutro.
Los principales parámetros de diseño considerados fueron:
Velocidad del agua (v)0: entre 0.2 y 0.6 m/s. Se adoptó: 0.20 m/s
Diámetro de partículas a remover: 0.21 mm
Velocidad de sedimentación de las partículas (vs): 1.15 m/min.
Ancho mínimo del canal: 0.30 m (Para garantizar que pueda limpiarse mediante la
utilización de una pala).
35
La longitud del desarenador se estimó con la ecuación (Ley de Stockes):
Se consideró que la longitud mínima del desarenador debe ser de 1.0 m.
El tiempo de retención en el desarenador se calculó con la expresión:
Control de velocidad.
Para garantizar una velocidad constante en el desarenador, es necesario contar
con una estructura hidráulica que la regule. Normalmente se emplea un vertedero
Sutro o proporcional; sin embargo, por los bajos caudales que se manejan en
todos los centros poblados, las dimensiones obtenidas son inaplicables, puesto
que se verían afectados por las propiedades físicas del agua (tensión superficial).
36
3.2.2 TRATAMIENTOS PRIMARIOS
3.2.2.1 Tanque séptico
El tanque séptico se dimensionó teniendo en cuenta los lineamientos que se
estipulan en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento,
Resolución 0822 de 1998 del Ministerio de Desarrollo (RAS, 2000). Las
dimensiones características de diseño se presentan en el Cuadro 3
Cuadro 3. Dimensiones características de tanques sépticos.
( Fuente: RAS, 2000)
VARIABLEVALORES
RECOMENDADOS
Profundidad
Hasta 6 m3 1.2 - 2.2
De 6 a 10 m3 1.5 - 2.5
Más de 10 m3 1.8 - 2.8
Relación largo/Ancho 3:1
Número de cámaras 2
Longitud de la primera cámara 2/3 L
El volumen del tanque séptico se calcula por medio de la siguiente ecuación
(RAS, 2000):
Donde:
V = Volumen del tanque (m3)
C = Caudal de diseño (m3/día)
T = Tiempo de retención en función de Q (días)
37
Nc = Número de habitantes (personas)
K = Valores de tasa de acumulación de lodos digeridos de acuerdo a la
temperatura
Lf = Contribución de lodo fresco (m3 /per día)
Para un volumen mayor de 9 m3, el tiempo de retención (T) será de 0.5 días.
Para una temperatura mayor de 20 °C el factor de acumulación de lodos digeridos
(K) es de 65.
La contribución de lodo fresco por persona, es de 1 litro.
Se espera que el tanque séptico obtenga remociones hasta del 50% tanto para
DBO5 como para SST, sin embargo, para la zona y como factor de seguridad, se
proyectan eficiencias de remoción del 30% en DBO5.
3.2.2.2 Filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA)
Igual que el tanque séptico, el FAFA fue diseñado con los lineamientos y
directrices consignadas en le RAS (Cuadro 4), con las excepciones del cambio de
medio filtrante, para el cual se ha proyectado trozos de guadua en lugar de grava,
y la utilización de una ecuación diferente para determinar el volumen útil
requerido.
Este cambio permite lograr las mismas eficiencias en el efluente final y por otra
parte disminuir costos en la construcción, al bajar el peso específico del medio
filtrante y por ende el empuje sobre las paredes laterales del tanque.
38
Cuadro 4. Valores recomendados para diseño de FAFA. Fuente: RAS. 1998.
DIMENSIONES VALORES RECOMENDADOS
Profundidad, H (m) 0.6 – 1.8
Largo (m) 2H
Porosidad de medio 0.46 – 0.66
Area especifica del medio (m2/m3) 98 - 130
Tiempo de retención (horas) 4 – 6.5
El FAFA se calcula mediante las siguientes ecuaciones (RAS, 1998):
Donde:
V = Volumen del reactor (m3)
t = Tiempo de retención (horas)
Q = Caudal de diseño (m3/s)
k = Substrato en digestión = 1.2
m = 0.665 – 0.66
E = Eficiencia (100 (C - Ce)/C)
C = DBO5 afluente
Ce = DBO5 efluente
Como primer paso se fija el porcentaje de remoción que se desea obtener en el
sistema (la eficiencia) para determinar el tiempo de retención hidráulico requerido.
Posteriormente se calcula el volumen con la segunda ecuación.
39
Respecto a este último aspecto, el Reglamento Técnico en la práctica considera
que la porosidad del medio filtrante, independiente de sus características es de
0.5. La ecuación universal para estimar el volumen real del filtro es:
Donde P es la porosidad del medio filtrante. Si la porosidad es 0.5, la ecuación
resultante es la establecida en el RAS 2000.
Para aros de guadua, los diferentes ensayos y pruebas realizados por el grupo de
investigación en Agua y Saneamiento de la Facultad de Ciencias Ambientales han
dado como resultante que su porosidad oscila entre 0.75 y 0.77. Por lo anterior
en los cálculos y dimensionamientos de los sistemas proyectados en la cuenca
del río Otún se han basado en 0.75.
En la práctica, la ecuación empleada para determinar el volumen útil del tanque
séptico, fue:
40
3.2.2.3 Laguna anaerobia
Las lagunas anaerobias pueden ser satisfactoriamente diseñadas, sin riesgo de
olores, con base a la carga volumétrica de DBO5 aplicada (v, g/m3d), que es dada
por la ecuación:
Donde :
v = DBO5 afluente (mg/l)
Q = Caudal (m3/d)
Va= Volumen de la laguna anaerobia (m3)
Los valores permisibles de la carga volumétrica se incrementan de acuerdo a la
temperatura. Mara y Pearson (1998) recomiendan una serie de ecuaciones para
estimar los valores máximos de carga orgánica volumétrica a aplicar (Cuadro 5)
de acuerdo a la temperatura, los cuales pueden ser usados de una forma segura,
sin el riesgo de olores.
41
Cuadro 5. Valores de diseño de cargas volumétricas permisibles y
eficiencias de remoción en DBO5 para lagunas anaerobias a varias
temperaturas (Fuente: Mara y Pearson, 1998).
