PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE …

PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS URBANAS SERVIDAS DEL

MUNICIPIO DE GUAYABETAL, CUNDINAMARCA.

Ordoñez, Angie1; Rivas, Juan2.

{angieordonez; juan.rivas}@usantotomas.edu.co

Universidad Santo Tomás de Aquino

Facultad de Ingeniería Civil

Villavicencio-Meta, 2021

Resumen- Guayabetal-Cundinamarca tiene un sistema de Alcantarillado combinado (Aguas residuales y

Pluviales), además de eso tiene una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) que actualmente no tiene la

capacidad de tratar el caudal de Aguas producido por la población; de acuerdo a investigaciones y visitas realizadas en

campo, esta planta se encuentra mal ubicada y lleva años sin realizársele limpieza pues la estructura de esta no hace

posible tal acción, produciendo malos olores y afectando la salud de los habitantes.

El presente Documento plantea el diseño funcional de una PTAR mediante la Tecnología de Lodos Activos -

Modalidad Convencional, para remoción de contaminantes y Sólidos suspendidos, planteando finalmente la mejor

alternativa para la disposición última del Manejo de Lodos. Este diseño se realiza con apoyo del aplicativo denominado

PTAR DISEÑO el cual fue realizado por un grupo de Investigadores de la Universidad Santiago de Cali (USC).

Palabras Clave: PTAR, Compostaje, Lodos Activos, Manejo de Lodos, DBO, Guayabetal.

Abstract- Guayabetal-Cundinamarca has a combined sewerage system (Wastewater and Rainwater), in

addition to that it has a Wastewater Treatment Plant (PTAR) that currently does not have the capacity to treat the

flow of Water produced by the population; According to research and field visits, this plant is poorly located and has

not been cleaned for years because the structure of this does not make such action possible, producing odors and

affecting the health of the inhabitants.

This Document proposes the functional design of a PTAR using Active Sludge Technology - Conventional

Mode, for removal of contaminants and suspended solids, finally proposing the best alternative for the ultimate disposal

of Sludge Management. This design is carried out with the support of the application called PTAR DISEÑO, which

was carried out by a group of researchers from the Universidad Santiago de Cali (USC).

Key Words: PTAR, Composting, Active Sludge, Sludge Management, DBO, Guayabetal.

1. Introducción

La baja cobertura de tratamiento de aguas residuales puede traer consigo impactos negativos

a la salud pública y problemas medioambientales principalmente en las fuentes receptoras de estas

aguas servidas. Lamentablemente esta problemática es latente en la mayor parte de Colombia, esto

se debe principalmente a la baja cobertura de sistema de tratamiento de agua residual que tiene el

mailto:%[email protected]

PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 2

país, incluso se presenta el caso de algunos municipios que tienen PTAR pero que esta se encuentra

en condiciones inadecuadas o simplemente no dan abasto, incumpliendo con la normativa vigente.

Una planta de tratamiento de agua residual es un sistema que se vale de procesos físicos y

bioquímicos, para depurar la contaminación existente en las aguas servidas o aguas residuales de

uso doméstico; estos sistemas deben estar diseñados con la idea de operar eficientemente, por

medio del integro cumplimiento de las normas que establecen los parámetros mínimos de diseño y

tratamiento adecuado a las aguas servidas, antes de que estas sean redirigidas a las fuentes hídricas.

Guayabetal-Cundinamarca, hace parte de aquellos municipios que cuentan con un sistema de

tratamiento de agua residual, pero que tristemente este no se encuentra en las condiciones óptimas

de funcionamiento, debido a que no satisface el caudal necesario para tratar todas las aguas servidas

del municipio y tampoco se encuentra en la capacidad de tratar adecuadamente el caudal que a

duras penas logra recibir. Por tal motivo, se planteó esta propuesta de diseño de una PTAR para de

este modo reducir los impactos negativos que está trayendo consigo el vertimiento de agentes

contaminantes en las fuentes hídricas aledañas al municipio.

Para dar cumplimiento a este proyecto es necesario plantear una serie de actividades que

ayudaran a su correcto desarrollo, entre estas actividades esta:

1. Hacer una caracterización del sistema de saneamiento en el cual se identifique las

condiciones actuales en las que se encuentra.

2. Realizar una caracterización hidrometeorológica y ambiental del municipio, puesto que

aquí se pueden encontrar variables a considerar en el diseño.

3. Estudiar la calidad del agua servida para de este modo determinar la cantidad de

contaminantes que tienen las aguas se vierten en el cuerpo de agua receptor.

4. Diseñar una PTAR eficiente, considerando los datos recolectados previamente acerca del

municipio. Este diseño se hará asistido por el aplicativo PATR diseño desarrollado por la

USC.

5. Sensibilización de la PTAR ante la población del municipio

2. Metodología de Diseño

Para el adecuado diseño de la PTAR se dará cumplimiento al siguiente diagrama de fases,

el cual tiene como fin último la selección del sistema de tratamiento óptimo de acuerdo a las

opciones ofrecidas por el programa PTAR DISEÑO y posterior el diseño paso a paso de la planta

la cual cumplirá con la normativa aplicable al diseño de Plantas de Tratamiento de Agua Residual:


Figura 1. Esquema de Fases para el Diseño de la PTAR

Nota: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021), contenido en el Anexo 3

3. Desarrollo

Teniendo en cuenta la metodología previamente descrita en el presente documento

procedemos a realizar la propuesta de diseño de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

Servidas del Municipio de Guayabetal, Cundinamarca.

3.1. FASE 1. Estudio de Alternativas y Selección del Sistema de Tratamiento.

3.1.1 Conocimiento de las Ventajas y Desventajas de los diferentes Sistemas de Tratamiento

proporcionados por el aplicativo PTAR DISEÑO.

El aplicativo PTAR DISEÑO es una herramienta informática de libre acceso, desarrollada

por los grupos de investigación GIEIAM y COMBA I+D para realizar el “predimensionamiento de

plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas con poblaciones futuras entre 500 y 200.000

habitantes”, la cual cuenta con tecnologías básicas acordes al contexto latinoamericano (USC,

2021); esta herramienta nos permite el diseño del sistema de cribado (Rejilla), el sistema de

desarenador y canaleta Parshall como pre-tratamiento; el sedimentador primario como tratamientos

primarios y una serie de sistemas de tratamientos secundarios de los cuales se seleccionara el más

optimo acorde a las características de la población y las aguas residuales del municipio de

Guayabetal, los tratamientos secundarios opcionales son los contenidos en la Tabla N° 33.

El aplicativo PTAR DISEÑO es una herramienta informática de libre acceso, desarrollada

por los grupos de investigación GIEIAM y COMBA I+D para realizar el “predimensionamiento de

plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas con poblaciones futuras entre 500 y 200.000

habitantes”, la cual cuenta con tecnologías básicas acordes al contexto latinoamericano (USC,


2021); esta herramienta nos permite el diseño del sistema de cribado (Rejilla), el sistema de

desarenador y canaleta Parshall como pre-tratamiento; el sedimentador primario como tratamientos

primarios y una serie de sistemas de tratamientos secundarios de los cuales se seleccionara el más

optimo acorde a las características de la población y las aguas residuales del municipio de

Guayabetal, los tratamientos secundarios opcionales son los contenidos en la Tabla N° 33.

Este aplicativo nos permite realizar el diseño de los siguientes sistemas de tratamiento:

Tecnología de Laguna Anaeróbica-Sistema de Tratamiento Natural. De acuerdo a

información obtenida por parte del Ingeniero de obras Hidráulicas Rubén Fuentes Beltrán las

algunas anaeróbicas son lagunas artificiales, estas hacen parte del sistema de tratamiento primario,

para afectos del programa se tomara en cuenta como tratamiento secundario en el proceso de

selección, esto debido a la elevada carga orgánica que soportan, imperan las condiciones de

ausencia de Oxígeno, incrementándose las bacterias anaeróbicas, el principal objetivo de estas

lagunas es la reducción en sólidos suspendidos (Rango de efectividad oscila entre el 60.

