Áreas de expansión futura de acuerdo con el Plan de Desarrollo Territorial del municipio y/o Plan de Ordenamiento Territorial y Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado.
Los cursos de agua existentes y obras interceptación o canalización actuales y/o futuras.
Regímenes de propiedad, establecer los terrenos que son propiedad del estado, departamento o municipio.
Uso generales de las diferentes zonas.
Características de los suelos.
Régimen hidrológico de la cuenca.
La ausencia de un sistema de drenaje pluvial, se traduce durante la época de lluvias en frecuentes inundaciones de los centros urbanos, además de perjudicar los sistemas de tratamiento por conexiones a la red de alcantarillado.
El diseño de sistemas de alcantarillado pluvial se inicia a partir de un estudio del régimen hidráulico, dentro de este se tienen en cuenta los siguientes aspectos:
El régimen hidrológico es el factor principal para el diseño de los sistemas de alcantarillado de aguas lluvias, la cantidad de lluvia se expresa por altura de agua que cubre el suelo supuestamente horizontal sin evaporación e infiltración, esta altura se mide en milímetros. Es factor de vital importancia conocer la intensidad, frecuencia y escorrentía, de las lluvias que cubren las áreas de aporte de caudal a los sistemas de desagüe de las mismas, por otra parte se puntualiza en los aguaceros de alta intensidad y poca duración (de cinco 5 minutos a dos horas), punto de máxima creciente. A partir de la información anterior se debe determinar la capacidad, tipo de sección, los tamaños y estructuras accesorias para el diseño del alcantarillado pluvial. Al procesar los registros anteriores hay que tener mucho cuidado ya que una ponderación mal efectuada puede conducir a una sobre valoración de los diámetros o en su defecto en la implementación de un sistema insuficiente para la población.
Aporte de sedimentos.
La recolección de aguas lluvias necesariamente implica también la captación de material granular y coloidal que la escorrentía superficial transporta. Igualmente, pueden captarse lodos provenientes de conexiones erradas sanitarias. Las características granulométricas de estos aportes sólidos dependen de las condiciones topográficas, tipo de suelos, protección de éstos con la cobertura vegetal y erosividad de la lluvia, entre otros factores. Es necesario entonces identificar el tipo de material que las áreas de drenaje pueden aportar a los colectores, haciendo énfasis en el componente granular, pues éste determina en buena parte los requisitos de auto limpieza de los colectores, evacuación de lodos y la necesidad de construir desarenadores estratégicamente ubicados antes del ingreso de las aguas lluvias a la red de colectores. Además, es necesario hacer una evaluación de posibles elementos extraños que puedan ingresar al sistema pluvial, en particular por actividades antrópicas y comportamientos específicos de sectores de la población.
A su vez es importante determinar las características hidrológicas e hidráulicas de los cuerpos receptores a fin de evitar alteración de las corrientes y comunidades bióticas existentes en las mismas.
Alcantarillado combinado
Es el sistema compuesto por todas las instalaciones destinadas a la recolección y transporte, tanto de las aguas residuales como de las aguas lluvias.
Trazado. El diseñador desde el punto de vista ambiental debe plantear las alternativas de trazado teniendo en cuenta los siguientes aspectos, los cuales influyen directamente sobre los medios receptores aguas, suelos, vegetación y población cercana:
Longitud
Condiciones geológicas y geomecánicas de los suelos que cruza
Actividad sísmica de la zona.
Tipo y número de cruces que se presentan (vías, fuentes superficiales, humedales, etc.).
Vegetación predominante en los corredores de posible utilización.
Infraestructura actual existente a lo largo del trazado y proyectos futuros previstos
Selección del sistema
Este sistema puede ser adoptado en aquellas localidades donde existan situaciones de hecho que limiten el uso de otro tipo de sistemas y en áreas urbanas densamente pobladas, donde los volúmenes anuales drenados de aguas residuales son mayores que los de aguas lluvias o cuando resulte ser la mejor alternativa técnica, económica y ambiental, incluyendo consideraciones de tratamiento y disposición final de las aguas combinadas, para lo cual es recomendable hacer estudios de modelación de la calidad del agua del cuerpo receptor en donde se demuestre que los impactos generados por las descargas del alcantarillado combinado, permiten cumplir con los usos asignados a dicho cuerpo.
El Diseñador debe establecer el tipo de sistema y flujo a utilizar para el transporte de las aguas combinadas. La incidencia ambiental está relacionada por una parte con la calidad del agua que se transporta, por otra con los riesgos que se generan para los predios y población del área de afectación directa. Se debe tener en cuenta los siguientes:
Dimensiones (Longitud, diámetro, sección del canal sí aplica).
Material y tipo de las tuberías.
Profundidad de instalación.
Estructuras especiales requeridas en el trazado (aliviaderos, estructuras de paso, etc.).
Usos del suelo
Requerimientos del bombeo (sí aplica)
Perímetro urbano.
Distribución espacial de la población.
Caudales generados por aguas residuales y aguas de escorrentía en el área.
Vías existentes y proyectadas y sus condiciones de rasante.
Áreas de expansión futura de acuerdo con el Plan de Desarrollo Territorial del municipio y/o Plan de Ordenamiento Territorial y Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado.
Los cursos de agua existentes y obras interceptación o canalización actuales y/o futuras.
Regímenes de propiedad, establecer los terrenos que son propiedad del estado, departamento o municipio.
Uso generales de las diferentes zonas.
Características de los suelos.
Áreas de drenaje o áreas aportantes por tramo.
Análisis de sitios de vertimiento.
El diseñador deberá calcular el caudal de vertimiento y su calidad con el fin de obtener la aprobación de la autoridad ambiental en cuanto al permiso de vertimiento. Se deben identificar las poblaciones localizadas aguas abajo de los posibles sitios de entrega y/o disposición de las aguas residuales evacuadas de la localidad y se deben analizar las características de auto depuración de los cuerpos de agua receptores (ríos, quebradas, arroyos, humedales, lagos, ciénagas, embalses y mar) y los posibles efectos ambientales de las descargas con y sin tratamiento, con base en la legislación vigente.
Si el sitio de disposición final es el mar, se debe determinar el régimen de mareas, vientos y corrientes marinas para el nivel de complejidad alto. Si es una corriente, para los niveles de complejidad medio alto y alto de acuerdo a la metodología RAS.
Consideraciones comunes para los tres sistemas de alcantarillado
Servidumbres
Para cada una de las alternativas de trazado el diseñador y con miras a establecer el estado actual de los corredores de servidumbre se debe conocer: distribución de la propiedad, uso de las zonas, desarrollos previstos para el futuro, obras de infraestructura existentes y terrenos propiedad del estado.
Donde se afecten terrenos de propiedad privada se debe indicar como mínimo: Número de propietarios, longitud de la afectación, cédulas catastrales de los predios, uso actual de los terrenos, distancia a construcciones y/o obras de infraestructura. Si son áreas de cultivo especificar: tipo, naturaleza de la plantación, producción proyectada, valor del producto en el mercado.
Aspectos estructurales y geotécnicos
Las consideraciones conceptuales y de diseño de los aspectos geotécnicos, estructurales asociados con las redes de colectores y demás estructuras que conforman un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales se establece con especial énfasis en el diseño de zanjas, rellenos y cimentaciones debido a que por la calidad de las aguas que transportan cualquier falla que se presente en éste tipo de estructuras generará problemas ambientales en las áreas circundantes, como olores ofensivos, contaminación de aguas superficiales y subterráneas, generación de vectores, etc.
Amenaza sísmica
Los diseños estructurales y geotécnicos asociados con redes de colectores de aguas residuales deben hacer las consideraciones pertinentes con respecto a los aspectos sísmicos. Cuando existan estudios particulares de micro zonificación sísmica deben emplearse los espectros de diseño recomendados según los mapas de micro zonificación respectivos además de los requerimientos especiales de diseño sísmico que se establecen para cada zona en particular. De lo contrario se deben adoptar las consideraciones sísmicas estipuladas en el literal H.4.3.2.1. de las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR – 98, Ley 400 de 1997 y Decreto 33 de 1998 o los decretos que lo reemplacen o complementen.
Condiciones bióticas y abióticas de las áreas intervenidas:
Poblaciones de fauna terrestre y acuática, cruces de cauces, cubrimiento vegetal, aprovechamiento forestal. A su vez se debe prever la posibilidad de expansión y desarrollo de proyectos futuros, de esta manera se hace necesario correlacionar el proyecto con el Plan de
Ordenamiento Territorial POT.