TEMPERATURA
(C)
CARGA VOLUMÉTRICA
(gr/m3día)
REMOCIÓN DE DBO5
(%)
< 10 100 40
10 – 20 20T(1) – 100 2T + 20
20 – 25 10 T + 100 2T + 20
> 25 350 70
(1) T = Temperatura (oC)
Los parámetros clásicos de dimensionamiento de lagunas anaerobias establecen
que la carga orgánica volumétrica debe oscilar entre 100 y 400 g/m3d con el
propósito de mantener condiciones anaerobias y evitar la liberación de olores. Los
valores establecidos por Mara y Pearson, descritos en el cuadro 4, consideran
como valor máximo 350 g/m3d, proporcionando un buen factor de seguridad con
respecto a olores.
Una vez establecida la carga orgánica volumétrica a aplicar, el volumen de la
laguna se calcula con la ecuación:
Donde:
a = Tiempo de retención hidráulico (días)
Va = Volumen de la laguna anaerobia (m3)
Q = Caudal a tratar (m3/d)
El valor mínimo establecido para el tiempo de retención es 1 día. Si se obtienen
valores menores, el volumen de la laguna anaerobia debe recalcularse a fin de
42
garantizar un tiempo de retención igual a un día. Los valores de remoción de
DBO5 indicados en el cuadro 1 están basados en experiencias de Brasil.
3.2.3 TRATAMIENTOS SECUNDARIOS
3.2.3.1 Humedales
Debido a que en el RAS no se presentan los lineamientos conceptuales para el
trabajo con humedales artificiales, los diseños se realizan con base en la literatura
internacional.
De acuerdo a Tchobanoglous (2000) el diseño de los humedales se puede
elaborar bajo los siguientes parámetros (Cuadro 6) y ecuaciones:
Cuadro 6 Valores recomendados para diseño de humedales. Fuente: Tchobanoglous,
2000
PARÁMETRO VALOR
Tiempo de detención (d) 2 - 4
Carga superficial DBO (Kg/ha-d) < 112
Carga de SST (Kg/m2-d) 0.04
Altura lamina de agua (m) 0.3 - 0.6
Altura del medio 0.40 - 0.80
Radio (L/A) 2:1 - 4:1
43
kon
CoCnQV
t n *1)/(
1/1
KapCoCn
t/ln
*/07,3** dwtQpA
tdwCo
L**
Donde:
t = Tiempo de retención hidráulico (d)
V = Volumen del humedal (m3)
Q = Caudal (m3/s)
Cn = Concentración DBO efluente (mg/l)
Co = Concentración DBO afluente (mg/l)
n = Número de reactores en serie
ko = Constante de remoción de DBO (1/d)
L = carga orgánica (Kg DBO/hc d)
dw = Altura de la lámina de agua (m)
n = Constante basada en la porosidad del medio
A = Area (m2)
3.2.3.2 Laguna Facultativa
Aunque existen varios métodos para el dimensionamiento de lagunas facultativas,
es recomendado (Mara y Pearson, 1998) el basado en el criterio de carga
orgánica superficial aplicada, que se basa en la ecuación:
44
Donde:
s = Carga orgánica superficial (Kg/m2d)
Li = DBO5 afluente (mg/l)
Q = Caudal afluente al sistema (m3/d)
A = Área de la laguna facultativa.
Mara y Pearson (1998) sugiere los valores de carga orgánica superficial
permisible, de acuerdo a la temperatura, que se presentan en el Cuadro 7
Cuadro 7. Valores permisibles de carga orgánica superficial para lagunas
facultativas a varias temperaturas (Fuente Mara y Pearson, 1998).
T OC
(Kg/Ha d )T OC (Kg/Ha d )
10 100 17 199
11 112 18 217
12 124 19 235
13 137 20 253
14 152 21 272
15 167 22 291
16 183 23 311
4 DISEÑO REDES DE ALCANTARILLADO
Los cuadros de diseño de alcantarillado para las diferentes localidades, se
presentan en los planos correspondientes a perfiles de alcantarillado. (Ver listado
de planos)
45
5 CALIDAD DEL AGUA RESIDUAL
Los valores referencia de calidad de aguas residuales, necesarios para el diseño
de los sistemas de tratamiento, corresponden a los obtenidos en muestreo
realizado para la cabecera del corregimiento de la florida en la zona 1. A
continuación se presenta la metodología y los resultados del muestreo efectuado
los días 4, 5, 6 y 7 de febrero de 2002.
5.1 METODOLOGÍA DEL MUESTREO
La toma de las muestras se realizó en el emisor final del sistema de alcantarillado
existente en la localidad (zona oriental del área urbana localizada en la margen
derecha de la quebrada El Manzano).
La población total que cubre este descole es de aproximadamente 336 habitantes,
la cual representa el 48.4% de la población del centro urbano (según datos del
censo elaborado por la Facultad de Ciencias Ambientales, 2002). El muestreo fue
realizado en forma continua durante 72 horas consecutivas, integrando muestras
alícuotas proporcionales al caudal medido cada 15 minutos.
Los aforos se realizaron por el método volumétrico, midiendo en campo para cada
alicuota tomada la temperatura y el pH. Las muestras se refrigeraron y se
transportaron hasta el Laboratorio de Química Ambiental de la Facultad de
Ciencias Ambientales de la Universidad Tecnológica de Pereira. El Cuadro 8
muestra los parámetros y el método utilizado en cada uno de ellos:
Cuadro 8. Parámetros y método utilizado para la caracterización de aguas residuales de La
Florida.
46
NRO. PARÁMETRO MÉTODO
1 PH Potenciométrico
2 Sólidos suspendidos totales Gravimetría
3 Sólidos suspendidos volátiles Gravimetría
4 Demanda bioquímica de oxígeno Winkler
5 Demanda química de oxígeno Reflujo cerrado
6 Grasas y/o aceites Extracción Soxleth
7 Colimetría Tubos múltiples
Fuente : Laboratorio de Química Ambiental. Facultad de Ciencias
Ambientales. Universidad Tecnológica de Pereira.