Tecnología de Laguna Facultativa-Sistema de Tratamiento Natural. En el caso

concreto, de lagunas facultativas, estas se caracterizan por poseer una zona aerobia, próxima a la

superficie, y una zona anaerobia en el fondo, por lo que se pueden encontrar cualquier tipo de

microorganismos desde anaerobios estrictos en los sedimentos del fondo, hasta aerobios estrictos

en la zona inmediatamente adyacente a la superficie. (Fuentes Beltrán, S.f)

Tecnología de Filtro Percolador alta tasa, roca y alta tasa, plástico-Sistemas de

Tratamientos Convencionales. Para conocimiento del sistema del filtro percolador nos basamos

en la información proporcionada por el Ingeniero Civil Anthony Sánchez Cabrera en su repositorio

y el RAS 2000.

Los filtros percoladores están rellenos de materiales como piedras, módulos de plástico o

piezas de plástico, el agua residual se percola a través del relleno poniéndose en contacto con la

capa de limo biológico, es decir que el agua residual se percola a través de las piezas de plástico o

piedras poniéndose en contacto con los microorganismos quienes se encargan de degradar la

materia orgánica. (Sánchez Cabrera, 2019)

Tecnología de Reactor UASB (RAFA) – Sistema de tratamiento Convencional. El

reactor UASB o como sus siglas lo indican el Reactor Anaeróbico de flujo Ascendente con manto

de lodos, tiene como objetivo principal degradar los microorganismos o contaminantes presentes

en el agua residual en ausencia de oxígeno este reactor hace un poco más sencillo el proceso del

manejo de Lodos pues la tecnología que compone a este reactor permite separar internamente los

componentes relacionados con la biomasa, el biogás y el efluente tratado.

Tecnología de Lodos Activos modalidad Convencional-Sistema de tratamiento

Convencional. Este proceso tiene como objetivo permitir la depuración de origen natural donde

unos microorganismos descontaminan el agua residual por medio de un proceso de agitación y

aireación de agua residual con un lodo de microorganismos, estos oxidan la materia orgánica

llevándola a una fase más estable y menos contaminante.

Tecnología de Lodos Activos Aireación Extendida-Sistema de tratamiento

Convencional. Esta modificación tiene amplia aplicación en el tratamiento de aguas residuales

industriales y municipales. Se caracteriza por tener altos tiempos de retención que permiten


cambios bruscos en la carga hidráulica y orgánica, así como también la degradación de compuestos

más complejos o difícilmente degradables. (Ramírez Camperos, 2004)

Tabla 1. Ventajas y Desventajas de las Tecnologías de tratamiento

Tipo De

Sistema Y/O

Tratamiento

Referencias/Enlace Ventajas De La Selección Del

Sistema

Desventajas De La Selección Del

Sistema

Tecn. Laguna

Anaerobica

(Fuentes Beltrán,

S.f)

- Bajos costes de inversión, de

terreno

- Consumo energético nulo, si

el agua llega por gravedad

- Mantenimiento simple

- Escasa producción de fangos

- Alto poder de abatimiento de

microorganismos patógenos.

- Se requieren Grandes

extensiones de terreno.

- La implantación se limitada

en zonas frías o de baja

radiación solar.

- se desprenden olores

desagradables

- Pérdidas de agua por

evaporación.

Tecn. Laguna

Facultativa

(Sin contar con

Algas)

(Fuentes Beltrán,

S.f)

- Mínimo Mantenimiento

- No requiere personal

Calificado

- Pueden recibir y retener

grandes cantidades de Agua

Residual

- Bajo consumo de Energía

- Costos de operación y

mantenimientos bajos

-

- Requieren de grandes áreas

de terreno

- Problemas de malos olores

- Acumulación de lodos en el

fondo de la laguna

- El costo de Inversión puede

ser muy alto dependiendo del

precio del terreno

- Es un sistema sensible a las

condiciones climáticas.

- Moscos en los filtros

Tecn. Filtro

Percolador

Alta tasa, Roca

y Alata tasa

Plásticos

(Giraldo Jaramillo,

2020)

- Proceso biológico sencillo

- Eficaz para el tratamiento de

altas concentraciones de

sustancias orgánicas

- Adecuado para áreas

pequeñas

- Bajos rendimientos

energéticos

- Posible acumulación de

biomasa

- Requiere constante atención

del operador

- Necesita un tratamiento

adicional para cumplir con

las normas de descarga

- Problema de malo olores

Tecn. Reactor

UASB

(Giraldo Jaramillo,

2020)

- Poca extensión de terreno

- Bajos costes de construcción

y operación

- Bajo consumo Energético

- Lodo presenta buenas

características de

deshidratación

- Necesita de una etapa de

postratamiento

- Sensible a la presencia de

compuestos Tóxicos

- El comienzo del proceso es

lento

Tecn. Lodos

Activos

Modalidad

Convencional

(Sánchez Cabrera,

2019)

- Alta eficiencia de remoción

de carga orgánica

- Bajo costo Inicial

- Puede tolerar cargas

orgánicas altas

- Minimización de olores y

Vectores (Insectos)

- Mínimo riesgo de producción

de olores

-

- Requiere un mantenimiento

cuidadoso y sofisticado

- Alto costo operacional

debido a la aireación

- Alta producción de lodos

- Requerimiento de 4 a 8 horas

como tiempo de aireación


Nota: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021)

La siguiente tabla permite comparar la eficiencia de remoción que tiene cada una de las

tecnologias de tratamiento secundario propuestas por el aplicativo PTAR Diseño.

Tabla 2. Eficiencia de remoción de parámetros (%) para cada unidad de tratamiento


En el esquema de la Figura N°2 se trazaron las seis posibles alternativas para la propuesta

de diseño de la planta de tratamiento de agua residual teniendo en cuenta los cálculos y/o sistemas

que permite realizar el aplicativo de PTAR DISEÑO.

Tecn. Lodos

Activos

Aireación

Extendida

(Con

sedimentación

secundaria)

(Ramírez

Camperos, 2004)

- Alta eficiencia de remoción

de carga orgánica

- Bajo costo Inicial

- Minimización de olores y

Vectores (Insectos)

- Mínimo riesgo de producción

de olores

- Requiere un mantenimiento

cuidadoso y sofisticado

- Alto costo operacional

debido a la aireación

- Alta producción de lodos

- Requerimiento de 4 a 8 horas

como tiempo de aireación

Tipo De Sistema Y/O

Tratamiento Obtenido De: Referencia

Eliminación En %

SST DBO

5 DQO N P

Coliformes

Fecales

Tecn. Laguna Anaerobica (Fuentes

Beltrán, S.f)

(RAS 2000) 50-60 50-70 30-50 - - 80-90

---- - - - 5-10 0-5 -

Tecn. Laguna Facultativa

(Sin Contar con Algas)

(Fuentes

Beltrán, S.f)

(RAS 2000) 63-75 80-90 40-50 0-30 80-90

---- - - - 30-60 - -

Tecn. Filtro Percolador Alta

tasa, Roca

(Giraldo

Jaramillo,

2020)

(RAS 2000) 60-85 65-90 55-70 - - 80-90

---- - - - 15-30 8-12 -

Tecn. Filtro Percolador Alta

tasa, Plásticos

(Giraldo

Jaramillo,

2020)

(RAS 2000) 65-85 75-95 60-80 - - 80-90

---- - - - 15-30 8-12 -

Tecn. Reactor UASB

(Giraldo

Jaramillo,

2020)

(RAS 2000) 60-70 65-80 60-80 - 30-40 20-40

---- - - - 10-20 - -

Tecn. Lodos Activos Modalidad

Convencional

(Sánchez

Cabrera, 2019)

(RAS 2000) 80-90 80-95 70-80 - - 80-90

---- - - - 70 70 -

Tecn. Lodos Activos Aireación

Extendida (Con

sedimentación Secundaria)

(Giraldo

Jaramillo,

2020)

(Von Sperling 19996) 80-90 - - 30-40 30-45 -

(RAS 2000) - 80-95 60-70 - - 80-90


Figura 2. Esquema de alternativas de sistema de tratamiento


3.1.2 Aplicación del proceso de Selección de Alternativas con el fin de elegir la propuesta de

diseño de PTAR más optima.

Para el proceso de selección de la propuesta de Diseño de la PTAR del municipio de

Guayabetal, se evaluarán las seis alternativas que proporciona la herramienta de PTAR DISEÑO

(Ver Figura 2) teniendo en cuenta la Factibilidad de cada uno de estos en el contexto social y/o

local.