Se requiere conocer la disponibilidad de fuentes de materiales en la zona y sitios de disposición final de sobrantes.
Otras Consideraciones de Interés
El diseñador debe tener en cuenta que dentro del diseño definitivo se debe evitar al máximo la utilización de servidumbres, la intervención de zonas forestales de protección, rondas de caños y corrientes superficiales. En general, en el proceso de selección de un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales deben estar involucrados tanto los aspectos urbanos municipales como la utilización de zonas de servicios múltiples, las proyecciones de población, las densidades, los consumos de agua potable y las curvas de demanda de ésta, aspectos socioeconómicos y socioculturales e institucionales como mínimo.
Se debe prever suficiente aislamiento de los corredores de éstas tuberías y las zonas habitadas vecinas.
Estaciones de bombeo
Este tipo de estructuras pueden requerirse en cualquiera de los tres sistemas descritos y su implementación está regulada por las condiciones topográficas del área y sitio de ubicación de la PTAR. Para el diseño de una estación de bombeo se deben tener en cuenta los siguientes criterios:
Tipo de aguas a elevar ( negras, lluvias o combinadas).
Condiciones ambientales del sitio donde se construirá la estación como son: usos del suelo, distancia a las viviendas, condiciones geomecánicas y topográficas del predio, niveles de ruido en el área, existencia de fuentes superficiales cercanas, niveles freáticos, etc.
Facilidad de acceso al sitio.
Usos previstos dentro del POT y lineamientos del Plan Maestro de Acueducto y Alcantarillado de la población al respecto.
Dependiendo del tipo de agua a impulsar se debe tener en cuenta los tiempos de retención de los pozos húmedos, el tipo de bomba a implementar, las condiciones de descarga en la PTAR, sistema de alcantarillado o fuente receptora. Es indispensable para sistemas combinados y sanitarios el diseño de sistemas de rejillas situación que necesariamente implica considerar el manejo de éstos residuos sólidos durante la operación del sistema.
Así mismo debe tenerse en cuenta y preverse el manejo de los lodos producidos dentro de la estación, los cuales se encuentran "crudos" y por ende tiene unas características físico-químicas y bacteriológicas que implican un manejo especial de los mismos.
Construcción
Debido a que la construcción de cualquiera de los tres sistemas de alcantarillado tiene unas actividades similares, para no ser repetitivos los lineamientos ambientales a tener en cuenta se establecen en el capítulo correspondiente a reuso del agua.
Puesta en marcha
Con el fin de establecer las adecuadas condiciones de impermeabilidad de los colectores existen ensayos de infiltración, exfiltración y hermeticidad con aire en tramos de colectores y en pozos de inspección, que son de vital importancia debido a las características de los sistemas de alcantarillado con el fin de prevenir la contaminación de los acuíferos presentes en el área de implementación de éste tipo de proyectos.
Ensayo de infiltración
Este ensayo es necesario cuando el nivel freático está por encima de la clave del colector, idealmente un (1) m o más. El tramo es aislado aguas arriba y se mide el caudal infiltrado aguas abajo mediante un vertedero. El criterio de aceptación está representado por un rango de valores de infiltración que puede estar entre 10 y 20 litros por milímetro de diámetro, por kilómetro de longitud de colector y por día. La estanqueidad también debe ser verificada en los pozos de inspección o estructuras de conexión (norma técnica NTC 3676). Para esto, el pozo debe ser aislado de los colectores afluentes y efluente y se registra el aumento de nivel de agua dentro de éste. La infiltración máxima debe ser de 5 litros por hora por metro de diámetro del pozo y por metro de cabeza de agua. Los colectores y pozos a ensayar deben escogerse aleatoriamente pero verificando que puedan ser correctamente aislados y su número debe ser el mínimo para disponer de información representativa, el cual es función de la longitud total de la red de alcantarillado construida.
Ensayo de exfiltración.
Si el nivel freático está bajo, la impermeabilidad se establece aislando el tramo, llenando éste de agua hasta un nivel predeterminado y estableciendo su tasa de descenso durante un periodo razonable de tiempo. De manera similar se debe proceder para los pozos de inspección. Los criterios de aceptación son los mismos que los de infiltración. Las normas ASTM C 969 y ASTM C 1091 establecen los requerimientos para los ensayos de infiltración y exfiltración para tuberías de concreto y de gres.
Ensayo de hermeticidad con aire
Como alternativa a los ensayos de infiltración y exfiltración pueden implementarse ensayos de hermeticidad con aire a baja presión o presión negativa, cumpliendo las normas técnicas nacionales, o en su defecto internacionales, correspondientes, relacionados en el Cuadro siguiente:
NORMAS TECNICAS DE ENSAYOS DE HERMITICAD EN AIRE
PLANTAS DE TRATAMIENTO
Generalidades
Las aguas residuales domésticas se caracterizan por su alto contenido de materia orgánica, grasas, jabones y detergentes; sólidos suspendidos y disueltos y otra serie de sustancias de carácter físico, químico o biológico (provenientes del uso doméstico del agua, suministrada a la comunidad) que alteran y deterioran la calidad de las aguas receptoras.
El grado de daño o deterioro es función de la relación del caudal de las aguas residuales crudas (Qr) con respecto al caudal (Qf) de la fuente receptora (Qr/Qf), relación conocida como dilución, la cual a medida que aumenta, incrementa igualmente el nivel deterioro de las fuentes receptoras. La ley sanitaria nacional1 prohibe que se utilice la dilución como método de reducción del daño potencial de las aguas residuales en general.
El deterioro de la fuente receptora se debe principalmente al consumo del oxígeno disuelto contenido en las aguas de la corriente receptora y generalmente se manifiesta por presencia de material flotante, bancos de sedimentos en su lecho, presencia de algas y cambio de color, en situaciones de alto deterioro se origina desprendimiento de olores desagradables y limitación de uso aguas abajo del punto de descarga, a éstos aspectos se suma el aumento de coliformes y el detrimento en la calidad de las aguas.
Dependiendo de las condiciones de velocidad, caudal, localización geográfica y contenido de oxígeno disuelto en las aguas, las fuentes tienen una capacidad de autopurificación que hace el impacto de los vertimientos tenga que ser valorado acorde con las condiciones anteriores en aras a lograr que las PTAR cumplan su cometido dentro de las condiciones económicas existentes en nuestro país.
Definición de planta de tratamiento. Una planta de tratamiento es, una estructura artificial donde se propicia el desarrollo controlado de un proceso natural que permite reducir a niveles convenientes el contenido de materia orgánica y de sustancias varias de carácter físico-químico y biológico para de esta forma disminuir la contaminación de las aguas residuales domésticas antes de su descarga al medio natural para favorecer, en esta forma la recuperación y conservación de la calidad de las aguas de las fuentes receptoras. Una planta de tratamiento no produce agua potable sólo agua tratada, o sea disminuidas en algunas o todas sus cualidades contaminantes para de esta forma permitir ciertos usos específicos.
Procesos de tratamiento
Como tratamiento se entiende la acción de transformar la materia orgánica en materia inorgánica. La reducción de la materia orgánica puede llevarse a cabo mediante la ayuda de procesos físicos, químicos o biológicos en forma individual o combinada.
Los procesos físicos más comunes son la retención de material suspendido; la flotación de sustancias grasas y aceitosas; la precipitación y/o filtración de material suspendido.
Procesos químicos: floculación y coagulación de material suspendido y disuelto con ayuda de productos químicos.
Procesos biológicos: floculación y coagulación de material suspendido y disuelto mediante acción bioquímica de ciertos microorganismos. Estos procesos pueden llevarse a cabo en presencia de oxígeno disuelto (aerobios); en presencia de oxígeno compuesto (anaerobios).
Los procesos aerobios se caracterizan por alcanzar efluentes de mejor calidad y poca o nula producción de olores desagradables, pero requieren de suministro de energía para lograr los niveles de oxígeno requerido. Los impactos ambientales son de intensidad media a baja.
Los procesos anaerobios producen efluentes de menor calidad que generalmente requieren de procesos (aerobios) complementarios para alcanzar los límites de vertimiento establecidos por las autoridades competentes. Los impactos ambientales son de intensidad media a alta.
Los procesos químicos son poco usados en nuestro medio para el tratamiento de las aguas residuales domésticas, sin embargo están tomando auge como tratamiento primario avanzado en países desarrollados o cuando hay limitaciones de energía dado el costo de este fluido.
