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ADAPTACION DE LAGUNAS DE OXIDACION COMO HUMEDALES ARTIFICIALES
PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN LA SABANA DE
BOGOTA. VIABILIDAD TECNICA
CARLOS JAVIER TERREROS FOLLECO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES
BOGOTÁ D.C.
2017
ADAPTACION DE LAGUNAS DE OXIDACION COMO HUMEDALES ARTIFICIALES
PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN LA SABANA DE
BOGOTA. VIABILIDAD TECNICA
CARLOS JAVIER TERREROS FOLLECO
Proyecto de Grado en la modalidad de Monografía, para optar el título de Tecnólogo en
Construcciones Civiles.
Tutor
Ing. Civil. Cesar Augusto García Ubaque
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES
BOGOTÁ
2017
Nota de aceptación
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
__________________________
Firma del Presidente del jurado
__________________________
Firma del jurado.
Contenido RESUMEN ....................................................................................................................... 11
INTRODUCCION ............................................................................................................ 13
1. DEFINICION DEL PROBLEMA ............................................................................ 14
1.1. Identificación del problema......................................................................................... 14
2. JUSTIFICACION .................................................................................................... 16
3. OBJETIVOS ........................................................................................................... 17
3.1. objetivo general ......................................................................................................... 17
3.2. objetivos específicos .................................................................................................. 17
4. MARCO TEORICO ................................................................................................ 17
4.1. Humedales naturales .................................................................................................. 17
4.1.1. Definición ................................................................................................................ 17
4.1.2. Características de un humedal natural .......................................................................... 18
4.2. HUMEDALES ARTIFICIALES .............................................................................. 18
4.2.1. Definición ................................................................................................................ 18
4.2.2. Clasificación ............................................................................................................. 19
4.2.3. Características ........................................................................................................... 20
4.3. LAGUNAS DE ESTABILIZACION ......................................................................... 20
4.3.1. Definición ................................................................................................................ 20
4.3.2. Clasificación ............................................................................................................. 21
4.3.2. Características ........................................................................................................... 21
4.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES (RAS 2000) .............. 22
4.4.1. Sistemas de tratamiento en el sitio de origen: lagunas de oxidación y humedales artificiales de flujo
sumergido. ......................................................................................................................... 22
4.4.2. Sistemas de tratamiento centralizados: Lagunas de oxidación ......................................... 33
4.5. SABANA DE BOGOTA ........................................................................................... 34
4.5.1. Ubicación geográfica ................................................................................................ 34
4.5.2. Municipios ............................................................................................................... 34
4.5.3. Clima ....................................................................................................................... 34
4.6. NORMATIVIDAD REFERENTE AL VERTIMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DOMESTICAS ................................................................................................................. 35
4.6.1. Ley 9 de 1979 .......................................................................................................... 35
4.6.2. Ley 99 de 1993 ......................................................................................................... 35
4.6.3. Decreto 4728 de 2010 ................................................................................................ 36
4.6.4. Resolución 631 del 17 de Marzo de 2015 ..................................................................... 36
4.6. DIFERENCIAS ENTRE LOS DOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES .................................................................................................................. 37
4.6.1. Procesos de depuración .............................................................................................. 37
4.6.2. Procesos biológicos y químicos: Lagunas de estabilización ............................................. 37
4.6.3. Procesos biológicos y químicos: Humedales artificiales .................................................. 38
4.7. EFICIENCIAS ENTRE LOS DOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO .......................... 40
4.8. CRITERIOS DE DISEÑO E IMPLEMENTACION DE LAGUNAS DE OXIDACION Y
HUMEDALES ARTIFICIALES ....................................................................................... 41
4.8.1. Lagunas de oxidación ................................................................................................ 41
4.8.2. Humedales artificiales de flujo subsuperficial ............................................................... 47
4.8.3. Ventajas y desventajas de los dos sistemas ................................................................... 49
5. METODOLOGIA .................................................................................................... 50
6. RESULTADOS Y DISCUSION ................................................................................ 51
6.1. MUNICIPIOS DONDE SE UTILIZAN LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN COMO
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS .......................................... 51
6.2. ELECCION DE LAS POSIBLES ESPECIES VEGETALES USADAS PARA LA
ADECUACION DE LOS HUMEDALES ........................................................................... 53
7. VIABILIDAD DE LA ADAPTACION DE UNA LAGUNA FACULTATIVA A UN
HUMEDAL ARTIFCIAL. ................................................................................................ 54
7.1. Lagunas de estabilización Tocancipa .............................................................................. 54
8. EVALUACION APROXIMADA DE LOS COSTOS DEL SISTEMA DE ADECUACION
61
9. CONCLUSIONES ................................................................................................... 63
10. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 64
GLOSARIO
Aguas residuales: Agua que contiene material disuelto y en suspensión, luego de ser usada por
una comunidad o industria.