Son bastante los Ítems o características que podremos tomar en cuenta para la selección de

la alternativa sin embargo centralizaremos la evaluación en los siguientes:

• Olores y Vectores (O&V): Se evaluará el nivel de producción de olores, entre menor sea la

producción de olores mayor beneficio en Salud tendrá la población del Municipio.

PRE – TRATAMIENTO

Sistema de Cribado y/o Rejillas+Desarenador

TRATAMIENTO PRIMARIO

Sistema de Sedimentación Primario

TRATAMIENTO SECUNDARIO

Tecn. Laguna

Anaerobica+Laguna

Facultativa

Tecn. Reactor

UASB+Laguna

Facultativa

Tecn. Reactor

UASB+Filtro

Percolador

Tecn. Reactor

UASB+Lodos

Activos Modalidad

Convencional

Tecn. Lodos

Activos

Modalidad

Convencional

Tecn. Lodos

Activos

Aireación

Extendida

MANEJO DE LODOS

Lechos de Secado + Compostage

Alternativa de Sistema de Tratamiento N°1







• Operación y Mantenimiento (O&M): El sistema de tratamiento será mucho más optimo si la

Operación y Mantenimiento son requeridas en menor proporción

• Costo y/o Nivel Económico (C&N.E): A menor costo mejor resultado.

• Inversión Inicial (I.I): Es necesario considerar la Inversión Inicial que requiere la

implementación del diseño de PTAR a menor inversión mejor resultado.

• Área Requerida (A.R): el sistema seleccionado deberá ser el adecuado acorde a la

disposición de terreno entre menos área ocupe la PTAR mucho más efectiva será su

selección pues se requiere menos inversión inicial en la compra del lote.

• Consumo Energético (C.E): A menor energía de consumo, más optimo será el sistema.

• Lodos (L): Entre menor producción de lodos, mejor será el sistema

• Eficiencia (E): Entre menos dependencia de otro tipo de sistema de tratamiento o factores

externos tenga el sistema seleccionado, mayor será su eficiencia

• Personal Capacitado (PC): Es importante considerar si se debe contar con personal

calificado para la operación y mantenimiento del sistema seleccionado.

• Toleración de Carga Orgánica (T.C.O): Entre mayor toleración de carga Orgánica mayor

será la eficiencia y resultados de tratamiento por parte del sistema.

• Adaptación a Temperaturas (T°): Es importante que el sistema no se vea influenciado por las

temperaturas o cambios climáticos del ambiente

• Sólidos Suspendidos (SST): Entre mayor sea el resultado de porcentaje de eliminación de

sólidos suspendidos mayor posibilidad de eficiencia tendrá el sistema.

• Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5): Entre mayor sea el resultado de porcentaje de

eliminación de DBO mayor eficiencia en relación con la calidad del agua creara el sistema

de tratamiento

• Demanda Química de Oxigeno (DQO): Este es un indicador de contaminantes orgánicos en

el agua lo que permite indicar a eficiencia del tratamiento del sistema, este siempre se mide

a la entrada y salida de todo el sistema

• Fosforo (PT): El análisis de la remoción de PT es importante para controlar los

vertimientos a fuentes superficiales, que tengan riesgo de eutrofización y baja concentración

de oxígeno disuelto (OD).


• Nitrógeno (NT): El análisis de la remoción de NT es importante para controlar los

vertimientos a fuentes superficiales, que tengan riesgo de eutrofización y baja concentración

de oxígeno disuelto (OD).

• Coliformes Fecales (Patógenos) (C.F): Si el sistema es capaz de producir la remoción de los

Coliformes Totales su efectividad será considerada de alto grado (entre mayor porcentaje de

eliminación mayor efectividad).

En la siguiente tabla, se muestra los niveles y/o criterios de valoración que se emplearan

para la selección del sistema de tratamiento secundario óptimo.

Tabla 3. Criterios de calificación

Calificación Parámetro

0 Es el valor más aceptable para el criterio de calificación y/o evaluación

1 Es el valor aceptable para el criterio de calificación y/o evaluación

2 Es el valor intermedio entre la calificación más aceptable y la más desfavorable

3 Es el valor más desfavorable para el criterio de calificación y/o evaluación

Nota: Edición propia Adaptado de: WSP/PB,2016

La calificación más aceptable o favorable será máximo de 17 puntos y la calificación más

desfavorable será máximo de 51 puntos.

Tabla 4. Calificaciones según el rango

Calificación

Rango 0-49 50-60 61-70 71-80 81-85 85-90 91-100

Calificación 3 3 3 2 2 1 0


En la siguiente tabla se presentan la evaluación de cada una de las tecnologías de tratamiento

secundario ofrecidas por el aplicativo PTAR Diseño de acuerdo con los parámetros presentados

anteriormente.

Tabla 5. Evaluación de tecnologías de tratamiento secundario

Tipo De Sistema

Y/O Tratamiento

Ítems O Características A Evaluar Para La Selección Del Tratamiento

O&V O&M C&N.E I.I A.R C.E L E PC T.C.O T° SST DBO DQO PT NT C.F TOTAL

Tecn. Laguna

Anaeróbica 3 1 2 3 3 0 3 2 0 1 3 3 3 3 3 3 1 37

Tecn. Laguna

Facultativa 3 1 2 3 3 0 3 2 0 1 3 2 1 3 3 3 1 34

Tecn. Filtro

Percolador Alta

tasa, Roca

2 3 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 1 3 3 3 1 30


Tipo De Sistema

Y/O Tratamiento

Ítems O Características A Evaluar Para La Selección Del Tratamiento

O&V O&M C&N.E I.I A.R C.E L E PC T.C.O T° SST DBO DQO PT NT C.F TOTAL

Tecn. Filtro

Percolador Alta

tasa, Plásticos

2 3 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 0 2 3 3 1 28

Tecn. Reactor

UASB 1 1 2 2 1 1 1 2 1 2 1 3 2 2 3 3 3 31

Tecn. Lodos

Activos Modalidad

Convencional

1 3 2 1 1 1 3 1 1 1 1 1 0 2 3 3 1 26

Tecn. Lodos

Activos Aireación

Extendida

1 3 2 1 1 1 3 1 1 1 1 1 0 3 3 3 1 27

Nota 1: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021)

Nota 2: Para que la evaluación de los parámetros de SST, DBO5, DQO, PT, NT y de Coliformes

Fecales, sea equitativa en los diferentes sistemas de tratamiento propuestos, se tomaron en cuenta

los rangos y la calificación correspondiente a cada uno, contenidos en la Tabla N°4.

3.1.3 Análisis y Selección del sistema de tratamiento de Aguas Residuales para la propuesta

de Diseño de PTAR en el Municipio de Guayabetal, Cundinamarca.

De acuerdo con el proceso de selección realizado previamente y acorde a los resultados de

calificación obtenidos y contenidos en la Tabla N° 5, la alternativa de Sistema de Tratamiento

seleccionada es la N°5 (Ver Figura 2) la cual corresponde a la Tecnología de Lodos Activos

Modalidad Convencional.

Se puede analizar que el proceso de tratamiento obtenido como mejor opción al final de

todo el proceso de selección realmente es eficaz y optimo, dadas las soluciones que puede brindar

este sistema a las problemáticas, necesidades y características que presenta el Municipio de

Guayabetal de Cundinamarca.

(Cedrón Medina & Cribillon Benitez, 2017), en su tesis titulada “Diagnóstico del sistema

de aguas residuales en Salaverry y propuesta de solución” que tiene como objetivo dar una solución

a la problemática presentada en los distritos de Moncha y Salaverry (Perú), muy similar a las

problemáticas presentadas en el municipio de Guayabetal (Colombia), pues estos autores buscan

disminuir el problema de Olores proporcionados por un PTAR ya existente y remplazarla por un

sistema mucho más optimo que a la final permita también reutilizar el agua, finalmente estos

Autores concluyen el sistema de lodos activos modalidad convencional, como la mejor opción,

encontrando de este modo concordancia con los resultados obtenidos durante el desarrollo de esta

tesina contenida en el presente documento.