Componentes
Una planta de tratamiento está conformada por una serie de estructuras (unidades de operación) donde se llevan a cabo acciones (procesos unitarios) de remoción acordes con la naturaleza del contaminante a retirar, así como se explica en la siguiente tabla:
CONTAMINANTE | PROCESO UNITARIO | UNIDAD OPERACIÓN |
Material flotante | Cribado | Rejillas, tamices |
Arenas y sólidos gruesos inertes | Desarenado | Desarenadores |
Grasas y aceites | desengrase | trampa de grasas |
Sólidos suspendidos grandes | Sedimentación Primaria | Sedimentadores |
Materia orgánica suspendida y disuelta | Floculación | Reactores |
Grumos (floc) biológicos o químicos | Sedimentación | Sedimentación secundarios |
Microorganismos | Desinfección | Tanques contacto |
Clasificación
Existen innumerables clasificaciones de las PTAR según la cualidad que se quiera resaltar o tomar como punto de referencia así:
Según el nivel de tratamiento
El nivel de tratamiento lo impone la capacidad de asimilación (capacidad de soporte o capacidad de carga) de la fuente receptora y los usos de las aguas abajo del punto de descarga. Pueden ser primario simple, primario avanzado, secundario y terciario. A medida que se incrementa el nivel de tratamiento se sube apreciablemente el costo del mismo y por tanto los aportes tarifarios para los usuarios.
Primario simple. Contempla solo procesos físicos
Primario avanzado. Procesos físicos más procesos químicos
Secundario. Prevé la remoción de la materia orgánica mediante procesos biológicos
Terciario. Contempla además la remoción de nutrientes (fósforo y nitrógeno) y otras sustancias indeseables en las aguas a ser vertidas en la fuente receptora.
Según nivel de oxígeno.
Plantas aerobias.
Presencia de oxígeno disuelto en el reactor biológico en concentración no inferior a 1.0 mg/L
Plantas anaerobias. En ausencia de oxígeno disuelto.
Plantas facultativas. Las cuales combinan procesos aerobios y anaerobios.
Según el estado de lecho biológico
Suspendido.
Fijo o adherido
Según tipo de aireación
Natural
Aprovechando la luz solar como fuente de energía para la suplencia de oxígeno.
Por escurrimiento en lecho aireado.
Artificial
Utilizando elementos mecánicos para la adición de oxígeno. Puede ser introduciendo la masa gaseosa en la masa de agua (burbujeo), introduciendo la masa líquida en la masa gaseosa (salpique, cascada).
Por conformación de la planta
Los más usados frecuentemente son:
Lagunas de estabilización
Zanjas de oxidación
Manto de lodos anaerobios (UASB)
Filtros anaerobios
Lodos activados convencionales
Como se puede observar la clasificación puede extenderse casi que indefinidamente ya que la amplia conjugación de procesos y unidades permiten establecer consecuentemente nuevas variedades de sistemas muchos de los cuales han dado pie para sacar patentes por parte de las casas distribuidoras de plantas y equipos. Es claro que a medida que se sofistican las plantas de tratamiento igualmente se encarecen los procesos de tratamiento y por ende la incidencia será mayor en el sistema tarifario para los usuarios.
Es necesario anotar que las clasificaciones anteriores están referidas al tratamiento de los residuos líquidos en la PTAR, pero existe también una línea de residuos sólidos y otra de gaseosos en algunas de las plantas antes mencionadas. Hasta ahora no existe proceso alguno que no produzca subproductos, los cuales exigen igualmente manejo y cuidados específicos para su disposición final, incluyendo dentro de este concepto las innumerables clases de bacteria que se encuentran en el mercado nacional.
Principales plantas de tratamiento
A continuación consignaremos las características generales de las principales plantas de tratamiento, haciendo la salvedad que la lista seleccionada antes de ser exhaustiva está orientada a aquellas de más conveniente desarrollo en la mayoría de los municipios colombianos.
Lagunas de estabilización
Se constituyen en las plantas de más sencilla operación y más eficientes en la remoción de la materia orgánica degradable por medios biológicos (biodegradable). Las lagunas pueden ser anaerobias, aerobias, facultativas o aireadas. Las lagunas aerobias y facultativas se constituyen en los procesos de tratamiento más económicos para la comunidad servida por aprovechar la energía solar (fotosíntesis) para el suministro de oxígeno disuelto. Por el contrario las lagunas aireadas presentan uno de los niveles más costosos de suministro de oxígeno disuelto, entre la gama de plantas aerobias disponibles.
El diseño de las lagunas anaerobias está caracterizado por cortos períodos de retención, grandes profundidades, pequeñas áreas de exposición (espejo de aguas) y altas cargas orgánicas (Kg de DBO por hectárea por día). Se caracterizan por su grande producción de olores ofensivos que inhabilitan áreas apreciables vecinas al sitio de implementación, a más de otros impactos ambientales que producen.
El diseño y eficiencia de las lagunas aerobias depende de su localización geográfica y de las condiciones climatológicas prevalecientes en la zona de asentamiento, como son la intensidad de iluminación solar, la temperatura, el grado de nubosidad, entre otros condiciones que las hacen ideales para ser usadas en la zona tropical.
La ventaja principal y de la mayor importancia para este tipo de plantas radica en la eliminación del consumo de energía eléctrica. En contraposición se requieren grandes áreas de exposición para incrementar la captación de la energía solar que favorece la acción fotosintética responsable del suministro de oxígeno disuelto a la masa acuática.
Las lagunas aerobias o fotosintéticas se caracterizan por sus grandes áreas de exposición (espejo de agua), bajas profundidades, largos períodos de retención y eliminación total de olores ofensivos. Las lagunas facultativas se ubican geométrica y operacionalmente hablando, entre las lagunas anaeróbicas y las lagunas fotosintéticas, pero utilizan igualmente la luz solar como fuente de energía.
Las lagunas aireadas requieren un mayor nivel de consumo de energía eléctrica dados los requerimientos tanto de suministro de oxígeno como de mezcla de la masa acuática. Las lagunas aireadas pueden diseñarse como laguna aerobia supliendo un alto nivel de potencia suficiente para mantener los sólidos en suspensión, o bien como lagunas facultativas permitiendo una mezcla incompleta que permite cierto grado de sedimentación de sólidos. La turbulencia producida por los aireadores incrementa los niveles de turbiedad y elimina la producción de algas.
Lagunas facultativas. Como ventaja adicional de las lagunas de estabilización se puede citar la posibilidad de eliminar unidades de desarenación y sedimentación primaria. Los sólidos sedimentados son igualmente estabilizados dentro de la misma masa acuática produciendo una pequeña zona anaeróbica que no las alcanza a llevar a condiciones ambientales objetables en las vecindades de las unidades de tratamiento.
Zanjas de oxidación
Fueron desarrolladas en Holanda a comienzos de la década de los 60 buscando reducir al máximo las áreas de tratamiento para PTAR de pequeñas comunidades, al poder reducir el período de retención de días (lagunas) a un máximo de 72 horas. El avance del sistema permite llevar el tiempo de retención a valores entre 18 y 36 horas.
En contraprestación a la pequeña área de desarrollo utilizado el sistema consume cantidades relativamente altas de cantidades de energía eléctrica. Su conformación geométrica es tipo "hipódromo" que mediante un elemento mecánico (cepillo) a más de introducir el oxígeno requerido para mantener condiciones aeróbicas produce desplazamiento y mezcla completa de la masa de agua facilitando la acción de transferencia de oxígeno y estabilización de la materia orgánica.
Zanjón de oxidación – conformación general. Como característica especial de este proceso se puede citar que los lodos producidos son igualmente tratados o estabilizados por vía aeróbica lo que los hace de fácil drenabilidad para secado, exentos de olores y no aptos para la cría de plagas o proliferación de vectores. Es uno de los procesos de máxima, eficiencia, mejor calidad de efluentes y más fácil manejo de lodos los cuales son generalmente utilizados como mejoradores de terrenos para labores agrícolas. Requiere de unidades de cribado y de sedimentadores secundarios pero como en el caso de las lagunas de estabilización no requieren de Desarenadores.
Zanjón de oxidación – aireación. En conjunto con las lagunas son las plantas que mejor soportan cargas de choque.
ZANJON DE OXIDACION – AIREACIÓN
Filtros Percoladores
Proceso de tratamiento biológico aerobio en medio fijo (adherido) con alta eficiencia en la estabilización de la materia orgánica. Se caracteriza por el consumo medio de energía que para terrenos pendientes puede limitarse a las operaciones de recirculación y digestión de lodos.