5.2 RESULTADOS DE CAMPO Y DE LABORATORIO
Los resultados reportados por el Laboratorio de Química Ambiental de la Facultad
de Ciencias Ambientales de la Universidad Tecnológica de Pereira, se presentan
en forma resumida en el Cuadro 9
47
Cuadro 9. Resultados de Análisis de Laboratorio La Florida
Día PeríodoQ Prom
(l/s)
DQO
(mg/l)
DBO
(mg/l)SST (mg/l)
Grasas
(mg/l)
Coli total
NMP/100 ml
Febrero 4 – 5
8:30 - 14:00 1.35 350 233 160 29 350*107
14:00 - 20:00 1.07 238 172 101 19.3 170*107
20:00 - 2:00 0.93 292 206 178 10.1 90*107
2:00 - 8:15 1.14 238 175 138 16 280*108
Febrero 5 – 6
8:30 - 14:00 1.36 324 223 92 16.5 280*108
14:00 - 20:00 1.28 367 245 110 8.8 280*108
20:00 - 2:00 0.86 248 168 145 3.1 350*107
2:00 - 8:15 1.26 129 86 118 3.4 280*107
Febrero 6 – 7
8:30 - 14:00 1.59 685 437 107 9.5 350*107
14:00 - 20:00 1.38 328 223 91 2.8 280*105
20:00 - 2:00 0.81 278 193 82 0.14 280*105
2:00 - 8:15 1.05 267 187 123 8.3 140*107
Fuente: Datos del proyecto 2002.
5.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Del Cuadro 10 al Cuadro 13 se pueden observar los valores estadísticos más
representativos de cada uno de los parámetros medidos en campo.
Cuadro 10. Estadística descriptiva de caudal (l/s).
PARÁMETRO
ESTADÍSTICOFEB 4–5 FEB 5-6 FEB 6-7
Promedio 1.12 1.15 1.16
Máximo 2.12 2.11 2.08
Mínimo 0.44 0.53 0.6
Desviación estándar 0.32 0.35 0.4
Fuente: Datos del proyecto. 2002.
48
Cuadro 11. Estadística descriptiva de temperatura (°C).
PARÁMETRO
ESTADÍSTICOFEB 4–5 FEB 5-6 FEB 6-7
Promedio 19.06 19.21 19.15
Máximo 20.00 20.70 20.90
Mínimo 17.18 17.90 17.70
Desviación estándar 0.74 0.75 0.90
Fuente: Datos del proyecto. 2002.
Cuadro 12. Estadística descriptiva de pH (UpH).
PARÁMETRO
ESTADÍSTICOFEB 4–5 FEB 5-6 FEB 6-7
Máximo 7.62 7.50 7.70
Mínimo 7.03 6.92 7.03
Desviación estándar 0.14 0.14 0.10
Fuente: Datos del proyecto. 2002.
Con base en las anteriores tablas, se obtienen los valores medios de caudal,
temperatura y pH (Cuadro 13).
Cuadro 13. Valores promedio de caudal a tratar, pH y Temperatura del agua
residual con cada alícuota tomada
PARÁMETRO
ESTADÍSTICOFEB 4–5 FEB 5-6 FEB 6-7 PROMEDIO
Caudal (l/s) 1.12 1.15 1.16 1.14
Temperatura (oC) 19.06 19.21 19.15 19.14
PH (Unidades) 7.28 7.18 7.21 7.22
Fuente: Datos del proyecto. 2002.
49
Basados en los análisis de laboratorio y el caudal, se obtienen las cargas
contaminantes por período (Cuadro 14) así como los valores promedio de los
contaminantes a tratar (Cuadro 15), los cuales serán usados como base de
diseño.
Cuadro 14. Cálculo de cargas contaminantes por período
Día PeríodoQ Prom
(m3/6hr)
DQO
(Kg/6hr)
DBO
(Kg/6hr)
SST
(Kg/6hr)
Grasas
(Kg/6Hr)
Febrero 4 – 5
8:30 – 14:00 29.07 10.17 6.77 4.65 0.84
14:00 – 20:00 23.05 5.49 3.96 2.33 0.44
20:00 – 2:00 20.16 5.89 4.15 3.59 0.20
2:00 – 8:15 24.68 5.87 4.32 3.41 0.39
Total 24 Hr 96.96 27.42 19.21 13.97 1.89
Febrero 5 – 6
8:30 – 14:00 29.39 9.52 6.55 2.70 0.48
14:00 – 20:00 27.60 10.13 6.76 3.04 0.24
20:00 – 2:00 18.47 4.58 3.10 2.68 0.06
2:00 – 8:20 27.16 3.50 2.34 3.20 0.09
Total 24 Hr 102.61 27.73 18.75 11.62 0.88
Febrero 6 – 7
8:20 – 14:00 34.37 23.54 15.02 3.68
14:00 – 20:00 29.85 9.79 6.66 2.72 0.08
20:00 – 2:00 17.60 4.89 3.40 1.44 0.00
2:00 – 8:15 22.71 6.06 4.25 2.79 0.19
Total 24 Hr 104.54 44.29 29.32 10.63 0.37
PROMEDIO TOTAL 101.37 33.15 22.43 12.08 1.04
Fuente: Datos del proyecto. 2002.
Cuadro 15. Valores de diseño
ConcentraciónQ
(l/s)
DQO
(mg/l)
DBO
(mg/l)
SST
(mg/l)
Total 1.14 327.01 221.25 119.12
Fuente: Datos del proyecto. 2002.
50
Para estimar el aporte per cápita de los principales parámetros contaminantes se
debe tener en cuenta que la población ubicada en el área de cobertura de la red
de alcantarillado es de 336 habitantes y una población adicional de 445
estudiantes (Fuente: Encuestas y censo realizado por la UTP. 2002).
Considerando que el aporte de caudales de la población escolar es de una tercera
parte del valor establecido para la población asentada en la zona, se puede decir
que la población existente en la zona 1 es equivalente a 485 habitantes. En el
Cuadro 16, se presenta un contraste de aportes per cápita de bibliografía y el
encontrado en esta localidad.
Cuadro 16. Cargas promedio de las aguas residuales domésticas en el área rural.
ParámetroValor (Pujor, R.
Lienard, A., 1990)
Municipio de Balboa
(Fuente UTP 2001)
La Florida
(Fuente UTP 2002)
DQO (g/hab-d) 75 – 80 55.8 68.3
DBO (g/hab-d) 30 – 35 36.5 46.2
SST (g/hab-d) 25 – 30 23.4 24.9
Caudal (l/hab-d) 100 – 250 160 209.5
Fuente: Datos del proyecto. 2002.