En terminación este sistema seleccionado es la mejor opción puesto que cuenta con los

procesos y tecnologías adecuadas para cumplir con los requerimientos o necesidades del municipio

de Guayabetal, tales como:


1. Mitigación y compensación al Impacto Ambiental

2. Disminución de problemas de Olores en el Municipio

3. Costo adecuado para el diseño y ejecución de la Planta

4. Reutilización de las Aguas tratadas por medio del sistema de recirculación y tratamiento de

Lodos, convirtiéndolas en aguas óptimas para el riego de cultivos ya que este municipio

cuenta con áreas destinadas para la agricultura, riego de jardines, plantaciones de tallo alto,

elaboración de abonos para su posterior uso y distribución, limpieza en general e incluso

producción y/o obtención de biogás para uso de los habitantes del Municipio. De lo anterior,

el Manejo final de los Lodos será de opinión y selección libre de acuerdo con los

requerimientos de los Habitantes del Municipio de Guayabetal, sin embargo, en la Fase 2

correspondiente a las etapas de diseño para el sistema de tratamiento seleccionado, más

exactamente en la Etapa VIII del diseño de la PTAR se plantea y/o diseña la mejor opción

para el Manejo Final de los Lodos obtenidos posteriormente a la recirculación de los mismos

y la disposición previa en los lechos de secado.

5. En la investigación de (Cedrón Medina & Cribillon Benitez, 2017) determinan que la

eficiencia con la que cuenta este sistema de Lodos activos alcanza un 95% y que esto se debe

primordialmente al diseño del Tanque de Aireación que por norma debe tener el diseño en sí

de todo el Sistema de Lodos Activos Modalidad Convencional pues este tanque tiene la

capacidad de mezclar los microorganismos con la materia orgánica mediante el proceso de

agitación.

Teniendo en cuenta la selección y resultados obtenidos durante el desarrollo de toda la

FASE 1 del Diseño de PTAR, se procede a realizar la FASE 2 compuesta por Ocho (8) Etapas para

el diseño óptimo de toda la PTAR teniendo en cuenta el sistema de tecnología de diseño

seleccionado previamente.

3.2. FASE 2. Etapas De Diseño Para El Sistema De Tratamiento Seleccionado

3.2.1 Etapa I. Ingreso de Datos de Entrada.

En esta etapa se ingresan los datos de entrada toman en cuenta los valores necesarios para

llevar a cabo la proyección de población.

Censos. Estos datos fueron obtenidos del departamento administrativo nacional de

estadística (DANE).


Tabla 6. Censos de Población para el Municipio de Guayabetal

Año Población

2005 1315

1993 1292

1985 1059

Nota: Edición Propia adaptada de información recopilada por del DANE (Ordoñez & Rivas, 2021)

Periodo de Diseño. Se estableció un periodo de 25 años para todos los componentes de los

sistemas de acueducto, alcantarillado y aseo. Esto de acuerdo a lo establecido en la Resolución

0330 de 2017. Si es un proyecto especial se puede considerar un periodo de diseño mayor.

Coeficiente de Retorno (R). Este puede ser estimado de acuerdo a la información existente

en la zona, en caso de no contar con mucha información del municipio de recomienda adoptar un

valor de 0.85.

Dotación Máxima de Agua Potable (D). Considerando que el casco urbano del Municipio

de Guayabetal se encuentra a una altitud media de 1.500 msnm, se asume una dotación neta máxima

de 130 L / hab.día.

3.2.2 Etapa II. Proyección Poblacional.

En esta etapa se realiza la proyección de población, el indica el crecimiento poblacional que

tendrá el municipio en el periodo de diseño establecido previamente. Estas proyecciones se

elaboran siguiendo 3 modelos matemáticos; Aritmético, Geométrico y exponencial, como se

expresa en el RAS 2000, Titulo B – Sección B2.2.4. seleccionando el modelo que mejor se ajuste

al comportamiento histórico de la población.

El programa PTAR DISEÑO calcula la proyección de población por los métodos

Aritmético y Geométrico con base a los datos definidos en la etapa I, sin embargo, este no considera

algunos factores importantes que pueden variar el resultado, por esto mismo con el fin de tener una

proyección más acertada se optó por realizarla de forma manual en una hoja de cálculo

(Ver Anexo 5).

haciendo la comparación de los resultados se opta por tomar un ponderado de las

proyecciones realizadas por los 3 métodos pues este promedio representa mejor el comportamiento

de crecimiento que ha tenido históricamente el municipio.

A continuación, se muestra la gráfica comparativa de los métodos utilizados para el cálculo

de proyecciones de población en el municipio de Guayabetal.


Figura 3. Grafica de Crecimiento Poblacional en el municipio de Guayabetal

Nota: Edición Propia adaptada del Anexo 5 (Ordoñez & Rivas, 2021)

Una vez calculado las proyecciones de población, se procede a realizar la cuantificación

total de habitantes para el periodo de diseño de 25 años, y para este caso se tendrá en cuenta un

incremento de población flotante del 5%, este valor teniendo en cuenta que el municipio tiene una

baja oferta turística, los antecedentes en relación al riesgo (deslizamientos de suelo), la

vulnerabilidad del casco urbano del municipio y considerando los flujos poblacionales en épocas

decembrinas, vacaciones escolares y eventos puntuales como ferias y fiestas. Adicionalmente, se

realiza un ajuste teniendo en cuenta que la Administración Municipal de Guayabetal certifica que

para el año 2023 se realizara el proyecto de urbanización de interés social Villa Ximena que se

describe en la siguiente tabla.

Tabla 7. Proyecto de Urbanizaciones del Municipio

Urbanización No. Viviendas Índice ocupacional

(Hab./Vivienda) Habitantes Año de Entrega

Villa Ximena 130 3.5 455 2023

Nota: información suministrada por la alcaldía de Guayabetal 2021

Con base al 5% que se estima de población flotante y considerando el proyecto de

urbanización mencionado anteriormente, se hace un ajuste a la proyección de población dando

como resultado que para el año 2046 se estima una población de aproximada de 2451 habitantes

(Ver Anexo 5)

Tabla 8. Proyección de Población Ajustada

Periodo Año Población

promedio

Población

Flotante

(5%)

Población

Total

Proyectada

Población

Nueva

Urbanización

Población

Total

Actual 2019-2021 1530 76 1606 - 1606


Periodo Año Población

promedio

Población

Flotante

(5%)

Población

Total

Proyectada

Población

Nueva

Urbanización

Población

Total

Corto Plazo 2022-2024 1569 78 1648 455 2103

Mediano

Plazo 2025-2029 1638 82 1720 455 2175

Largo Plazo 2023-2046 1901 95 1996 455 2451

Nota: Edición Propia adaptada del anexo 5 (Ordoñez & Rivas, 2021)

Una vez obtenido estos resultados es necesario regresar a la etapa I, en esta etapa se hace

un ajuste a los datos de población para que estos tengan congruencia con los obtenidos

manualmente. Para la población y año más antiguo se toman los valores establecidos en la tabla 38,

sin embargo, para la población de censo más reciente optamos 2034 hab para el año 2019, puesto

que en este año es en el que se inició la proyección manual como se puede ver en el anexo 5. Ya

hecho el ajuste, regresamos a la etapa II en la cual se escoge el método Aritmético adoptando una

población proyectada de 2808 hab para el año 2046, ya que estos valores son los que más se asemeja

a los proyectados manualmente.

3.2.3 Etapa III. Caudales de Diseño.

Con base en los datos registrado en las etapas anteriores, el aplicativo PTAR Diseño calcula

el caudal de aguas residuales domesticas (Qarm), sin embargo, los caudales nombrados a

continuación se deben ingresar manualmente.

Caudal de Infiltración. Se presenta por infiltración de aguas subsuperficiales a las redes de

sistemas de alcantarillado sanitario, principalmente freáticas, a través de fisuras en los colectores o

juntas, en la unión de colectores con pozos de inspección y demás estructuras cuando no son

completamente impermeables. El software ofrece las opciones de calcular este valor en función de

la extensión de la red de alcantarillado o el área del alcantarillado influenciada por la infiltración.

Para este caso se escogió el método en función de la extensión de la red de alcantarillado

considerando la longitud total del sistema. En ausencia de datos locales, el valor de la tasa de

infiltración (inf) se toma de 0.5 l/s*km el cual se encuentra entre el rango de valores recomendados

por el programa.

Caudal por Conexiones Erradas (Qce). Para este diseño no se tiene en cuenta este caudal.

Caudal Industrial. Como se había dicho anteriormente Guayabetal no cuenta con industria

por lo tanto no se tiene en cuenta este caudal.