Consiste en una estructura generalmente circular con un sistema inferior de soporte sobre el cual se coloca la grava redondeada de río o elementos plásticos. Sobre el lecho gira un tubo distribuidor mediante el cual se descargan las aguas residuales para que escurran (percolen) sobre el lecho de soporte donde la gran actividad biológica que se desarrolla se encarga de estabilizar la materia orgánica. El agua tratada arrastra sólidos biológicos que se desprenden del lecho los cuales deben ser separados y removidos en sedimentadores secundarios.
Filtros percoladores–sistema de distribución.
El sistema de drenaje adecuado para que se desplacen las corrientes inferiores de aire y la gran porosidad del medio permite el suministro de oxígeno alcanzando condiciones aeróbicas sin impedir la presencia de unas pocas zonas anaeróbicas.
Contrariamente a los dos procesos antes comentados, para estos es necesario colocar no solo el sistema de cribado sino desarenadores y sedimentadores primarios y secundarios. Como problema del sistema está la producción de lodos crudos (no digeridos) los cuales requieren una serie de procesos adicionales como son la deshidratación, la digestión, el secado y la disposición lo que exige personal y cuidados especializados no siempre al alcance de las pequeñas comunidades.
Además de ser muy sensibles a las cargas de choque tiene algunos problemas de afectación ambiental que ameritan adecuados planes de manejo.
Proceso anaerobio de contacto
Normalmente conocido como UASB por las siglas del nombre en inglés (Upflow Anaerobic Sludge Blanbet), o Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente. Como ventajas principales se tiene la eliminación del consumo de energía y la baja producción de lodos.
El proceso se desarrolla en un recipiente cerrado al cual se le introducen las aguas residuales por el fondo del reactor las cuales fluyen a través de un manto de lodos compuesto por grumos biológicos y partículas de microorganismos que permanecen en suspensión mediante el mismo gas que se desprende durante el proceso de estabilización.
Los períodos de retención son bajos y recibe cargas orgánicas altas. Sin embargo requiere de cargas relativamente constantes y condiciones especialmente estables para el pH. La eficiencia del proceso en la remoción de materia orgánica y sólidos suspendidos es bastante aceptable, su construcción relativamente sencilla y muy bajos requerimientos de área.
Presentan dificultades de operación para aguas residuales domésticas por la baja concentración y variabilidad de la materia orgánica presente en las mismas. La producción de gas metano lo hace atractivo como posible fuente de energía pero su aprovechamiento es difícil para instalaciones de pequeñas comunidades. La temperatura se constituye en factor principal de diseño para las aguas residuales domésticas por su incidencia en los tiempos de retención hidráulica, por tal razón es un sistema que se recomienda para temperaturas ambientes superiores al 22 °C.
Ambientalmente presenta problemas apreciables por la producción de olores y la baja estabilización de los lodos que puede fomentar la producción de vectores. Al momento se estudian varios esquemas complementarios que indican que el proceso aún está en período de evaluación o "maduración" al menos en lo que respecta a su utilización para el tratamiento de aguas residuales de baja concentración como son las aguas residuales de carácter domésticos. Para el control de los olores se han desarrollado biofiltros de variada conformación, alta eficiencia pero no tan de fácil operación.
Sistema UASB
Una planta de similares condiciones a las descritas es el filtro anaerobio cuya diferencia apreciable con el UASB radica en que la masa biológica es fija o adherida.
Lodos activados convencionales
Es la más común de las plantas de tratamiento aeróbicas para aguas residuales domésticas de grandes consumidores. Existen varias modificaciones del proceso en especial en lo relacionado con las características de la aplicación del aire y los sitios de recirculación de los lodos activados.
Prácticamente se constituyen en las plantas de tratamiento que requieren el máximo de procesos de tratamiento o de unidades de operación ya que exigen cribado grueso y fino, trampas de grasas, desarenadores, sedimentadores primarios, reactores biológicos, sedimentadores secundarios, desinfección, estabilización anaerobia de lodos, secado de los mismos y manejo de gases.
Se caracteriza por los altos consumos de energía, la complejidad de construcción y los requerimientos de operación y mantenimiento, lo que las hace poco recomendables para poblaciones pequeñas (menores de 30000 habitantes).
A más de la alta incidencia en las tarifas de los usuarios debe anotarse la incidencia del fluido eléctrico para la operación de la planta la cual requiere de generación eléctrica de emergencia, especial cuidado y personal especializado para él manejo de los lodos.
Desde el punto de vista ambiental puede considerase que la afectación es de carácter medio a bajo.
Desinfección
El proceso más importante para la reducción o eliminación de patógenos es la desinfección. Este es un proceso casi siempre indispensable para proveer agua de buena calidad para cualquier tipo de reuso. El desinfectante más común es el cloro, aunque el ozono y la luz ultravioleta son también utilizados.
Cloro
La eficiencia de la desinfección con cloro depende de parámetros como la temperatura del agua, el pH, el gradiente de mezcla, la presencia de sustancias interferentes como los sólidos y la carga orgánica, así como de la naturaleza y la concentración del organismo a ser eliminado. En general las bacterias son menos resistentes a la acción del cloro que los virus, y estos a su vez menos resistentes que los huevos de parásitos y los quistes.
Su aplicación excesiva ha sido cuestionada por la generación de sustancias potencialmente cancerígenas como los trihalometanos. Se estima que la presencia de cloro remanente en concentraciones mayores a 5 mg/L, puede causar alteraciones de los organismos vivos en ecosistemas acúaticos. Para la eliminación de cloro residual después de realizar actividades de desinfección, se pueden utilizar óxidos de azufre como sistema de descloración , previniendo de ésta manera la generación de trihalometanos.
Ozono
El ozono es también un oxidante poderoso que destruye las bacterias y virus por oxidación de la masa celular. Debido a su inestabilidad debe ser generado preferiblemente en el sitio de aplicación, lo cual lo hace costoso y de difícil aplicación. Su utilización no deja efectos residuales desinfectantes como en el caso del cloro, pero remueve color, contribuye a aumentar el oxígeno disuelto en las aguas y no genera sustancias potencialmente nocivas.
Ultravioleta
La luz ultravioleta es también un agente desinfectante: La radiación a una longitud de onda de 254 mm penetra la capa celular y es absorvida por los ácidos nucleicos de la célula causando su muerte. La aplicación de luz ultravioleta es cada vez más utilizada en aguas para reuso pues es más segura que el cloro gaseoso, es más económica que el cloro y que el ozono y además no está relacionada con la producción de compuestos organoclorados.
Tratamiento terciario
En algunos casos, aún con tratamiento secundario, la calidad del agua no es apta para su reuso o vertido final. Es entonces necesario considerar una adecuación adicional de su calidad por medio de un tratamiento terciario. Los principales tratamientos terciarios son
Filtración. Es un proceso que, en algunos casos, se usa previo a la desinfección con el fin de remover el material particulado que puede interferir con ella. Consiste en el paso del agua a través de un medio granular que retiene los sólidos en suspensión. El medio generalmente usado es la arena o la antracita.
Denitrificación. Es el tratamiento orientado a remover el nitrógeno presente en el agua que puede ocasionar la eutrificación de las aguas.
Casi siempre se realiza por medios biológicos, por la acción de una bacteria facultativa heterotrófica en ausencia de oxígeno disuelto. La denitrificación de las aguas puede ser necesaria cuando el agua residual tratada va a ser descargada en cuerpos de agua que sirven como fuente de abastecimiento de agua potable, o cuando se van a regar con ella ciertos cultivos específicos, en su etapa de crecimiento, como el de la caña de azúcar y el maíz.
Remoción de fósforo. La remoción del fósforo de las aguas residuales es en algunos casos necesaria para impedir los procesos de eutrificación y puede ser realizada por métodos biológicos, utilizando cultivos de bacterias que lo acumulan en condiciones anaeróbicas, seguido por un tratamiento en condiciones aeróbicas.
La remoción por métodos fisicoquímicos es más utilizada y se realiza por precipitación con sales de hierro, aluminio o calcio.
Coagulación/sedimentación. La adición de coagulantes como el cloruro férrico, el alumbre o la cal es una alternativa cuando se requiere una remoción adicional de sólidos en suspensión, metales pesados, fósforo y turbiedad en la adecuación de las aguas.