Aunque en apariencia los datos se encuentran en el rango establecido, si se hace
un análisis de los aportes por día caracterizado, se encuentran unas diferencias
significativas, tal como se aprecia en el Cuadro 17. Esta diferencia puede deberse
a pequeñas actividades pecuarias que se desarrollan en algunas viviendas,
principalmente la cría de cerdos.
51
Cuadro 17. Cargas contaminantes por día de caracterización
DíaDQO
g/hab-día
DBO5
g/hab-día
SST
g/hab-día
Caudal
L/hab-día
Febrero 4 y 5 56.5 39.6 28.8 200
Febrero 5 y 6 57.2 38.7 24.0 212
Febrero 6 y 7 91.3 60.5 21.9 216
Promedio 68.3 46.2 24.9 209.5
Fuente: Datos del proyecto. 2002.
5.4 REQUERIMIENTO DE CALIDAD DE AGUA
El requerimiento de calidad de agua se refiere a la calidad del agua residual
después del tratamiento. Con el sistema propuesto para el sector de La Florida
que cuenta (en la actualidad) con sistema de alcantarillado, se pretende remover
entre el 85% y 90% de la materia orgánica, sólidos suspendidos y coliformes
fecales.
Esto significa que no sólo se da respuesta a los requerimientos del uso actual del
río Otún sino que también se cumple con la reglamentación vigente para el
vertimiento de aguas residuales, establecida en el decreto 1594 de 1984, que
establece una remoción mínima del 80% para sólidos suspendidos totales y
DBO5.
52
6 DIMENSIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO POR
LOCALIDAD.
El dimensionamiento de cada una de las unidades de tratamiento definidas en las
localidades se presenta a continuación. El Cuadro 18 contiene un resumen de los
componentes del sistema tratamiento por localidad o sector.
Cuadro 18 Sistemas selecionados por localidad
LOCALIDAD O SECTOR COMPONENTES DEL SISTEMA
La Florida, Sector 2.Estructura de separación, rejas, desarenador, laguna anaerobia,
humedal de flujo subsuperficial.
La Florida, Sector 3. Rejas, tanque séptico, humedal de flujo subsuperficial.
La Bananera.Estructura de separación, rejas, desarenador, tanque séptico, filtro
anaerobio, laguna facultativa.
El Porvenir.Estructura de separación, rejas, desarenador, tanque séptico y filtro
anaerobio.
San José, Sectores 1 y 2 Tanque séptico y filtro anaerobio.
Mangas, Sectores 1, 2, 3 y 4 Tanque séptico y filtro anaerobio.
Viviendas dispersasCombinación de tanque séptico, filtro anaerobio y/o humedal de
flujo subsuperficial, según disponibilidad de área.
El cuadro 9 presenta los requerimientos de área de cada uno de los predios en
cada localidad
6.1 Poblaciones de diseño
Las poblaciones de diseño, se calcularon sobre un periodo de diseño de 20 años.
La población actual se obtuvo a partir del censo aplicado a cada uno de los
centros poblados, corregido con la población estudiantil para aquellos sistemas en
que existen escuelas y/o colegios.
53
Cuadro 19. Poblaciones de diseño
MUNICIPIO LOCALIDAD SISTEMAArea
Requerida(m2 )
Número de
predios
Población Censada1
PoblaciónActual (2002)2
Población futura
Dotación de diseño
PEREIRA
La Florida
I
157 702
210
II 4900 317Error:
Reference
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430
III 2543 79 104
La Bananera
I 3900
57 255
290Error:
Reference
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430
El Porvenir I 620 45 208 235Error:
Reference
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306
1 Este censo se realizó vivendo por vivienda. Los totales pueden constuirse en un subregistro al encontrar viviendas desocupadas, y otras en las
que no se obtuvo respuesta para la encuesta2 Población ajustada por población estudiantil
54
San José
II 60
42 171
60Error:
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78
SANTA
ROSA
I 205 156 168
Las Mangas
I 272
48 221
61 79
II 272 22 29
III 330 79 103
IV 272 51 66
55
6.2 La Florida Zona 2
6.2.1 ESTRUCTURA DE SEPARACIÓN
56
57
6.2.2 REJAS
58
6.2.3 DESARENADOR
59
6.2.4 LAGUNA ANAEROBIA
60
6.2.5 HUMEDAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL.
61
62
6.3 La Florida, Sector 3
6.3.1 REJAS
63
6.3.2 TANQUE SEPTICO
64
6.3.3 HUMEDAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL.
65
66
67
6.4 La Bananera
6.4.1 ESTRUCTURA DE SEPARACION
68
69
6.4.2 REJAS
70
6.4.3 DESARENADOR
71
6.4.4 TANQUE SEPTICO
72
6.4.5 FILTRO ANAEROBIO
6.4.6 UNIDADES EN PARALELO TANQUE SEPTICO – FILTRO ANAEROBICO
73
6.4.7 LAGUNA FACULTATIVA.
74
6.5 El Porvenir
6.5.1 ESTRUCTURA DE SEPARACION
75
76
6.5.2 REJAS
77
6.5.3 DESARENADOR
78
6.5.4 TANQUE SEPTICO
79
6.5.5 FILTRO ANAEROBICO
6.5.6 UNIDADES EN PARALELO TANQUE SEPTICO – FILTRO ANAEROBICO
80
6.6 San José Sector 1
6.6.1 TANQUE SEPTICO
81
6.6.2 FILTRO ANAEROBIO.
82
6.7 San José, Sector 2
6.7.1 TANQUE SEPTICO
83
6.7.2 FILTRO ANAEROBICO
DISEÑO FILTRO ANAEROBICO
Medio Filtrante: Aros de Guadua de 0.05 m de longitudVf=T*Qd/pEficiencia deseada (E) 72 %.