Caudal Comercial. Para la estimación de este caudal se debe considerar el área comercial

que tiene Guayabetal, el cual según el EOT es de 0,458 ha, lo que equivale a al 1,10% con respecto

al área total. Esta área comercial se presenta principalmente sobre la Carrera 1, en los Barrios

Centro y Barrio Nuevo. En la Carrera 3 con Calle 3, parte interna del Barrio Centro, encontramos

un comercio de bajo impacto. En general podemos concluir que el comercio que existente en el

Municipio es escaso y no genera gran impacto en el sistema de alcantarillado.

La contribución comercial se determina de acuerdo a la siguiente tabla.


Tabla 9. Contribución Comercial

Nivel de complejidad del Sistema Contribución Comercial (l/s*ha)

Cualquiera 0,4-0,5

Nota: adaptado del esquema de ordenamiento territorial (EOT) de Guayabetal, Cundinamarca.

Caudal Institucional. Para la estimación de este caudal se debe considerar el área

institucional que tiene Guayabetal, el cual según el EOT es de 1,007 ha, lo que equivale a al 2,42%

con respecto al área total. Esta área institucional se refiere a todos aquellos inmuebles que prestan

servicio al municipio y se localizan principalmente en el Barrio Centro, manzanas No. 05-08-12 y

14, entre los cuales destacamos: centro de salud, alcaldía, TELECOM, inspección de policía,

centros educativos, iglesia y matadero.

La contribución comercial se determina de acuerdo a la siguiente tabla.

Tabla 10. Contribución Institucional Mínima en Zonas Residenciales

Nivel de complejidad del Sistema Contribución Institucional (l/s*ha)

Cualquiera 0,4-0,5

Nota: adaptado del esquema de ordenamiento territorial (EOT) de Guayabetal, Cundinamarca.

Caudal Mínimo Diario. Este caudal es usado para verificar el diseño estructuras como

estaciones de bombeo, el control de la velocidad en tuberías y canales, niveles de agua entre otros.

Para que el software pueda hallar este valor es necesario designar un valor de coeficiente de horario

de menor consumo (K3), este valor es igual al resultado de la división de flujo mínimo

por hora por el flujo promedio por hora registrada el mismo día; en ausencia de normas locales, el

estándar recomienda adoptar un valor de 0,5.

3.2.4 Etapa IV. Características Iniciales del Agua Residual.

En esta etapa se presentan las características iniciales de las aguas residuales, dichas

características se evaluaron e el documento de investigación.

Tabla 11. Caracterización Inicial de las Aguas Residuales

Parámetro Valor Designado Rangos Recomendados Unidades

Temperatura 22 - °C

Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5) 203 100 - 400 mg/l

Demanda Química de Oxigeno (DQO) 308,88 200 - 800 mg/l

Solidos Suspendidos Totales (SST) 150 120 - 360 mg/l

Solidos Suspendidos Volátiles (SSV) 90 90 - 280 mg/l

Relación SSV/SST en el afluente 0,6 - -

Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)

Resumen de Datos de las Etapas I, II, III, IV. En este ítem se presenta un resumen de los

resultados obtenidos en las primeras cuatro etapas del diseño.

Tabla 12. Resumen de Datos en las Etapas 1, 2 ,3 & 4

Descripción Valor Unidad

Datos de Entrada

Fecha (año actual) 2021

Temperatura media de la localidad 22 °C

Población de censo más antiguo (Pci) 1059 Hab



Año del censo más antiguo 1985

Población del censo más reciente 2034 Hab

Periodo de diseño 25 Años

Coeficiente de retorno (R) 0,85

Dotación máxima de agua potable (D) 130 L/había

Proyección de Poblacional

Método Aritmético

Tasa de Crecimiento poblacional (r) 28,677

Población proyectada a futuro (Pf) 2808 Hab

Nivel de complejidad según el RAS 2000 Medio

Cálculo de Caudal de Diseño

Caudal de aguas residuales domesticas (QARD) 3,6 l/s

Extensión de la red de alcantarillado

Longitud (L) 8,52 Km

Tasa de infiltración (INF) 0,5 L/s*km

Qinf 4.26 L/s

368.07 m3/dia

Comercial

Área comercial 0,46 Ha

Aporte comercial 0,5 L/s*ha

Caudal Comercial (Qc) 0,23 l/s

19.88 m3/d

Institucional

Área institucional 1,01 Ha

Aporte institucional 0,5 L/s*ha

Caudal institucional (Qin) 0,51 l/s

43,64 m3/d

Qmed 8,5863 m3/día

741.86 m3/d

Coeficiente de mayoración o variación horizontal (K) 1,8

Qmax 11,4593 m3/día

990.08 m3/d

Coeficiente de horario de menor consumo (K3) 0.5

Qmin 6.7907 m3/día

586.71 m3/d

Características del Agua Residual

Temperatura 22 °C

Demanda Bioquímica de oxígeno (DBO5) 203 mg/L o g/m3

Demanda Química de Oxigeno (DQO) 308.88 mg/L o g/m3

Solidos suspendidos totales (SST) 150 mg/L

Solidos suspendidos volátiles (SSV) 90 mg/L

Relación SSV/SST en el afluente 0.6


3.2.5 Etapa V. Diseño de Pre-Tratamiento (Cribado, Desarenador y canaleta Parshall)

Cribado. La rejilla se encargará de la eliminación de aquellos componentes que puedan

provocar problemas operacionales tales como solidos de gran tamaño y mediano volumen como

ramas, piedras, animales muertos y plásticos; también será preciso para impedir el paso de

elementos arrojados a los flujos de agua como colchones, muebles, ropa, basura, etc. Este elemento

se encargará de captar las aguas vertidas por los puntos de saneamiento combinados.


Considerando que Guayabetal es un municipio con poco índice de crecimiento económico

y poblacional se diseñara una rejilla de limpieza manual. El dimensionamiento de la rejilla se

realizó de acuerdo con los siguientes parámetros:

Selección del Tipo de Rejilla: En la siguiente tabla se presentan los tipos de rejilla que se

pueden diseñar para el cribado. Para este diseño se adoptó una rejilla de tipo medio con sección de

9,5x38,1 mm.

Tabla 13. Sección según el tipo de rejilla

Tipo de Rejilla Sección en mm

Gruesa

9,5x50,0

9,5x63,5

12,7x38,1

12,7x50

Media

7,9x50,0

9,5x38,1

9,5x50,0

Finas

6,4x38,1

7,9x38,1

9,5x38,1


Para este tipo de rejilla se puede considerar un espaciamiento de 20 a 40 mm, y una

inclinación de barras que oscila entre los 40 a 60 grados.

Velocidad de Paso Entre Barras (V): La velocidad de paso no debe ser muy elevada, ya

que ocasionaría el arrastre de materiales que deberían ser retirados; tampoco debe ser tan baja ya

que permitiría la acumulación de material sedimentable. Las velocidades recomendadas para el

caudal máximo son: velocidad mínima de 0.6 m/s y velocidad máxima a través de la rejilla para el

caudal final debe ser igual o menor a 1.20m/s.

Perdida de Carga en la Rejilla: Para mantener la velocidad y el perfil hidráulico, se permite

una obstrucción de las rejillas hasta del 50%, en unidades de limpieza manual. Para evitar una

pérdida de carga elevada en rejillas de limpieza manual, la limpieza deberá ser continua o

programada.

Tabla 14. Factor B que depende de la sección trasversal de las barras.

Nota: Adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)


En la siguiente tabla se encuentran resumidos los resultados de los parámetros de diseño

para el sistema de cribado.