Carbón activado. Es utilizado cuando se detecta la presencia de compuestos orgánicos sintéticos en las aguas residuales tratadas o cuando hay presencia de iones como el cadmio, el cromo hexavalente, la plata y el selenio, el arsénico y el antimonio entre otros.
Diseño de PTAR
El diseñador del proyecto debe tener en cuenta lo siguiente:
Un buen diseño debe dar cubrimiento completo tanto a la operación directa como a cualquier labor de mantenimiento.
La mejor solución para el tratamiento será aquella que alcance los objetivos buscados, con mínimos impactos ambientales y los menores costos posibles.
Información básica
El diseñador debe hacer acopio de la siguiente información como mínimo:
Tipo de sistema de alcantarillado.
Calidad y cantidad de las aguas residuales generadas en la localidad.
Número de descargas existentes y posibilidad de interceptarlas.
Calidad y características del flujo de la fuente receptora tanto para condiciones de invierno como para tiempo seco.
Expendios de gasolina. Cambiadores de aceite e industrias caseras y públicas dentro del área a servir. Identificar si están conectadas al sistema de alcantarillado o no.
Legislación vigente en el área del proyecto.
Condiciones climatológicas predominantes en la localidad.
Sitios disponibles para el desarrollo de la PTAR.
Ubicación de la PTAR
Para la ubicación del sitio de ubicación de la PTAR, se debe determinar::
Área disponible y posibilidad de ampliación.
Uso previsto en el POT.
Usos en las áreas vecinas de posible afectación.
Dirección predominante de los vientos.
Niveles de ruido.
Facilidades para la descarga de las aguas tratadas.
Usos de la fuente receptora aguas debajo del punto de descarga.
Características ambiéntales del área:
Profundidad del agua freática.
Interceptación de nacederos.
Tipo de vegetación.
Tipo de fauna presente en el área.
Afectación de Servidumbres.
Existencia de vías y/o caminos veredales.
Tipo de servicios comunales existentes.
Facilidades de acceso al predio.
Posibilidad de recibir las aguas residuales por gravedad y disponer las tratadas igualmente por gravedad.
Cuidados ambientales
Seleccionado el sitio de ubicación de la planta y el tipo de planta a proyectar es necesario:
Conocer el número, tipo y características de cada una de las unidades de operación.
Identificar los puntos más relevantes de su funcionamiento desde el punto de vista hidráulico.
Analizar las posibilidades de contaminación de las aguas subterráneas, de la producción de gases y peligro de acumulación durante la operación del sistema.
Conocer el volumen de lodos que se producirán diariamente , sus características físico-químicas, facilidades de secado, la posibilidad de desprendimientos de olores ofensivos, las condiciones de almacenamiento; el manejo de los lixiviados naturales o artificiales durante el secado y almacenamiento.
De acuerdo con los resultados anteriores planifique o complemente la conformación de la planta, identifique las medidas de control ambiental necesarias.
Especial cuidado debe darse al desarrollo y diseño paisajístico de la planta, en éste item se debe procurar:
Dejar amplios espacios entre estructuras en especial si son de concreto.
Evitar realizar diseños compactos.
La naturaleza de los procesos amerita que se maneje la jardinería con especial énfasis y cuidado. Prever en los presupuestos una partida adecuada para la jardinería y paisajismo.
El diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas requiere de la colaboración de un equipo multidisciplinario habida cuenta que se requiere de sociólogos, ingenieros civiles, estructurales, eléctricos, mecánicos, ambientales, de suelos, sanitarios, arquitectos paisajistas e ingenieros forestales entre otros, con el fin de contemplar todos los aspectos bióticos y abióticos para seleccionar la mejor alternativa.
Preparación del Manual teórico de operación y mantenimiento que será complementado y ajustado durante la etapa de puesta en marcha de la PTAR.
Se debe tener en cuenta que no todas las plantas deben ser en concreto, ni creer que sino son en concreto no son plantas de tratamiento. A manera de ejemplo las lagunas de estabilización y las zanjas de oxidación, con recubrimientos adecuados pueden ser construidas en tierra con enormes economías en la inversión inicial de los sistemas de tratamiento.
Operación y mantenimiento
La etapa de operación y mantenimiento se constituye, tal vez en la más importante del proceso de desarrollo de una PTAR, sin olvidar que para el mismo se requiere: una juiciosa y cuidadosa investigación preliminar; una adecuada selección del tipo de planta que consulte las posibilidades económicas de la población servida; un excelente y adecuado diseño de procesos unitarios y unidades de operación ; una construcción ajustada a los diseños y consecuentemente una operación acorde con las características mismas de la planta.
Puesta en marcha
Se constituye en la fase de transición y enlace entre la construcción y la operación continua de la planta. Para el éxito de la misma se debe proceder a:
Seleccionar el personal más adecuado técnico y administrativo a los requerimientos que imponga la naturaleza de los procesos unitarios que conforman la planta.
Seleccionar el personal más capacitado para el mantenimiento de la planta en concordancia con las características y naturaleza de las unidades de operación.
Seleccionar personal de soporte capacitado para labores de celaduría, jardinería y tareas de mantenimiento y limpieza en general.Es claro que el número de operarios, su nivel profesional y el tipo de vinculación es proporcional al nivel de complejidad de la planta.
Proceder a dictar cursos de capacitación a personal de la planta, en concordancia con las labores propias del cargo que van a desarrollar.
Especial énfasis debe darse al conocimiento por parte del personal técnico y directivo de los planos, conformación de las plantas, interrelación de unidades, accionar de válvulas y redes de drenaje y recirculación en general para conocer a cabalidad puntos críticos puntos de mantenimiento y control, como única forma de garantizar realmente el funcionamiento continuo o eficiente del sistema a manejar.
Preparado el equipo humano de manejo se debe iniciar la parte práctica de la puesta en marcha que como mínimo debe proceder a:
a) Verificar la estanqueidad de todas las estructuras, a pesar de ser ésta la última etapa de la fase de construcción.
b) Comprobar la distribución de caudales y las velocidades de paso si éstas se constituyen en parte importantes del proceso de tratamiento.
c) Realizar pruebas para verificar la real capacidad de oxigenación de los equipos de aireación.
d) Familiarizarse con los manuales de operación y mantenimiento de los diferentes equipos instalados en la planta.
e) Entender que determinaciones son para control de proceso y cuales las de verificación de proceso
f) Con los resultados obtenidos durante ésta etapa debe ajustarse el Manual de Operación y Mantenimiento de la planta.
g) La etapa de puesta en marcha se termina cuando se alcanzan "condiciones estables " en la calidad del efluente, o sea, cuando se produce repetitividad de los parámetros seleccionados como indicadores que en nuestra legislación son la remoción en carga de materia orgánica expresada en términos de materia orgánica biodegradable (DBO5, y de sólidos Suspendidos Totales (SST).
h) Es necesario tener en cuenta que la etapa de puesta en marcha requiere no menos de 1.5 meses para plantas químicas y de 3 a 6 para plantas biológicas.
i) El Manual de Operación y Mantenimiento ajustado es propio y específico de cada planta pero en forma general debe contar como mínimo con capítulos relacionados con:
Explicación y uso del manual
Medidas y requerimientos mínimos de salud ocupacional y seguridad industrial
Descripción detallada de la planta
Descripción del proceso
Condiciones de Operación normal
Medidas de Mantenimiento
Controles y Registros del Sistema
Plan de Manejo Ambiental
Programa de Aforo y determinaciones de control y verificación
Anexos varios
Manuales de operación y mantenimiento de equipos varios
Formatos de anomalías en la planta
Formatos de información de campo
Formatos de información de laboratorio
Tablas de equivalencia de aforo y cualquier otro interés para el buen funcionamiento del sistema.
Operación normal
La planificación de la operación de una PTAR debe hacerse con base en que debe trabajar 24 horas por día durante 365 días del año. Las lagunas de estabilización y aún las zanjas de oxidación no requieren de cuidados específicos durante las horas de la noche, por lo tanto las actividades prácticamente se reducen a labores de mantenimiento. Es claro que el tamaño de la planta y la complejidad de los procesos exigen la presencia de personal de operación y mantenimiento prácticamente durante las 24 horas del día.