T= (100K/(100-E))1/m
m= 0.66K= 1.3T= 10.2395 horasT= 0.43 diasp= 0.75 Porosidad
Vf= 11.2 m3
Profundidad lecho filtrante 1 m
Area horizontal 11.2 m2
Ancho= 1.9 mLargo= 5.9 m
84
6.8 Las Mangas, Sector 1
6.8.1 TANQUE SEPTICO
85
6.8.2 FILTRO ANAEROBIO.
DOS UNIDADES EN PARALELO DE TANQUE SEPTICO - FILTRO ANAEROBICO
TANQUE SEPTICO
VOLUMEN TOTAL 16.96 m3
VOLUMEN POR UNIDAD 8.5 m3
Medidas InternasProfundidad útil= 2.3 m
Area Requerida útil= 3.7 m2
Largo/ancho 2Largo 2.7 mAncho 1.4 m
Borde Libre: 0.3 mNumero de Compartimentos 2
Longitud Primer compartimento 1.8 mLongitud Segundo Compartimento 0.9 m
FILTRO ANAEROBICO
Volumen por unidad: 5.7 m3
Profundidad lecho filtrante 1 m
Área= 5.7 m2
Ancho= 1.4 mLargo= 4 m
86
6.9 Las Mangas, Sector 2
6.9.1 TANQUE SEPTICO
87
6.9.2 FILTRO ANAEROBIO.
88
6.10 Las Mangas, Sector 3
6.10.1 TANQUE SEPTICO
89
6.10.2 FILTRO ANAEROBIO.
90
6.11 Las Mangas, Sector 4
6.11.1 TANQUE SEPTICO
91
6.11.2 FILTRO ANAEROBIO.
DISEÑO FILTRO ANAEROBICO
Medio Filtrante: Aros de Guadua de 0.05 m de longitudVf=T*Qd/pEficiencia deseada (E) 72 %.
T= (100K/(100-E))1/m
m= 0.66K= 1.3T= 10.2395 horasT= 0.43 diasp= 0.75 Porosidad
Vf= 9.5 m3
Profundidad lecho filtrante 1 m
Area horizontal 9.5 m2
Ancho= 1.8 mLargo= 5.4 m
92
Viviendas dispersas
Combinación de Tanque séptico, filtro anaerobio y/o humedal de flujo
subsuperficial, según disponibilidad de área.
93
MUNICIPIO LOCALIDAD SISTEMA Area
(m2)PROPIETARIO OBSERVACIONES
PEREIRA
La Florida
I 2500Bernardo Vieira
Esta dispuesto a negociar el predio, previa desregulación del mismo. Desea hacer desenglobe de la zona en la que se construirá la planta
II 4900 Luz Mary Zapata No se han realizado contactos directos con ella.Se precisa negociar sobre la base de los diseños definitivos
III 2543 Jhon Zapata No se ha podido establecer contacto con él. Vive en la ciudad de Medellín
La BananeraI 3900
Gonzalo LeónNo firmó el acta porque desea asesorarse mejor. Le preocupa el espacio “tan grande” según él, que ocuparía el sistema de tratamiento, ya que significa un perjuicio, dado que cuenta con ganado en su predio.
El Porvenir I 620 José Jair Benjumea Firmó el acta, aunque manifiesta su extrema preocupación por el valor del lote, ya que allí tiene ubicado el procesamiento del carbón
San José
II 60 CARDER
SANTA ROSA
I 205
Abelino Correa
No firmó el acta por no estar de acuerdo con los términos de la misma, dice no tener motivación de vender, sin embargo manifiesta no estar cerrado frente a la posibilidad de negociar el lote, máxime cuando se trata de un beneficio colectivo. El compromiso con el señor Abelino, fue cambiar los términos del acta.
Las Mangas
I 272 Arturo Mejía No se encuentra en el país. (Vive en España)
II 272 Gustavo Bedoya Plantea su total disposición de negociar el lote.
III 330 Ana Toro
IV 272Frecia Ormaza
Firmó el acta y manifestó plena disposición para negociar el lote, dado el perjuicio que le están causando las aguas negras de varias viviendas que cruzan el lote.
94
7 RESUMEN DE COSTOS
Cuadro 20. CUADRO RESUMEN DE COSTOS. CENTROS POBLADOS
LOCALIDAD SECTOR ALCANTARILLADO SISTEMA DE TRATAMIENTO TERRENO
La Florida
Sector 1 $ 7,700,224 $ 60,417,374 $ 12,500,000 Sector 2 $ 106,775,045 $ 71,577,331 $ 24,500,000 Sector 3 $ 32,557,716 $ 42,027,692 $ 12,715,000 Total $ 147,032,985 $ 174,022,397 $ 49,715,000
La Bananera $ 66,625,368 $ 79,714,852 $ 27,300,000
Total $ 66,625,368 $ 79,714,852 $ 27,300,000
El Porvenir $ 15,825,779 $ 48,431,680 $ 1,240,000
Total $ 15,825,779 $ 48,431,680 $ 1,240,000
San JoséSector 1 $ 28,811,273 $ 29,357,893 $ 1,025,000 Sector 2 $ 26,399,513 $ 26,854,385 $ 300,000 Total $ 55,210,787 $ 56,212,278 $ 1,325,000
Mangas
Sector 1 $ 22,440,079 $ 30,184,921 $ 544,000 Sector 2 $ 20,940,321 $ 25,232,131 $ 544,000 Sector 3 $ 29,573,668 $ 33,407,593 $ 660,000 Sector 4 $ 35,206,955 $ 32,342,651 $ 544,000 Total $ 108,161,023 $ 121,167,296 $ 2,292,000
TOTAL $392,855,941 $ 479,548,503 $81,872,000
NOTAS:
El dimensionamiento de las unidades de tratamiento se han hecho sobre la base de un periodo de diseño de 20 años,
considerando población flotante por actividades turísticas en la zona. Conforme a lo establecido en el plan de
ordenamiento parcial para La Florida y La Bella.
No se incluyen los costos de los predios.