Afluente: Agua residual u otro líquido que ingrese a un reservorio, o algún proceso de
tratamiento.
Ambiente aeróbico: Proceso que requiere o no es destruido por la presencia de oxigeno
Ambiente anaeróbico: Proceso desarrollado en ausencia de oxigeno molecular
Biocenosis: Grupo de organismos que viven en un hábitat particular y forman una comunidad
ecológica en la que interactúan.
Biomasa: Materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los residuos y deshechos
orgánicos, susceptible de ser aprovechada energéticamente.
Concentración: Denominase concentración de una sustancia, elemento o compuesto en un
líquido, la relación existente entre su peso y volumen del líquido que lo contiene.
Criterios de diseño: Normas o guías de ingeniería que especifican objetivos, resultados o límites
que deben cumplirse en el diseño de un proceso, estructura o componente de un sistema.
Coliformes fecales: Bacterias negativas de forma alargada capaces de fermentar lactosa con
producción de gas a la temperatura de 35 a 37°C o a temperaturas de 44 a 44.5°C
Demanda bioquímica de oxigeno (DBO): Cantidad de oxigeno usado en la estabilización de la
materia orgánica carbonacea y nitrogenada por acción de los microorganismos en condiciones de
tiempo y temperatura especificados. Mide indirectamente el contenido de materia orgánica
biodegradable.
Demanda química de oxigeno (DQO): Medida de la cantidad de oxigeno requerido para
oxidación química de la materia orgánica del agua residual, usando como oxidantes sales
inorgánicas de permanganato o dicromato en un ambiente ácido y a altas temperaturas.
Hidrolisis: Proceso químico en el cual la materia orgánica se desdobla en partículas más
pequeñas por acción del agua.
Hábitat: lugar en que se cumplen las condiciones más importantes para que una especie
sobreviva.
Efluente: Liquido que sale de un proceso de tratamiento.
Rizomas: Tipo de tallo que crece de manera subterránea y en sentido horizontal, dando lugar al
surgimiento de brotes.
Tratamiento primario: Tratamiento en que se remueve una porción de los sólidos suspendidos
y de la materia organica del agua residual. Esta remoción normalmente es realizada por
operaciones físicas como la sedimentación. El efluente del tratamiento primario usualmente
contiene alto contenido de materia organica y una relativamente alta DBO.
Tratamiento secundario: Es aquel directamente encargado de la remoción de materia orgánica
y solidos suspendidos.
Términos de ecuaciones dadas por la RAS 2000
As= Área superficial
Ast= Area transversal
Ce= DBO5 efluente
Co= DBO5 afluente
Csa= Carga superficial de DBO5 aplicada
Csr= Carga superficial de DBO5 removida
d= Distancia entre bafles, factor de dispersión
D= Profundidad
K= Tasa de acumulación de lodo digerido en días equivalente al tiempo de acumulación de lodo
K20= Constante cinética base
Ks= Conductividad hidráulica
Kt= Constante cinética de primer orden
L= Carga orgánica
Ln= Logaritmo natural
n= Porosidad del medio
PR= Periodo de retención, periodo de retención nominal expresado hora
Q= Tasa de carga hidráulica
Sa= Concentración de DBO total del afluente
S= Pendiente de fondo, concentración de DBO soluble del efluente
Xv= Concentración de sólidos en suspensión volátiles
T= Periodo de retención por tasa de contribución diaria, temperatura del agua residual
INDICE DE TABLAS
TABLA 1. Eficiencia de lagunas anaerobias en función del periodo de retención para T>20°C………...25
TABLA 2.Relación entre la temperatura, periodo de retención y eficiencia en lagunas anaerobias……..25
TABLA 3.Coeficientes de mortalidad para la determinación de la reducción bacteriana………………..25
TABLA 4.Rangos de tiempo de retención para lagunas aireadas………………………………………...28
TABLA 5.Rangos de profundidad para las lagunas aireadas……………………………………………..28
TABLA 6.Factor de dispersión……………………………………………………………………………32
TABLA 7.Parámetros fisicoquímicos y sus valores máximos permisibles……………………………….36
TABLA 8. Procesos bacterianos dados dentro de los humedales artificiales ……..……………………...39
TABLA 9. Eficiencias de los distintos sistemas de aguas residuales domesticas……..………………….40
TABLA 10.Parámetros de las distintas lagunas de estabilización u oxidación…………………………...42
TABLA 11.Remoción de DBO en lagunas anaeróbicas…………………………………………………..43
TABLA 12. Modelo flujo pistón……………………………….…………………..……………………...44
TABLA 13. Modelo empírico de gloyna…...……………………………………………………………..45
TABLA 14. Modelos de carga superficial….……………………………………………………………..45
TABLA 15. Constantes Kb de remoción de coliformes fecales……………………………………..……46
TABLA 16. Criterios de diseño en humedales artificiales………………………………………………..47
TABLA 17. Características típicas del medio para humedales de flujo subsuperficial usables en el
diseño……………………………………………………………………………………………………...47