El personal de operación debe compenetrarse de tal forma con la planta, que con el tiempo cualquier variación en el color, olor o apariencia de un proceso le indique que el mismo se encuentra en inicio de deterioro lo que le permite tomar medidas correctivas, en ocasiones aún antes de tener los resultados de laboratorio. La observación microscópica de los lodos da claras señales del estado de tratamiento y de las condiciones de pH, contenido de oxígeno disuelto y grado de pulimento de los residuos en proceso de estabilización. En la planta debe existir una bitácora donde además de registrar los hechos más sobresalientes del diario discurrir de la planta, se deben registrar las trabas en el proceso, las medidas de corrección aplicadas y los resultados obtenidos.
Manejo de lodos
Uno de los aspectos ambientales y económicos más importantes en el tratamiento de aguas residuales es el relacionado con el manejo de los lodos resultantes. En principio, los residuos pueden ser clasificados en tres categorías: aprovechables, no aprovechables y peligrosos. En todos los casos se debe asegurar que el medio de recolección y transporte sea adecuado y que los sitios temporales de almacenamiento estén debidamente construidos para impedir la contaminación de los suelos y de las aguas subterráneas.
Aprovechables
Son los lodos provenientes de un proceso de tratamiento que puede ser reutilizados directa o indirectamente en reciclaje, compostaje y generación de energía. Dentro de ellos se incluyen los lodos inorgánicos inertes de operaciones de desarenado, y de sedimentación, que pueden ser utilizados como relleno y nivelación de terreno o en la preparación de materiales con base en arcilla y sílice como ladrillos y concretos. Se incluyen también los de algunos tratamientos de aguas jabonosas que pueden ser reutilizados como materia prima en la elaboración de jabón de tierra. La Asociación Nacional de Industrias ANDI tiene una bolsa de residuos en donde se pueden consultar el tipo de residuos disponible en muchas industrias que podrían ser utilizados en otras, así como los volúmenes generados.
CUADRO. GUIA PARA DISPOSICION DE LODOS
La mayoría de los lodos provenientes de los procesos de tratamiento aerobios y anaeróbicos provenientes de las plantas de tratamiento de aguas residuales, una vez estabilizados, pueden ser utilizados como abonos y acondicionadores y restauradores de suelo.
Si el sistema de alcantarillado transporta residuos industriales se debe verificar que el contenido de metales pesados en estos lodos no supere los valores indicados en el Cuadro No: 5.3 para evitar la contaminación de suelos y de acuíferos, cuando son dispuestos sobre un terreno.
En otros casos, los lodos resultantes del tratamiento de aguas residuales domésticas pueden ser aplicados directamente a terrenos, los cuales dependiendo de su uso y de sus condiciones ambientales pueden recibir más o menos material.
En otros casos los lodos pueden tener un valor energético alto por lo cual se pueden utilizar para sustitución parcial de combustibles en altos hornos y en procesos de incineración. En este caso se debe verificar que no contengan sustancias que puedan ocasionar impactos ambientales negativos en la atmósfera.
No aprovechables
Son lodos que no son aprovechables y que por sus características pueden ser desechados junto con las basuras de origen doméstico en rellenos municipales. En esta categoría se encuentran los generados en los sistemas de sedimentación primaria, los retenidos por rejillas gruesas y finas de las PTAR , sustancias relativamente inertes que, debido a los altos costos que implica su recuperación, no pueden ser reutilizados.
Peligrosos.
Son aquellos que contienen materiales y sustancias que pueden causar daño a la salud humana o al medio ambiente y que deben ser dispuestos en sitios especiales con las medidas adecuadas de seguridad.
Aunque dentro de esta categoría se encuentran los infecciosos, combustibles, inflamables, explosivos, radiactivos, volátiles, corrosivos, reactivos y tóxicos, en los procesos de tratamiento de aguas residuales ameritan una atención especial los corrosivos y los tóxicos. En general los lodos de tratamiento biológico no son peligrosos .
Aunque estrictamente hablando la clasificación de residuos corrosivos considera residuos líquidos únicamente, los lodos con pHs extremos que se pueden generar en procesos de refinación o en remoción de metales pueden afectar el medio ambiente, en especial, el suelo y las aguas subterráneas de los terrenos en donde son depositados.
Adicionalmente todos aquellos que tengan un contenido elevado de sustancias potencialmente tóxicas pueden afectar el medio ambiente (Ver Cuadro No: 5.4).
Estos residuos deben ser previamente neutralizados y, si contiene metales pesados o sustancias orgánicas potencialmente tóxicas, deben ser ubicados en un relleno especial bien sea de carácter municipal o privado en donde se garantice su total confinamiento y un tratamiento adecuado de los lixiviados.
Características de los lodos provenientes de las PTAR´s
Los lodos que se producen en los procesos de tratamiento de las aguas residuales domésticas son principalmente los que se muestran en el Cuadro
En plantas anaeróbicas la producción de lodos es igual al 20% de los lodos generados en un proceso aeróbico. En el Cuadro No. 5.7 se establecen la cantidad y concentración de sólidos típicas para varios procesos de tratamiento.
CUADRO. CARACTERÍSTICAS DE LOS LODOS
PROCESO | % HUMEDAD LODO | DESCRIPCIÓN | ||
Sedimentación Primaria | 88-96 | Lodo, gris, pegajoso, de olor ofensivo, generalmente es fácil de digerir. | ||
Filtro Percolador | 91-95 | Lodo carmelito, relativamente inofensivo cuando está fresco. Generalmente se descomponen más lentamente que los otros lodos crudos, De fácil digestión. | ||
Precipitación Química | 93 | Lodo de color oscuro, a veces rojo superficialmente cuando contiene mucho hierro. Su velocidad de descomposición es menor que los otros lodos primarios, de consistencia gelatinosa y olor no desagradable. | ||
Lodos Activados | 90-93 | Lodo de color carmelita y floculento. En buenas condiciones no tiene olor ofensivo y huele a tierra. Se vuelve séptico muy rápidamente . Es fácilmente digerible solo o combinado con lodos primarios. | ||
Lodo digerido aeróbicamente | 93-97 | Lodos de color carmelita. Olor inofensivo a moho. De | ||
Todos los lodos crudos tienen un bajo contenido de sólidos ( 1-6%). El problema principal en el tratamiento de lodos radica, en concentrar los sólidos mediante la remoción máxima posible del agua y la reducción del contenido orgánico de los mismos. Como se expresó anteriormente los lodos provenientes de las aguas residuales están compuestos por la materia orgánica removida del agua residual, por lo tanto se descompone y causa los mismos efectos ambientales del agua residual cruda.
Las características y cantidad de los lodos varían mucho y dependen básicamente de lo siguiente:
Origen
Edad
Tipo de proceso de tratamiento del que provienen
Fuente de origen
Contenido de humedad
Densidad de los Sólidos
La cantidad de lodos activados producidos depende del peso del lodo y su concentración. La masa de lodo producido en el proceso de tratamiento es función de los siguientes factores:
Cantidad de materia orgánica removida en el proceso.
La masa de microorganismos presentes en el sistema.
La edad del lodo
La relación alimento / microorganismo.
Métodos de tratamiento de lodos
El tratamiento y disposición eficiente de los lodos de las PTAR requiere conocer las características de los lodos y la facilidad del municipio para el acceso a las diferentes alternativas de utilización y disposición final. Las fases del tratamiento de lodos son las siguientes.
Espesamiento
Es la primera fase del tratamiento. Se utiliza espesamientos por gravedad o por flotación con aire disuelto para mejorar la operación de los digestores, rebajar el costo de la digestión y reducir el volumen del lodo. Los espesadores por gravedad se deben diseñar con las siguientes precauciones:
a) Si la temperatura del agua residual es mayor a 20°C , se debe usar este tipo de espesadores para edad de lodos mayores a 20 días.
b) Se debe mantener el lodo en la unidad de espesado por un tiempo menor de 18 horas para reducir efectos indeseables sobre la actividad biológica.
c) El tanque debe tener un diámetro menor a los 12 metros.
d) Es recomendable para lodos provenientes de procesos primarios y lodos combinados.
e) Los espesadores por flotación son utilizados para lodos livianos provenientes de lodos activados y filtros percoladores. La eficiencia del proceso depende del índice volumétrico de Lodos, la carga de sólidos y la relación aire / sólidos. Requieren la aplicación de polímeros para acondicionamiento.
Digestión anaerobia.
La digestión se utiliza con el propósito de producir un compuesto final estable y eliminar cualquier microorganismo patógeno presente en el lodo crudo. Se utiliza principalmente para estabilizar lodos primarios y secundarios. Los hay de tasa baja, convencionales o estándar, donde el lodo se dosifica de forma intermitente, sin mezcla ni calentamiento. En los de tasa alta todas las reacciones del proceso de conversión ocurren simultáneamente en el mismo tanque. Se utiliza en plantas grandes por su bajo consumo de energía.