Tabla 15. Resultados Obtenidos para el Diseño de Rejilla

Descripción Valor Rangos Recomendados Unidad

Datos de Entrada

Qmed 0,0086 - m3/s

Qmax 0,0115 - m3/s

Profundidad de la lámina de agua (h) 0.1 - m

Selección del Tipo de Rejilla

Tipo de rejilla Media - -

Espesor de la barra (t) 9.5 - mm

Ancho de la barra 38.1 - mm

Espaciamiento libre entre barras (a) 20 20 – 40 mm

Inclinación de la barra 45 45 – 60 °

Velocidad de Paso Entre Barras

Velocidad máxima (Vmax) 1,2 0,6 – 1,2 m/s

Velocidad mínima (Vmin) 0,6 0,6 m/s

Áreas

Área útil entre barras para escurrimiento (Au) 0,0096 - m2

Eficiencia (E) 0,68 - -

Área total de las rejillas (Barras incluidas) (S) 0,0141 - -

Ancho de rejillas (b) 0,1409 - -

Chequeo de Velocidades

Ancho (b) 0,1409 - m

Velocidad máxima (Vmax) 1,21 - m/s

Velocidad media (Vmed) 0,9 - m/s

Longitud del Canal (L) 2,441 - m

Velocidad Para Ancho del Canal Afluente a la Rejilla

El ancho del canal es igual al de la rejilla 0,1409 - m

Velocidad aproximada para caudal máximo 0,8136 - m/s

Velocidad aproximada para caudal medio 0,6096 - m/s

Barras y Espaciamientos

Numero de barras (Nb) 5 - -

Sección de barras 9,5 x 38,1 - mm

Numero de espacios entre barras (Ne) 6 - -

Espaciamiento entre barras 20 20 - 40 mm

Perdida de Carga en La Rejilla

Perdida de carga en la rejilla limpia (hL) 0,0567 - m

Perdida de carga en la rejilla 50% sucia (hl) 0.0661 - m

Perdida de Carga (hF) Calculada por la Ecuación de Kirshmer

Factor que depende de la sección de barras B 2,42 - -

hF 0.047 - m



Figura 4. Esquema del sistema de Cribado

Nota: Planos generados por el aplicativo PTAR Diseño

Desarenador. Es un tanque el cual tiene la función de separar los sólidos sedimentables

(arenas y gravas) mediante procesos físicos, es decir, acumulando en el fondo del tanque estos

solidos de tal modo que estos no se acumulen en los procesos posteriores. El dimensionamiento del

desarenador se realizó de acuerdo a los siguientes parámetros:

Velocidad del flujo (V): Generalmente se asume un valor de 0.3 m/s en desarenadores de

velocidad constante, esto de acuerdo al artículo 188 de la resolución 0330/2017.

Frecuencia de Limpieza: Considerando que el sistema se está diseñando para una

población relativamente baja, con poca economía y sin industria. Se opta por tomar una frecuencia

de limpieza de cada 8 días,

Profundidad útil deposito inferior de arena (p): Para hallar el valor de “p”, se debe

considerar que este depende de la frecuencia de limpieza. Si se desea disminuir el valor de p, debe

disminuir el periodo de limpieza y viceversa.

En la siguiente tabla se encuentran resumidos los resultados de los parámetros de diseño

para el diseño del desarenador.


Tabla 16. Resultados Obtenidos para el Diseño del Desarenador

Descripción Valor Rangos Recomendados Unidad

Datos de Entrada

Qmax 0,0115 - m3/s

Qmin 0,0068 - m3/s

Qmed 0,0086 - m3/s

Dimensionamiento del Desarenador

Altura máxima de agua en el desarenador 0,1205 - m

Ancho del desarenador (b) 0,32 - m

Velocidad del flujo (V) 0,3 0,2 – 0,4 m

Longitud del desarenador (L) 3,02 - m

Área longitudinal del desarenador (A) 0,955 - m2

Estimación de material retenido (q) 0,056 - m3/día

Frecuencia de Limpieza 8 - Días

Profundidad útil deposito inferior de arena (p) 0,47 - m


Figura 5. Esquema de desarenador


Canaleta Parshall. La canaleta Parshall es una estructura hidráulica que comúnmente es

utilizada para medir el caudal en canales abiertos y para agregar o mezclar sustancias para limpiar

el agua, esta canaleta se usada en plantas de tratamiento de agua potable (PTAP), PTAR y distritos

de riego. Para realizar el diseño de la canaleta Parshall primeramente se debe establecer un ancho


nominal (W), el cual está sujeto a los caudales mínimo y máximo del sistema de tratamientos. En

la siguiente tabla se presentan los distintos anchos nominales según la que establece Azevedo Netto

en el libro “Manual de Hidráulica octava edición”.

Tabla 17. Anchos Nominales De Acuerdo Al Qmin Y Qmax Del Sistema

W Capacidad m3/s

in cm Qmin Qmax

3 7,6 0,00085 0,0538

6 15,2 0,00152 0,1104

9 22,9 0,00255 0,2519

12 30,5 0,00311 0,4556

18 45,7 0,00425 0,6962

24 61,0 0,01189 0,9367


Para este diseño se toma un ancho nominal de 7,6 cm puesto que los caudales de este

cumplen con los establecidos para el diseño.

Profundidad de la Lámina de Agua (H) para Qmax, Qmed y Qmin: Para hallar la

profundidad de la lámina de agua y los caudales en la canaleta Parshall se deben definir un

coeficiente K y un coeficiente n, dichos coeficientes se toman de acuerdo al ancho nominal definido

previamente y se sacan de la siguiente tabla.

Tabla 18. Coeficientes K Y n De Acuerdo A La Sección O Garganta Contraída (W)

W n

K

in cm Unidad Métrica Unidad Americana

3 7,6 1,547 0,176 0,0992

6 15,2 1,580 0,381 2,06

9 22,9 1,530 0,535 3,07

12 30,5 1,522 0,690 4,00

18 45,7 1,538 1,054 6,00

24 61,0 1,550 1,426 8,00


En la siguiente tabla se encuentran resumidos los resultados de los parámetros de diseño de

la canaleta Parshall.

Tabla 19. Resultados Obtenidos para el Diseño de Canaleta Parshall


Datos de Entrada

Qmax 0,0115 m3/s

Qmin 0,0068 m3/s

Qmed 0,0086 m3/s

Dimensionamiento de Canaleta Parshall

Ancho nominal (w) 7,6 cm

Profundidad de la Lámina de Agua (H) para Qmax, Qmed y Qmin

Coeficiente K 0,176 m

Coeficiente n 1,547 m

Hmax 1,18 m

Hmed 0,15 m



Hmin 0,13 m

Resalto (Z) 0,051 m

Dimensionamiento del Medidor Parshall

A 46,6 cm

B 45,7 cm

C 17,8 cm

D 25,9 cm

E 45,7 cm

F 15,2 cm

G 30,5 cm

K 2,5 cm

N 5,7 cm


Figura 6. Esquema de Canaleta Parshall


3.2.6 Etapa VI. Diseño de Tratamiento Primario (Sedimentación Primaria).

La sedimentación primaria se encarga de remover los residuos solios sedimentables y

material flotante para de esta manera aminorar la concentración de solidos suspendidos. Para


diseñar el sedimentador primario se consideran los requisitos mínimos de diseño dispuestos en el

Artículo 189 de la resolución 033/2017.

En la siguiente tabla se presentan los parámetros de diseño para el sedimentador primario,

cabe destacar que para este sedimentador se toma una configuración geométrica circular.

Tabla 20. Parámetros De Diseño Para Sedimentador Primario.

Parámetro Valor Rango Recomendado Unidad

Carga hidráulica superficial para caudal medio 40 30-50 m3/m2*d

Carga hidráulica superficial para caudal pico 100 80-120 m3/m2*d

Profundidad de sedimentador 4 3-4,9 m

Tiempo de retención hidráulica 2,5 1,5-2,5 horas

Diámetro del sedimentador 4,9 - m

Nota: Edición Propia adaptada del Articulo 189 de la resolución 0330/2017 (Ordoñez & Rivas,

2021)

3.2.7 Etapa VII. Diseño Del Sistema de Tratamiento Secundario Seleccionado.

Habiendo evaluado las seis alternativas de tecnologías vistas anteriormente, se optó por

tomar la tecnología de lodos activos en modalidad convencional, siendo este el que mejor resultados

tuvo de acuerdo con la evaluación de alternativas dispuesta en la tabla 37.

Tanque de Aireación. Este tanque hace parte del tratamiento biológico del agua y se

presenta antes de que el agua a tratar entre a este tanque. El agua residual se mezcla con una gran

cantidad de microorganismos aérobicos (bacterias generalmente), estos microrganismos tienen la

función de romper los coloides y disolver la materia orgánica presente en el agua. Para que este

proceso sea eficiente es necesario implementar un sistema de recirculación de agua en el cual el

agua que pasa al siguiente sistema que es el sedimentador secundario, retorne nuevamente al tanque

de aireación incrementando así el número de bacterias que ayudaran a tratar el agua residual.