Los costos ncluyen AIU
95
7.1 COSTOS ALCANTARILLADO
Cuadro 21. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA LA FLORIDA ZONA 2
ITEM UN CANT.VALOR
UNITARIOVALOR TOTAL
ITE003 GL 1141.2 $ 500 $ 570,600
ITE027 UN 50.0 $ 262,082 $ 13,104,080
ITE004 M3 1024.8 $ 7,800 $ 7,993,344
ITE006 M3 808.6 $ 6,699 $ 5,417,031
ITE021 ML 1268.0 $ 21,500 $ 27,262,000
ITE011 M3 190.2 $ 29,640 $ 5,637,528
ITE051 UN 22.0 $ 785,146 $ 17,273,212
ITE052 UN 50.0 $ 200,146 $ 10,007,300
ITE072 m3 216.2 $ 7,930 $ 1,714,109
$ 88,979,204
$ 17,795,840.84
$ 106,775,045
DESCRIPCION
Localización y replanteoSuministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL - ZONA 2
97
Cuadro 22. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA LA FLORIDA ZONA 3
ITEM UN CANT.VALOR
UNITARIOVALOR TOTAL
ITE003 GL 368.6 $ 500 $ 184,275
ITE027 UN 18.0 $ 123,357 $ 2,220,419
ITE004 M3 281.8 $ 7,800 $ 2,197,810
ITE006 M3 220.2 $ 6,699 $ 1,475,239
ITE021 ML 409.5 $ 21,500 $ 8,804,250
ITE011 M3 36.9 $ 29,640 $ 1,092,382
ITE051 UN 9.0 $ 785,146 $ 7,066,314
ITE052 UN 18.0 $ 200,146 $ 3,602,628
ITE072 m3 61.6 $ 7,930 $ 488,113
$ 27,131,430
$ 5,426,286.07
$ 32,557,716
$ 139,332,761
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)
Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección de 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL - ZONA 3
COSTO TOTAL LA FLORIDA
98
CUADRO 23. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA LA BANANERA
ITEM UN CANT.VALOR
UNITARIOVALOR TOTAL
ITE003 GL 554.4 $ 500 $ 277,200
ITE027 UN 65 $ 123,357 $ 8,018,179
ITE004 M3 490.3 $ 7,800 $ 3,824,262
ITE006 M3 382 $ 6,699 $ 2,561,899
ITE021 ML 616 $ 21,500 $ 13,244,000
ITE011 M3 92.4 $ 29,640 $ 2,738,736
ITE051 UN 14.0 $ 785,146 $ 10,992,044
ITE052 UN 65 $ 200,146 $ 13,009,490
ITE072 m3 107.9 $ 7,930 $ 855,330
$ 55,521,140
$ 11,104,228.00
$ 66,625,368
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)
Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL
99
Cuadro 24. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA EL PORVENIR
ITEM UN CANT.VALOR
UNITARIOVALOR TOTAL
ITE003 GL 56.3 $ 500 $ 28,125
ITE027 M3 41.7 $ 262,082 $ 10,938,379
ITE004 M3 30.3 $ 7,800 $ 236,021
ITE006 ML 62.5 $ 6,699 $ 418,688
ITE022 M3 9.4 $ 21,500 $ 201,563
ITE011 UN 3.0 $ 29,640 $ 88,920
ITE051 UN 1.0 $ 785,146 $ 785,146
ITE052 UN 2.0 $ 200,146 $ 400,292
ITE072 m3 11.5 $ 7,930 $ 91,016
$ 13,188,149
$ 2,637,629.81
$ 15,825,779
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)
Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 12" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL
100
Cuadro 25. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA SAN JOSE SECTOR 1
ITEM UN CANT. VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
ITE003 GL 199.4 $ 500 $ 99,675
ITE027 UN 29.0 $ 137,229 $ 3,979,644
ITE004 M3 195.3 $ 7,800 $ 1,523,699
ITE006 M3 154.4 $ 6,699 $ 1,034,036
ITE021 ML 221.5 $ 21,500 $ 4,762,250
ITE011 M3 33.2 $ 29,640 $ 984,789
ITE051 UN 7.0 $ 785,146 $ 5,496,022
ITE052 UN 29.0 $ 200,146 $ 5,804,234
ITE072 m3 41.0 $ 7,930 $ 325,045
$ 24,009,394
$ 4,801,878.87
$ 28,811,273
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)
Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL - ZONA 1
Cuadro 26 COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA SAN JOSE SECTOR 2
ITEM UN CANT. VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
ITE003 GL 248.0 $ 500 $ 123,975
ITE027 UN 13.0 $ 123,357 $ 1,603,636
ITE004 M3 288.1 $ 7,800 $ 2,247,104
ITE006 M3 236.3 $ 6,699 $ 1,582,865
ITE021 ML 275.5 $ 21,500 $ 5,923,250
ITE011 M3 41.3 $ 29,640 $ 1,224,873
ITE051 UN 8.0 $ 785,146 $ 6,281,168
ITE052 UN 13.0 $ 200,146 $ 2,601,898
ITE072 m3 51.8 $ 7,930 $ 410,826
$ 21,999,595
$ 4,399,918.90
$ 26,399,513
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)
Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL - ZONA 2
101
Cuadro 27. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA MANGAS SECTOR 1
ITEM UN CANT. VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
ITE003 GL 177.8 $ 500 $ 88,875
ITE027 UN 14.0 $ 128,906 $ 1,804,678
ITE004 M3 176.1 $ 7,800 $ 1,373,928
ITE006 M3 139.6 $ 6,699 $ 934,870
ITE021 ML 197.5 $ 21,500 $ 4,246,250
ITE011 M3 29.6 $ 29,640 $ 878,085
ITE051 UN 8.0 $ 785,146 $ 6,281,168
ITE052 UN 14.0 $ 200,146 $ 2,802,044
ITE072 m3 36.6 $ 7,930 $ 290,166
$ 18,700,065
$ 3,740,013.09
$ 22,440,079
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL - ZONA 1
Cuadro 28. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA MANGAS SECTOR 2
ITEM UN CANT. VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
ITE003 GL 162.5 $ 500 $ 81,270
ITE027 UN 14.0 $ 123,357 $ 1,726,992
ITE004 M3 126.9 $ 7,800 $ 989,548
ITE006 M3 99.6 $ 6,699 $ 667,416
ITE021 ML 180.6 $ 21,500 $ 3,882,900
ITE011 M3 27.1 $ 29,640 $ 802,948
ITE051 UN 8.0 $ 785,146 $ 6,281,168
ITE052 UN 14.0 $ 200,146 $ 2,802,044
ITE072 m3 27.2 $ 7,930 $ 215,981
$ 17,450,267
$ 3,490,053.50
$ 20,940,321
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)
Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL - ZONA 2
102
Cuadro 29. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA MANGAS SECTOR 3
ITEM UN CANT. VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
ITE003 GL 288.5 $ 500 $ 144,225