TABLA 18. Sistemas de tratamiento existentes en los municipios de Cundinamarca……………………52
TABLA 19.Características típicas de las ARD (aguas residuales domesticas)…………………………...56
TABLA 20. Posibles costos de adecuación laguna facultativa a humedal subsuperficial………………...62
ÍNDICE DE IMÁGENES
Imagen 1. Planta de tratamiento municipio de Cachipay………………………………………..14
Imagen 2. Laguna de oxidación municipio de Zipaquirá……………………………………….15
Imagen 3. Humedal artificial de flujo subsuperficial en Oslo, Noruega.………………………………..19
Imagen 4. Municipios de la sabana………………………………….…………………………..35
Imagen 5. Junco……………………………………………………….…………………………54
Imagen 6. Enea…………………………………………………………………………………..54
11
RESUMEN
En años anteriores las lagunas de oxidación o de estabilización eran una técnica pionera para el
tratamiento de aguas residuales domésticas, su poco costo de construcción y su facilidad de
operación hacían de éste sistema el preferido a la hora de diseñar sistemas de tratamiento de
aguas residuales municipales. Con el pasar del tiempo y en algunos municipios por falta de
monitoreo y control han ocurrido diferentes percances, ocasionando que la contaminación a
distintos afluentes como el rio Bogotá aumente de manera considerable ocasionando daños
ecológicos mayores.
En la sabana de Bogotá y sus municipios, el uso de las lagunas de estabilización ha sido
ampliamente establecido y como se dijo anteriormente con el pasar del tiempo su efectividad ha
disminuido inclusive causando malestares entre la población como el mal olor y ríos
constantemente contaminados.
Actualmente, se hacen necesarias políticas para la conservación del medio ambiente, aunque se
ha incrementado el interés por lo que ocurre a nivel ecológico poco se ha realizado para la
implementación de nuevas técnicas en el tratamiento de aguas residuales domésticas.
Diversos estudios alrededor del país y del exterior arrojan resultados favorables al uso de
humedales artificiales como tratamiento de aguas residuales con diversas ventajas entre ellas el
uso de plantas que permitirían el desarrollo de ecosistemas controlados con un alto valor
ecológico.
Así mismo los humedales artificiales tienen la particularidad de no generar lodos con cargas
orgánicas lo que es una ventaja a la hora de su mantenimiento sin embargo aun con todas sus
ventajas, el reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico aun lo considera
como un sistema secundario o inclusive terciario, lo que evidencia que deben realizarse más
practicas con este tipo de tratamiento.
Por esta razón, se requiere establecer la viabilidad técnica de adaptación de lagunas de oxidación
o estabilización a humedales artificiales lagunas con el fin de implementar un sistema más
amigable con el medio ambiente y la población.
12
ABSTRACT
In the last years lagoons of oxidation or stabilization were a pioneering technique for the
treatment of domestic waste water, their little cost of construction and their facility of operation
made of this system one of the most preferred at the moment of designing systems of treatment
of municipal waste water. With the pass of the time and in some municipalities for lack of
monitoring and control different mishaps have happened, causing that the pollution to different
tributaries like Bogota River increases in a considerable way causing ecological mayor damages.
In the Bogota’s savannah and its municipalities, the use of lagoons of stabilization have been
widely established and as it was said before with the pass of the time its efficiency has decreased
even causing discomforts among the population such as odor and constant contaminated rivers.
Nowadays, they are needed policies for the conservation of the environment, though the interest
has increased for what occurs in the environment few things have been carried out for the
implementation of new techniques in the treatment of domestic waste water.
Diverse researches around the country and abroad produce favorable results to the use of
artificial wetlands as treatment of waste water with many advantages, among them the use of
plants that would allow the development of ecosystems controlled with a high ecological value.
Likewise, the artificial wetlands have the particularity of not generate muds with organic loads
which is an advantage at the moment of its maintenance. However, even with all their
advantages the technical regulation of the sector of drinkable water and basic sanitation it is still
considered like a secondary system even tertiary, which demonstrates that more practices must
be realized with this type of treatment.
For this reason, it is needed to establish the technical viability of adjustment of lagoons of
oxidation or stabilization to artificial wetlands, lagoons with the purpose of implementing a more
friendly system with the environment and the population.