Por supuesto para este sistema de recirculación se debe tener en cuenta que la cantidad de

microorganismos no acceda los recomendables para el tratamiento. Para este diseño se tuvo en

cuenta los requisitos mínimos de diseño para procesos de lodos activos dispuesto en el artículo 193

de la resolución 0330/2017.

En la siguiente tabla se encuentran resumido los resultados de diseño del tanque de

aireación.

Tabla 21. Resultados Obtenidos para el Diseño del Tanque de aireación

Parámetro Valor Rango

Recomendado Unidad

Demanda Bioquímica de Oxigeno en el efluente

(DBOe) 20 20-70 md/l

Solidos Suspendidos Totales deseados en efluente

(Xe) 30 30-70 md/l

Relación gDBO/gSST en el efluente 0,6 - -

Solidos Suspendidos Totales en el lodo el tanque

de aireación - SSTA(Xa) 3000 1500-4000 md/l

Solidos del lodo recirculado (Xu) 8000 7500-15000 md/l

Coeficiente de producción celular (Y) 0,4 0,4-0,5 mgSSV/mgDBO

Tasa especifica de respiración endógena (Kd) 0,07 0,05-0,10 Días^-1

Edad del lodo (θc) 7 3-15 Días


Parámetro Valor Rango

Recomendado Unidad

Coeficiente de producción celular ajustado por la

pérdida de respiración endógena (Yobs) 0,269 - mgSSV/mgDBO

Cálculo de la DBO Soluble en el Efluente y la Eficiencia de Remoción de DBO5

DBO particulada (Sp) 18 - md/l

DBO soluble (Se) 2 - md/l

Eficiencia de remoción de DBO soluble 99,1 - %

Eficiencia global de remoción de DBO 90,2 - %

Producción de lodo esperado-ΔX 40,1 - Kg SV/d

Producción de lodo esperado-ΔXT 66,8 - Kg ST/d

Volumen de lodo purgado por día (Vlodo) 8,34 - m3/d

Cálculo del Volumen de Lodo del Tanque de Aireación (VTA) y Tiempo de Retención Hidráulico (TRH)

VTA 155,68 - m3

TRH 5,1 4-8 horas

Cálculo de Área superficial del Tanque de Aireación (ATA)

Profundidad del tanque de aireación (HTA) 4 4-6 m

Área Superficial (ATA) 38,92 - m2

Ancho del tanque de aireación 4,42 - m

Longitud del tanque de aireación 8,83 - m

Cálculo de la relación Alimento/Microorganismos

(A/M) 0,533 0,2-0,6 kgDBO/kgSSVTA

Cálculo de la recirculación mínima recomendada

(r) 0,6 - -

Verificación de la producción de lodo ΔX a partir del VTA, edad del lodo y concentración de SSTA

66,72 - Kg ST/d


Sedimentador Secundario. Este sedimentador tiene la función recibir las aguas espesadas

que provienen del tanque de aireación o tanque de lodos activados, además de esto le permite a los

microorganismos y a los residuos sólidos (lodos) aglutinarse para que de este modo se puedan

asentar en el fondo del sedimentador. Este proceso funciona en conjunto con el tanque de aireación

mediante un sistema de recirculación en el cual los lodos y microorganismos útiles asentados en el

fondo del sedimentador, retornan al tanque de aireación para que haya un incremento de bacterias

que mejore la descomposición de materia orgánica.

Este tratamiento también permite que las impurezas que se encuentran en la superficie del

tanque puedan ser retiradas antes de desembocar en el efluente. Para este diseño se tuvo en cuenta

los requisitos mínimos de diseño para sedimentadores secundarios dispuesto en el artículo 195 de

la resolución 0330/2017.

En la siguiente tabla se encuentran resumido los resultados de diseño del sedimentador

secundario.


Tasa de flujo superficial TFS 25 20-28 para θc<18 m3/m2*d

Área de sedimentación (As) 29,68 - m2

Verificación de la Tasa de Aplicación de Solidos, en Función de la Masa de Solidos Suspendidos Proveniente del

Tanque de Aireación Afluente al Sedimentador

Masa de solidos (M) 3560,9 - KgSS/día

Profundidad de sedimentación (HSS) 4 >3,7 m

Diámetro de sedimentación 6,15 - M



Área total requerida por la tecnología de lodos

activos modalidad convencional 87,14 - m2


Figura 7. Esquemas de tratamiento primario y secundario


3.2.8 Etapa VIII. Diseño del Proceso Para el Manejo de Lodos (No lo diseña el Aplicativo).

Los lodos producidos por la PTAR son desechos peligrosos que pueden poner en riesgo la

salud de las personas y del medio ambiente, sin embargo, estos lodos pueden ser estabilizados para

su aprovechamiento. A los lodos estabilizados se les conoce como “Biosólidos” y se pueden utilizar

de distintas maneras como abono, remediador, recuperador en zonas verdes, revegetalizacion en

taludes, áreas privadas, entre otras. (Salazar Espitia, 2019)

Guayabetal es un municipio que cuenta con una gran extensión de zonas verdes y campos

agrícolas, por tal motivo se opta por implementar el compostaje como tratamiento para los lodos

activos generados por la PTAR, además de ser una forma alterna de reducir la contaminación

producida por los rellenos sanitarios en los cuales se dispone generalmente este tipo de residuos.

Para el diseño de esta metodología de tratamiento de lodos se tuvo en consideración la resolución


0330 del 2017 y el decreto 1287 del 2014 por el cual se establecen criterios para el uso de los

biosólidos generados en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales.

Compostaje. Este proceso de tratamiento de lodos se presenta de acuerdo a los principios

de diseño del libro “Tratamiento de Aguas Residuales” de Jairo Alberto Romero Rojas, el cual

define el compostaje como “la degradación biológica controlada de materia orgánica hasta

formar un compuesto estable de color oscuro, textura suelta y olor a tierra similar al humus,

denominado compost”. Este proceso de compostaje se llevará a cabo de manera aerobia, el cual

apresura la descomposición de la materia orgánica permitiendo obtener temperaturas elevadas que

son necesarias para la eliminación de patógenos. Para un óptimo funcionamiento, el compostaje

tiene que cumplir con algunas condiciones tales como; PH, aireación, contenido de humedad,

relación de carbono/hidrogeno (C/N), material llenante. Este proceso busca tres objetivos

fundamentales.

1. Convertir material orgánico biológico en un compuesto estable.

2. Eliminación de patógenos gracias a altas temperaturas.

3. Reducción de humedad en el compuesto y solidos totales volátiles.

El compostaje aerobio se puede hacer de distintas formas, ya sea mecánico o manual, sin

embargo, considerando las condiciones socioeconómicas del municipio evaluadas previamente se

optará por hacer un tratamiento manual, pues un tratamiento mecánico sería demasiado costoso.

Este proceso de compostaje se realiza de acuerdo a las operaciones básicas dispuestas en el

siguiente esquema.

Figura 8. Diagrama de flujo de compostaje

Nota: Edición Propia adaptada del libro “Tratamiento de aguas residuales” de Romero

(Ordoñez & Rivas, 2021).

El proceso de compostaje se lleva a cabo mediante un sistema de pilas con aireación natural

(Ver Figura 9) en el cual se mezcla el lodo con material llenante (viruta, cascarilla de arroz o aserrín

de madera), se coloca en hileras durante 5 días, posterior a este tiempo el compuesto se airea

manualmente mediante un volteo periódico. Este volteo provee oxígeno, homogeniza la

temperatura y permite la reducción de patógenos y la estabilización de la materia orgánica. Los

lodos que pueden ser compostados incluyen tanto lodos digeridos (tratados) como lodos primarios

y secundarios sin digerir (sin tratar). Sin embargo, la digestión de los lodos antes del compostaje


puede disminuir la generación de malos olores y la reducción de solidos volátiles disponibles para

la descomposición.

Figura 9. Compostaje de lodos en pila estática aireada

Nota: Adaptada del libro “Tratamiento de aguas residuales” de Romero (Ordoñez & Rivas,

2021).

En el proceso de pilas aireadas la oxigenación depende de ventilación natural provista con

mezcla manual frecuente en las pilas. Las pilas usualmente tienen una sección trapezoidal o

triangular con un ancho de 4,5 m y altura hasta de 2 m.