ITE027 UN 11.0 $ 142,778 $ 1,570,559
ITE004 M3 255.3 $ 7,800 $ 1,991,704
ITE006 M3 195.4 $ 6,699 $ 1,309,149
ITE021 ML 320.5 $ 21,500 $ 6,890,750
ITE011 M3 48.1 $ 29,640 $ 1,424,943
ITE051 UN 11.0 $ 785,146 $ 8,636,606
ITE052 UN 11.0 $ 200,146 $ 2,201,606
ITE072 m3 59.9 $ 7,930 $ 475,181
$ 24,644,724
$ 4,928,944.72
$ 29,573,668
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)
Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
A.I.U
COSTO TOTAL - ZONA 3
Cuadro 30. COSTOS ALCANTARILLADO VEREDA MANGAS SECTOR 4
ITEM UN CANT. VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
ITE003 GL 409.5 $ 500 $ 204,750
ITE027 UN 10.0 $ 123,357 $ 1,233,566
ITE004 M3 370.6 $ 7,800 $ 2,890,520
ITE006 M3 302.1 $ 6,699 $ 2,023,839
ITE021 ML 455.0 $ 21,500 $ 9,782,500
ITE011 M3 68.3 $ 29,640 $ 2,022,930
ITE051 UN 11.0 $ 785,146 $ 8,636,606
ITE052 UN 10.0 $ 200,146 $ 2,001,460
ITE072 m3 68.5 $ 7,930 $ 542,958
$ 29,339,129
$ 5,867,825.81
$ 35,206,955
DESCRIPCION
Localización y replanteo
Suministro e instalación de red domiciliaria diametro de 6" (incl:accs)
Excavación para cajas de inspección, tanques y tuberias ( 0 - 2 m)
Lleno compactado con material de sitio
Suministro de tuberia de P.V.C sanitaria 6" (incl: acces)
Suministro de material granular para asiento de tuberia
A.I.U
COSTO TOTAL - ZONA 4
Camaras de inspeccion
Caja de inspección 1.30 x 0.6 x 0.6 m
Retiro de material sobrante
SUBTOTAL
103
7.2 COSTOS PLANTAS DE TRATAMIENTO (DISCRIMINADOS POR
COMPONENTES)
Cuadro 31. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA LA FLORIDA ZONA 2
COMPONENTES COSTOS
Laguna Anaerobia $ 19,319,898
Humedal Subsuperficial $ 22,367,433
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 638,384
Estructura de Entrada $ 1,530,420
Estructura de Alivio $ 527,596
Oficina de operación $ 5,242,001
Conducciones $ 3,286,796
Cerramiento $ 6,212,635
SUBTOTAL $ 59,647,776
A.I.U $ 11,929,555
TOTAL $ 71,577,331
Cuadro 32. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA LA FLORIDA ZONA 3
COMPONENTES COSTO
Tanque Séptico $ 6,683,165
Humedal Subsuperficial $ 18,653,039
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 938,384
Estructura de Entrada $ 1,530,420
Conducciones $ 1,652,795
Cerramiento $ 5,042,662
SUBTOTAL $ 35,023,077
A.I.U (20%) $ 7,004,615
TOTAL $ 42,027,692
104
CUADRO 33. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA LA BANANERA
COMPONENTES COSTOS
Tanque septico y Filtro Anaerobio $ 24,340,455
Laguna Anaerobia $ 24,493,147
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 319,192
Estructura de Entrada $ 1,530,420
Estructura de Alivio $ 527,596
Oficina de operación $ 5,237,921
Conducciones $ 2,769,298
Cerramiento $ 6,688,401
SUBTOTAL $ 66,429,043
A.I.U $ 13,285,809
TOTAL $ 79,714,852
Cuadro 34. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA EL PORVENIR
COMPONENTES COSTOS
Tanque Séptico y Filtro Anaerobio $ 32,539,527
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 439,192
Estructura de Entrada $ 1,530,420
Estructura de Alivio $ 527,596
Conducciones $ 2,256,650
Cerramiento $ 2,543,735
SUBTOTAL $ 40,359,733
A.I.U $ 8,071,946.64
TOTAL $ 48,431,680
105
CUADRO 35. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA SAN JOSE SECTOR 1
COMPONENTES COSTOS
Tanque Séptico y Filtro Anaerobio $ 13,457,921
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 439,192
Conducciones $ 490,692
Lecho de secado $ 7,859,231
Cerramiento $ 1,695,262
SUBTOTAL $ 24,464,911
A.I.U $ 4,892,982
TOTAL $ 29,357,893
Cuadro 36. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA SAN JOSE SECTOR 2
COMPONENTES COSTOS
Tanque Séptico y Filtro Anaerobio $ 19,920,989
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 439,192
Conducciones $ 381,745
Cerramiento $ 1,114,116
SUBTOTAL $ 22,378,655
A.I.U $ 4,475,730.91
TOTAL $ 26,854,385
106
Cuadro 37. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA MANGAS SECTOR 1
COMPONENTES COSTOS
Tanque Sèptico y Filtro Anaerobio $ 13,639,261
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 439,192
Lechos de secado $ 7,859,231
Conducciones $ 926,481
Cerramiento $ 1,767,324
SUBTOTAL $ 25,154,101
A.I.U $ 5,030,820.20
TOTAL $ 30,184,921
Cuadro 38. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA MANGAS SECTOR 2
COMPONENTES COSTOS
Tanque Séptico y Filtro Anaerobio $ 9,617,681
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 439,192
Lechos de secado $ 7,859,231
Conducciones $ 781,218
Cerramiento $ 1,806,842
SUBTOTAL $ 21,026,776
A.I.U $ 4,205,355
TOTAL $ 25,232,131
107
Cuadro 39. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA MANGAS SECTOR 3
COMPONENTES COSTOS
Tanque Sèptico y Filtro Anaerobio $ 15,659,637
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 439,192
Lechos de secado $ 7,859,231
Conducciones $ 1,431,269
Cerramiento $ 1,927,720
SUBTOTAL $ 27,839,661
A.I.U $ 5,567,932
TOTAL $ 33,407,593
Cuadro 40. COSTOS TRATAMIENTO VEREDA MANGAS SECTOR 4
COMPONENTES COSTOS
Tanque Sèptico y Filtro Anaerobio $ 14,772,185
Estructura de entrega $ 522,613
Cámara de Distribucción $ 439,192
Lechos de secado $ 7,859,231
Conducciones $ 1,431,269
Cerramiento $ 1,927,720
SUBTOTAL $ 26,952,209
A.I.U $ 5,390,442
TOTAL $ 32,342,651
Las cantidades de obra y el presupuesto detallado de cada sistema, se encuentra
en el anexo 1.