Digestión aerobia.
Es el método más usado en plantas con caudales menor a 220 l/s . Este proceso de digestión permite reducir la concentración de Sólidos Volátiles entre un 35 y 50%, siendo el parámetro básico de diseño la edad del lodo. Las ventajas de utilizar éste método de digestión son las siguientes :
Costos de capital inferiores si el caudal de aguas residuales es bajo.
Más fácil de operar que el proceso de digestión anaerobia.
Ambientalmente mejor ya que no se generan malos olores.
Produce un sobrenadante de DBO, SS y NH3 de concentraciones bajas.
Reduce el contenido de grasas y aceites en el lodo.
Reduce bastante el contenido de patógenos.
Estabilización con cal.
La adición de cal para la estabilización de lodos es un proceso sencillo que permite eliminar malos olores y patógenos mediante la creación de un pH igual a 12 Und durante más de dos horas. Mejora las característica de secado y sedimentación del lodo, reduce el poder fertilizante del lodo estabilizado en comparación con el lodo digerido anaeróbicamente y aumenta la alcalinidad.
Acondicionamiento de lodos.
El acondicionamiento de lodos es necesario para obtener un lodo espesado de buena concentración de sólidos cuando se usan procesos mecánicos de espesamiento o secado. Los principales métodos de acondicionamiento son :
Con compuestos químicos orgánicos.
Con compuestos químicos inorgánicos.
Físico térmico
Por elutriación.
Con Permanganato de Potasio.
Secado de lodos.
Con el proceso de secado de lodo se busca reducir el contenido de agua en menos de un 85%. Para determinar el método de secado a utilizar hay que tener en cuenta los procesos subsecuentes de tratamiento y disposición final. Los objetivos del secado de lodos es reducir la humedad para disminuir el volumen de lodo, facilitar su manejo y hacer más económico su tratamiento posterior y disposición final a más de minimizar la producción de lixiviados si la disposición final se realiza en un relleno sanitario.
Los métodos de secado son: Filtración al vacio, centrifugación, filtros prensa , lechos de secado de arena y laguna de secado de lodos.
Los lechos de secado de arena es el método más usado en plantas pequeñas ( menores de 100 l/s ) , éstos lechos son semejantes a filtros intermitentes de arena y tiene la ventaja de requerir poco personal para operación . Otro método alternativo son las lagunas de secado de lodos, sistema que puede ser implementado en aquellas poblaciones donde las condiciones climatológicas generen buenas condiciones de evaporación y los suelos tengan una permeabilidad menor de 4.2 * 10 – 4 cm/s.
Disposición final.
Es en ésta parte del manejo de lodos donde se debe tener el mayor cuidado. Se debe recordar que el lodo generado por un proceso de tratamiento de aguas residuales se convierte en un sub-producto y no en un residuo como ha sido hasta el momento la tendencia generalizada en el país.
Las alternativas de utilización posterior de los lodos son:
Compost
Aplicación sobre el suelo
Disposición en rellenos
Incineración
Compost. El compostaje es la degradación biológica controlada de materiales orgánicos, hasta formas un compuesto estable, de color oscuro, textura suelta y olor a tierra. El proceso puede ser aeróbio o anaeróbico. En la vía arobia se acelera el proceso de descomposición y permite obtener altas temperaturas que permiten la destrucción de patógenos, mientras que el anaerobio va siempre acompañado de malos olores, con el consiguiente problema ambiental en el área. La adición de compost al suelo puede ser beneficioso ya que incrementa la aireación , mejora la retención de nutrientes y el contenido de humedad, reduce la erosión y la presencia de enfermedades en las plantas; Sin embargo su contenido nutricional es muy bajo , Por lo tanto el compost es utilizado para la recuperación de suelo, como material de cobertura en rellenos sanitarios , invernaderos, campos deportivos y cultivos paisajísticos.
Aplicación sobre el suelo. La aplicación sobre el suelo es una práctica que se realiza hace muchos años y se constituye una de las mejores alternativas para nuestro medio. Las ventajas y desventajas se resumen en el Cuadro No. 5.10. De acuerdo con lo establecido en los Cuadros Nos. 5.3 y 5.4 , para la disposición de lodos de aguas residuales se debe tener en cuenta el contenido de metales y compuestos orgánicos presentes en los mismos . El lodo puede aplicarse de las siguientes maneras : sobre tierras de agricultura, sobre tierras de bosques, sobre terrenos alterados y sobre terrenos de destinación específica.
Los principales factores de control sobre la tasa de aplicación sobre el suelo son:
La tasa de utilización de nutrientes por la vegetación.
El consumo potencial de compuestos tóxicos por las plantas.
La acumulación de sales y metales en el suelo
La utilización como alimento, humano o animal , del cultivo
La contaminación de aguas subterráneas.
Disposición en rellenos.
Consiste en el enterramiento de lodo mediante la aplicación sobre el suelo y la colocación de una capa de suelo sobre él. En algunos casos el lodo tratado ha sido utilizado como material de cobertura con muy buenos resultados hasta el momento. Los cuidados ambientales a tener en cuenta en éste tipo de solución son los siguientes:
El sitio debe estar alejado de zonas residenciales.
Se debe contar con estructuras de soporte del lodo dispuesto.
Deben diseñarse estructuras de control y manejo de las aguas de escorrentía generadas en el área.
Se debe contar con pozos de monitoreo de lixiviados.
Deben diseñarse estructuras de control y manejo de las aguas de escorrentía generadas en el área.
Se debe contar con pozos de monitoreo de lixiviados.
La zona debe disponer de un material de recubrimiento con una permeabilidad menor de 1 * 10-7 cm/s, la cual puede ser una geomenbrana o recubrimiento de bentonita, arcilla o suelo cemento.
Se debe diseñar una capa impermeable que permita el drenaje del agua de escorrentía y sea capaz de soportar la vegetación.
Se debe implementar un sistema de recolección y tratamiento de lixiviados.
Se debe contar con un sistema de recolección de gas y ventilación del relleno con el fin de evitar la acumulación de gas metano dentro de la estructura del mismo con el consiguiente peligro de explosión.
Etapa de construcción
En esta sección se presentan los criterios que tendrá que involucrar el diseñador dentro de las actividades proyectadas para la construcción, de tal manera que sean consideradas por el constructor con objeto de minimizar los impactos ambientales que se originan a causa de la materialización del sistema de Alcantarillado y la planta de tratamiento de aguas residuales de la localidad.
Exploración de campo.
Consiste en la ejecución de apiques, trincheras, perforaciones estáticas o dinámicas, u otros procedimientos exploratorios reconocidos en la práctica, con el fin de ejecutar pruebas directas o indirectas en el terreno y obtener m uestras para ensayos de laboratorio. La exploración debe ser amplia y suficiente para garantizar un adecuado conocimiento del subsuelo hasta la profundidad de influencia de la excavación, según se establece:
Ejecución de sondeos, de acuerdo a lo establecido en la norma RAS.
Estudio de las Aguas Subterráneas
Realización de ensayos In situ y laboratorio, para suelos y aguas tanto subsuperficiales como superficiales.
Vías de acceso
En los casos en donde la construcción de los componentes del Sistema de Alcantarillado y planta de tratamiento, contemplen la construcción de vías de acceso que permitan tanto la movilización de personal como la de equipos y materiales, el diseñador del sistema deberá considerar como mínimo los siguientes aspectos:
Clase de vía
Entendiendo, en este caso, por clase de vía la permanencia en el tiempo de la misma, es decir, si el carácter es temporal, cubriendo únicamente la etapa de construcción o de carácter permanente, cuando su proyección contempla la etapa de operación.
En los dos casos se involucrarán como instrumentos de decisión de la selección del trazado: su longitud, ancho de calzada, tipos de suelo, (geomorfología, geotecnia, pendientes, fallas geológicas, tipo de vegetación circundante y nivel de amenaza sísmica), cruce por drenajes naturales o artificiales, y servidumbres. Adicionalmente se debe identificar si se requiere de estructuras especiales ( puentes, viaductos, etc.), estableciendo las características y ubicación geográfica de las mismas.
En el caso de contemplar la vía únicamente para la etapa de construcción, el diseñador deberá considerar dentro de los estudios, las actividades a desarrollar para la mitigación, clausura y recuperación del área afectada, de tal manera que se pueda volver a las características iniciales de la zona.