Para que el compostaje se realice de forma efectiva, es recomendable mantener el compost

a una tempreatira de 40°C durante 4 horas por un periodo de 5 dias o por lo menos 55°C dentro de

la pila, seguido de un periodo de maduracion apropiado para asegurar que la reaccion del

compostaje logre su maduracion. Durante los primeros 5 dias la pila debe voltearse por lo menos

dos veses al dia para mezplar bien los lodos con el llenante. Despues de este periodo las pilas se

deben voltear con la frecuencia requerida para mantener la concentracion de oxigeno y la

temperatura en los valores apripiados para el compostaje.

El compostaje se realiza en dos etapas; la primera etapa (Síntesis), se encarga de convertir

la materia orgánica en biomasa celular; la segunda etapa (respiración endógena), hace que los

microrganismos agoten sus reservas energéticas provocando que se formen compuestos

inorgánicos simples y estables, los cuales se consideran como el compuesto final del compost.

La temperatura es uno de los factores ambientales más importantes por el efecto que tiene

sobre el desarrollo de los microorganismos ya que estos al consumir materia orgánica generan calor,

siendo la descomposición más eficiente cuando el compost tiene temperaturas entre 32 y 60 °C. La

temperatura y el PH son indicadores importantes en el desarrollo del tratamiento, variando a lo

largo del proceso de compostaje como se ve en la siguiente grafica.


Figura 10. Variación de la temperatura y el ph en el proceso de compostaje.

Nota: Adaptada del libro “Tratamiento de aguas residuales” de Romero (Ordoñez & Rivas,

2021).

En la siguiente tabla se presenta las condiciones recomendadas para llevar a cabo el proceso

de compostaje.

Descripción Rango Recomendado Unidad

Concentración optima de oxigeno 5-15 %

Humedad 50-60 %

Relación nutricional de Carbono/Nitrógeno

(C/N) 25-35 -

Tamaño de material llenante 0,3-2,7 Cm

Periodo de compostaje 6-12 Semanas

Altura de pileta (la de 0,8m ofrece mejores

resultados) 0,8-2 m

Nota: Edición Propia adaptada del libro “Tratamiento de aguas residuales” de Romero

(Ordoñez & Rivas, 2021).

4. Conclusiones

Se hizo una caracterización de las aguas residuales provenientes de los vertimientos con los

que cuenta el municipio, adicionalmente se realizó el análisis de las fuentes superficiales receptoras

aledañas a la zona de estudio, con el fin de conocer y proyectar las cargas contaminantes de las

mismas. Se determino que las aguas residuales proveniente de los vertimientos incluso las que son

tratadas por la planta que se encuentra en funcionamiento actualmente en el Guayabetal, tenían

cargas contaminantes que incumplían con los límites máximos permisibles exigidos por la norma

ambiental vigente. Por esto mismo se consideró necesario plantear un sistema de tratamiento

eficiente y que se ajustara a las condiciones socioeconómicas del municipio.

El diseño de la PTAR propuesto en el presente documento, busca mitigar la cantidad de

contaminantes en las fuentes hídricas aledañas al municipio de Guayabetal-Cundinamarca, de esta

forma mejorando las condiciones ambientales de la región y la calidad de vida de la población.

Cabe resaltar que este diseño se centra en el dimensionamiento hidráulico y el aprovechamiento de


los residuos generados por la PTAR, por consiguiente, no se orienta en el diseño estructural puesto

que no es una estructura compleja y sus materiales de construcción san de fácil acceso.

La tecnología de lodos activos en modalidad convencional es un sistema simple, estable y

eficiente de remoción de materia orgánica, además se ajusta a las necesidades de una baja

población. por esto mismo es uno de los tratamientos más utilizados. (Ramírez Camperos, 2004)

Las PTAR generan residuos peligrosos (lodos) que pueden afectar la salud de las personas

y del medio ambiente por esto mismo suelen ser dispuestos en rellenos sanitarios u otros lugares

que determinen las autoridades ambientales pertinentes. Sin embargo, varios estudios han

comprobado que estos residuos pueden ser aprovechados en distintas actividades, siendo mayor

mente utilizados en terrenos agrícolas, bosques, campos de pastoreo, o en terrenos alterados que

necesitan recuperación. Esto gracias a que los biosólidos (lodos estabilizados) abastecen el suelo

de nutrientes y renuevan la materia orgánica del terreno. ( Limón Macías, 2013)

El compostaje es proceso de tratamiento de lodos que permiten trasformar los lodos

generados por las PTAR en un compuesto beneficioso para el suelo, por tal motivo se utiliza

comúnmente en la renovación de suelos agrícolas, siendo un método alternativo para dar provecho

a estos residuos contaminantes.

5. Recomendaciones

Una vez se cumplan el periodo para el cual fue diseñada la PTAR, se debe considerar hacer

una evaluación del funcionamiento de esta. Si no cumple con la normativa vigente a la fecha (año

2046) se recomienda hacer una reforma a la estructura para abastecer las necesidades de la

población.

La PTAR se diseñó considerando que Guayabetal es un municipio sin industria relevante,

en caso de establecerse una industria se recomienda que esta tenga su propio sistema de tratamiento

puesto que de integrarse a la municipal puede provocar el mal funcionamiento de la misma.

El manejo de lodos (Compostaje) que se propuso en el diseño se puede provechar de

distintas formas como se ha dicho anteriormente, aunque se propuso como una forma de abonar los

cultivos agrícolas, es decisión de los entes gubernamentales y administrativos del municipio el uso

que le quieran dar a este producto.

Para garantizar el correcto funcionamiento de la PTAR y la duración de la misma, se

recomienda hacer un mantenimiento regular a los distintos elementos que la componen, además,

hacer un monitoreo regular de las aguas tratadas que salen de la planta y del cuerpo de agua

receptor, para comprobar el correcto funcionamiento del sistema.

El propósito principal de este proyecto es el de proponer una PTAR eficiente que pueda suplir las

necesidades sanitarias del municipio de Guayabetal-Cundinamarca, por tal motivo no se tuvo en

consideración plantear una ubicación especifica de la nueva planta puesto que este abarcaría un

estudio aparte que involucraría una investigación extendida del suelo en la zona de estudio

(topografía, geología, geomorfología, mejoramiento o estabilización de suelos de ser necesario,

etc.), por tal motivo solo se presentarán algunas consideraciones que se deben tener en cuenta al

momento de ubicar la planta:


1. La PTAR debe ser ubicada en una distancia igual o mayor a 150 m de la cabecera

municipal y en general de cualquier vivienda, o lugar que pueda causar incomodidad

o afectación a la población, esto cumpliendo con las distancias mínimas para la

localización de sistemas de tratamientos dispuestos en el artículo 183 de la

resolución 0330/2017.

2. La planta se debe ubicar a una elevación inferior a la que se encuentra la cabecera

municipal, de este modo será más fácil la recolección de las aguas residuales

domesticas por acción de la gravedad.

3. Teniendo en cuenta el mapa de pendientes presente en el anexo 6, es recomendable

ubicar la planta en una superficie con una pendiente entre 7 y 12 % siendo esta

moderadamente inclinada y permitiendo que la circulación del agua residual dentro

de la PTAR sea por acción de la gravedad.

4. Teniendo en cuenta el mapa de usos recomendados del suelo presente en el anexo

6, se recomienda ubicar la planta en una de las zonas destinadas para la agricultura

semi intensiva de orientación semi comercial y ganadería, puesto que estas áreas se

encuentran las zonas urbanas y no afectan el ecosistema fauna y flora silvestre

presente en la región.

5. Según el mapa hidrológico presente en el anexo 6, el cuerpo hídrico receptor más

apropiado para realizar el vertimiento de las aguas servidas tratadas en la planta es

Rio Negro, puesto que este se encuentra paralelo a la cabecera municipal y debido

a su magnitud tiene la capacidad de asimilar los contaminantes que se puedan

presentar en el vertimiento.

Teniendo en cuenta las anteriores consideraciones se propuso una ubicación para la PTAR

en una zona cercana a la cabecera municipal que cumple con los requisitos antes mencionaos, este

punto se encuentra en las coordenadas latitud: 4°12'36.82"N y longitud: 73°48'45.73"O. cabe

resaltar que esta ubicación se tomó de acuerdo con la investigación realizada en el documento, para

una ubicación más acertada es necesario hacer un estudio de suelos de la zona.


Figura 11. Posible ubicación de la PTAR.

Nota: Edición Propia adaptado de Google Earth (Ordoñez & Rivas, 2021)

6. Referencias Bibliográficas

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