Para todos los casos, ell AIU se cálculo con un valor del 20% del subtotal.
108
8 PLAN DE INVERSIONES SUGERIDO
Cuadro 41. Plan de inversiones
PLAN DE INVERSIONES CENTROS POBLADOS
AÑO LOCALIDAD SECTORES
Año 1 LA FLORIDA I Y II
Año 2LA FLORIDA III
LA BANANERA I
Año 3
EL PORVENIR I
SAN JOSE I Y II
MANGAS I, II, III Y IV
Cuadro 42. Flujo de Caja
TERRENO ALCANTARILLADO SIST. TTO TOTALAño 1 $ 37,000,000 $ 114,475,269 $ 131,994,705 $ 83,469,974 Año 2 $ 41,255,000 $ 115,008,863 $ 170,174,224 $ 26,438,087 Año 3 $ 3,617,000 $ 163,371,809 $ 177,379,574 $ 344,368,383
TOTAL $ 81,872,000 $ 392,855,941 $ 479,548,503 $ 954,276,444
109
CUADRO 43. COSTOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO AGUAS RESIDUALES
AREAS DISPERSAS
Municipio Corregimiento VeredaNO
PREDIOS
NO
HAB
Tipo
Conglomerado
Suma
De Costo
PEREIRA
LA BELLA LA BELLA 51 210
DISPERSO
$84,224,380.00
LA ESTRELLA-MORRÓN 29 87 $54,370,533.00
LA FLORIDA
EL CEDRAL 5 6 $7,580,330.00
EL PORVENIR 27 100 $46,077,546.00
LA BANANERA 22 85 $37,894,965.00
LA FLORIDA 41 157 $68,472,660.00
LA SUIZA 25 124 $44,129,057.00
PLAN EL MANZANO 109 480 $194,931,390.00
SUBTOTAL 309 1249 SUBTOTAL $ 537,680,861.00
SANTA
ROSA DE
CABAL
VEREDAS UNIDAS
DEL SUR
CALICHALES 18 69
DISPERSO
$35,904,901.00
CEDRALITO 98 382 $164,920,510.00
LAS MANGAS 4 16 $10,454,746.00
PLANADAS 46 197 $84,450,579.00
PUENTE ALBÁN-LA MARÍA 48 202 $82,862,146.00
SAN JUAN-SAN MARCOS 35 137 $58,969,902.00
VOLCANES 29 97 $46,249,695.00
SUBTOTAL 278 1100 SUBTOTAL $483,812,479.00
TOTAL CUENCA 587 2349 $1,021,493,340.00
Nota: Los costos fueron calculados sobre la base de diseños tipo, de acuerdo al
número de personas de la vivienda.
Estos costos pueden variar según las características de cada predio a analizar.
110
9 LISTADO DE PLANOS
LOCALIDAD Nº PLANO (CONTENIDO)
La Florida Zona 1
1 de 8 Planta general
2 de 8 Planta existente
3 de 8 Detalles humedales
4 de 8 Planta general de humedales
5 de 8 Detalles existentes
6 de 8 Oficina de operación
7 de 8 Detalles cámara de lodos
8 de 8 Planta y perfiles de alcantarillado
La Florida Zona 2
1 de 8 Planta General alcantarillado
2 de 8 Perfiles de alcantarillado y detalles
3 de 8 Planta General Sistema de Tratamiento
4 de 8 Detalles 1
5 de 8 Detalles 2
6 de 8 Caseta de Operación
7 de 8 Estructural 1
8 de 8 Estructural 2
La Florida Zona 3
1 de 6 Planta General alcantarillado
2 de 6 Perfiles de alcantarillado y detalles
3 de 6 General
4 de 6 Detalles 1
5 de 6 Detalles 2
6 de 6 Detalles estructurales
La Bananera
1 de 7 Planta General alcantarillado
2 de 7 Perfiles de alcantarillado y detalles
3 de 7 Detalles 1
4 de 7 Detalles 2
5 de 7 Detalles 3
6 de 7 Caseta de Operación
7 de 7 Detalles estructurales
111
LOCALIDAD Nº PLANO (CONTENIDO)
El Porvenir
1 de 6 Planta General Alcantarillado
2 de 6 Planta General planta de tratamiento
3 de 6 Detalles
4 de 6 Detalles
5 de 6 Detalles estructurales 1
6 de 6 Detalles estructurales 2
San José
1 de 7 Planta General Alcantarillado y Sistemas de Tratamiento
2 de 7 San Jose 1, Perfiles de Alcantarillado y detalles
3 de 7 San Jose 2, Perfiles de Alcantarillado y detalles
4 de 7 San José 1, Detalles
5 de 7 San José 2, Detalles
6 de 7 San Jose 1, Detalles Estructurales
7 de 7 San José 2, Detalles Estructurales
Las Mangas Zona 1
1 de 4 Planta General
2 de 4 Perfiles Alcantarillado y Detalles
3 de 4 Detalles
4 de 4 Detalles Estructurales
Las Mangas Zona 2
1 de 4 Planta General Alcantarillado y tratamiento
2 de 4 Perfiles Alcantarillado y Detalles
3 de 4 Detalles
4 de 4 Detalles Estructurales
Las Mangas Zona 3
1 de 4 Planta General Alcantarillado y tratamiento
2 de 4 Perfiles Alcantarillado y Detalles
3 de 4 Detalles
4 de 4 Detalles Estructurales
Las Mangas Zona 4
1 de 4 Planta General
2 de 4 Perfiles Alcantarillado y Detalles
3 de 4 Detalles
4 de 4 Detalles Estructurales
112
10 BIBLIOGRAFÍA
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115
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