Para la utilización de vías existente, el diseñador deberá contemplar el mantenimiento de las mismas, en especial en la etapa de construcción, de tal manera que se garantice en todos los casos la no-afectación de la población que se ve beneficiada por este medio de comunicación.
Movimiento de tierras
El movimiento de tierras se refiere a la acción de realizar excavaciones, cortes de suelo, rellenos o nivelaciones de terrenos necesarios para ejecutar la construcción de cada uno de los componentes del sistema de alcantarillado. Para cuantificar el impacto por este aspecto el diseñador deberá contemplar lo siguiente:
Volúmenes de material de excavación.
El sistema de excavación a utilizar (manual o mecánico).
Volúmenes de rellenos.
Niveles freáticos en el área de afectación directa.
Requerimientos de uso de explosivos y manejo a dar a los mismos de acuerdo con las estipulaciones del Ministerio de Defensa.
Tipo de suelos e inclinación de los taludes.
Interferencias con drenajes de aguas de escorrentía superficial.
Mantenimiento de la fauna.
Remoción de masa vegetal.
Reductos Arqueológicos.
Rotura de pavimentos
La rotura de pavimentos puede realizarse únicamente en los sitos indicados en los planos, o en los que el interventor apruebe para el efecto. El pavimento existente debe cortarse de acuerdo con los límites especificados y sólo pueden excederse cuando existan razones técnicas justificadas para ello y con previa autorización de la autoridad competente.
El corte debe cumplir los siguientes requisitos:
La superficie debe quedar completamente vertical
El corte se efectúa según líneas y trazos definidos en planos.
Los equipos especiales de corte, como sierras, martillos rompe pavimentos, herramientas neumáticas y otros, deben ser aprobadas previamente por el interventor de la obra. En todo caso se prohíbe la utilización de equipos que presenten frecuencias de vibración que puedan ocasionar daños en las estructuras vecinas o generen niveles de ruido que incidan en el bienestar de la comunidad.
Reparación
Los trabajos incluidos en este literal constituyen las distintas operaciones para efectuar la reparación de pavimento en aquellas calles pavimentadas en las que se han efectuado excavaciones para la construcción de estructuras de acueductos o alcantarillados, de acuerdo con lo consignado en los planos o labores ordenadas por el interventor.
Para la imprimación deben emplearse asfaltos líquidos ó similares, o asfaltos de curado lento SC-0, SC-2, con una dosificación entre 1 y 2 litros por m². El producto debe aplicarse a una temperatura que lo haga suficientemente fluido durante su aplicación. En ningún caso se debe aplicar este producto durante un evento de lluvia ni debe permitirse que el mismo llegue a las fuentes superficiales vecinas.
Manejo de sobrantes
Cuando las características del material excavado y los escombros producidos sean compatibles con los requerimientos de la obra, el diseñador debe contemplar su reutilización y para el material sobrante prever su disposición en zonas autorizadas por la autoridad ambiental en caso de existir (botaderos con licencia ambiental o planes de manejo ambiental establecidos por la autoridad ambiental competente1), o en áreas dentro del mismo proyecto manejadas por el constructor, y avaladas por la autoridad ambiental.
El diseñador debe tener en cuenta los siguientes lineamientos para seleccionar el sitio de disposición final:
El material sobrante de las actividades de excavación y demolición, deberá depositarse en zonas autorizadas por la autoridad ambiental.
Las Zonas de Manejo de escombros y material de excavación (Zodme) se localizarán primordialmente en áreas de cárcavas, socavones, o zonas bajas que no sean áreas inundables de drenaje o alimentación de fuentes de agua superficiales o que estén en las rondas de protección ambiental de cuerpos de agua.
En todos lo casos el diseñador deberá garantizar que la capacidad del Zodme sea mayor o igual a la producción del material de excavación y que las distancias de transporte sean las menores previendo la afectación dela vía de interconexión.
El número de zonas de disposición requeridas por el proyecto será determinado de acuerdo con los volúmenes removidos y con las distancias de transporte de las zonas de producción hacia las zonas de disposición, de tal manera que se minimicen las actividades de desplazamiento y saturación de áreas de disposición.
En zonas donde se presenten situaciones desfavorables debido a la presencia de aguas subterráneas, y particularmente cuando el suelo sea muy susceptible a los procesos de erosión o degradación o se encuentre suelto, es conveniente la implementación de métodos de drenaje de tipo superficial o sub-superficial.
Como componentes principales de tipo ambiental, el diseñador deberá contemplar dentro de las características de la zona seleccionada como ZODME, además de la capacidad del área de recepción y distancias de desplazamiento, las siguientes:
a) Pendientes del terreno: De tal manera que el depositar material adicional en la zona no genere acciones erosivas, en el área en inmediaciones del sitio.
b) Nivel freático: Para determinar la necesidad de construir sistemas de control y manejo de aguas subsuperficiales, complementarios al manejo de aguas de escorrentía superficial que se le debe dar a cada área de disposición.
c) Transporte: La movilización de material sobrante se debe realizar en volquetas que alcancen las condiciones técnicas y mecánicas que garanticen el cumplimiento de las disposiciones de emisión de gases estipuladas en la Resolución 005 de 1996 emanada del Minambiente y Mintransporte, y las reglamentaciones fijadas por las autoridades ambientales regionales competentes.
d) Sistemas de Drenae: Cuando los sistemas de drenaje utilizados para el control de aguas de escorrentía descarguen directamente a un cuerpo de agua superficial, dentro de sus componentes deberá preverse estructuras de control y decantación de sedimentos, disipadores de energía y/o pendientes que eviten la erosión de suelos.
Manejo de cuerpos de agua
El diseñador deberá contemplar para el cruce de cualquier tipo de fuente superficial los siguientes aspectos de carácter ambiental:
Aguas subterráneas: En toda excavación se deben tener en cuenta las condiciones de aguas subterráneas y superficiales, en el cálculo de condiciones de falla y de servicio y por ende en el diseño de taludes, obras de contención y sus obras complementarias.
Longitud del cruce: Entendiéndose como tal la distancia transversal o menor longitud existente entre las riveras de la corriente, considerando la máxima ocupación del cauce presente en temporadas de lluvia.
Tipo de cruce: Refiriéndose este a cruces subsuperficiales ( box coulvert, excavando el lecho del río) y aéreos (por encima del cauce del río sin tener contacto con el mismo
Conformacón del cauce: Determinado por sus características de geoforma, incluyendo, cortes transversales, pendientes, tipos de suelo de las riveras y del lecho, definiendo de esta manera las obras de estabilización de taludes y de protección de tuberías y estructuras. En lo posible, se clasificará el cauce de acuerdo con un método conocido (HORTON u otro similar) definiendo como mínimo:
a) Grado de Orden del cauce.
b) Geometría.
c) Franja protectora.
d) Caracterización geotécnica.
e) Requerimientos de obras de control.
Siempre que se requiera la ocupación de un cauce de cualquier orden se debe tramitar el permiso de ocupación correspondiente ante la autoridad ambiental competente.
Flora y fauna
Los ecosistemas y en general las áreas de manejo especial declaradas por las Autoridades Ambientales poseen una gran riqueza natural. Tal complejidad involucra una flexibilidad de cambio espacio temporal dentro de la cual los organismos cambian y se adaptan a dichos ajustes, los cuales se pueden dar como permanentes o temporales.
Teniendo en cuenta que cualquier actividad antrópica que involucre el medio natural genera cambios de diferente tipo y magnitud en los ecosistemas, se hace necesario estudiar, controlar y monitorear dichas alteraciones en la etapa de factibilidad y prefactibilidad, con el fin de minimizar los efectos tensores sobre el medio físico y sus componentes biótico, seleccionando la alternativa más conveniente desde el punto de vista ecosistemático. El diseñador debe considerar el efecto que las obras a construir tendrán sobre la diversidad presente en el área.
Arreglo de zonas verdes
Los siguientes puntos comprenden las exigencias mínimas para la ejecución de empradizados, el revestimiento de taludes de terraplenes, cortes y otras áreas del proyecto, ya sea mediante el transplante de bloques de césped o el recubrimiento con tierra orgánica y la subsiguiente siembra, de acuerdo con los planos o en sitios determinados por la autoridad competente. Los materiales a utilizar deben tener las siguientes características:
Tierra vegetal: La tierra vegetal para empradizados debe ser un suelo fértil, con buenas características de drenaje, libre de raíces y otros materiales extraños o nocivos.
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