13
INTRODUCCION
Actualmente con la expansión urbanística que se da debido al crecimiento de la población en
distintos municipios de la Sabana de Bogotá, se hace necesario establecer la viabilidad de
optimizar y desarrollar nuevos modelos del tratamiento de aguas residuales domésticas debido a
que los anteriores modelos son obsoletos ya que fueron implementados para cierto margen
poblacional que ya se ve superado. El presente proyecto tiene como objetivo establecer las
diferencias que existen entre el tratamiento de aguas residuales domesticas por medio de lagunas
de oxidación o de estabilización que es un método bastante utilizado por los municipios de la
sabana de Bogotá en Cundinamarca y humedales artificiales con el fin de establecer la viabilidad
que existe para adaptar las lagunas a humedales con distintas ventajas que han sido corroboradas
en distintas partes del mundo y que tienen un antecedente de varios estudios en distintas partes
del país.
Para el presente proyecto se realiza el estudio exploratorio para la sabana de Bogotá ya que
presenta varias ventajas para que la ecología de un humedal pueda desarrollarse más fácilmente
que en otros ecosistemas. Así mismo, existen diversos problemas en los municipios que hacen
parte de la sabana que se relacionan con las lagunas de oxidación los cuales serán tratados más
adelante y que presumiblemente se dan por falta de mantenimiento y la poca intervención
gubernamental.
Mediante diferentes cálculos se busca establecer la diferencia existente entre los dos tipos de
tratamiento de aguas residuales con el fin de determinar la viabilidad técnica que exista en
adaptar una laguna de oxidación a un humedal artificial, constatándose variables como caudal,
Área, volumen , y demás dimensiones requeridas para su construcción.
Finalmente se presenta el cálculo para el municipio de Tocancipa de un sistema de tratamiento
que adapte el ya existente de lagunas de oxidación a uno en donde se utilicen un humedal
artificial buscando una mejor filtración de las aguas residuales dando como resultado entre
diversas ventajas la disminución del impacto medioambiental que se da por el vertimiento de
aguas residuales pobremente tratadas a recursos hídricos de gran valor ecológico.
14
1. DEFINICION DEL PROBLEMA
1.1. Identificación del problema.
Actualmente en el tratamiento de aguas residuales en varios municipios de la sabana de Bogotá
existen falencias. Alrededor de gran parte de la sabana, existen municipios que no han
implementado plantas de tratamiento de aguas residuales y si las tienen poco se hace para su
mantenimiento, viéndose el caso de las lagunas de estabilización, que a pesar de ser una buena
opción de tratamiento de aguas residuales municipales, si no se le hace el debido mantenimiento
pueden ser inviables causando distintos malestares entre la población (Universidad de la sabana,
2015).
Se estima que los municipios que vierten más contaminantes a afluentes del rio Bogotá son
Villapinzon, Guasca, Sesquilé, Tenjo, y Sibaté que no cuentan con plantas de tratamiento de
agua, o que si las tienen funcionan en mal estado. Si bien es cierto que existen alrededor de 58
plantas de tratamiento no todas están en funcionamiento como en el caso del municipio de
Cachipay que aunque cuenta con 3 plantas de tratamiento estas están en estado precario
(Contraloría de Cundinamarca, 2008, p.43-44).
Imagen 3. Planta de tratamiento municipio de Cachipay (Contraloría de Cundinamarca, 2008)
15
En la mayoría de los municipios se utiliza el sistema de lagunas de oxidación. Este sistema ya se
ve comprometido debido al crecimiento de la población, dejando atrás los parámetros de diseño
establecidos cuando se implementaron, comprometiendo la calidad de las aguas que son vertidas
a los afluentes y si bien es cierto que se están tomando medidas no se ve una solución real al
problema a corto plazo.
Imagen 4. Laguna de oxidación municipio de Zipaquirá (Contraloría de Cundinamarca, 2008)
La eficiencia de estos sistemas ha sido variable. De acuerdo con los informes de la sociedad
colombiana de geografía en su operación, algunos sistemas no cumplen los parámetros de
remoción establecidos (80% en sólidos suspendidos, grasas y materia orgánica); tienen
problemas de operación y mantenimiento de motores y equipos de bombeo; reciben aguas
provenientes de industrias y mataderos sin pre-tratamiento lo que altera el efecto biológico, base
del tratamiento; reciben apenas parte de las aguas servidas de la población. En los municipios
falta capacidad técnica y financiera para manejar los sistemas construidos y en operación
(Sociedad geográfica de Colombia p. 23)
Así mismo, según diversos estudios llevados a cabo en Colombia, “los humedales artificiales son
una alternativa para la reducción de la contaminación generada por aguas residuales además de la
depuración de lodos provenientes del tratamiento de agua convencionales” (Arias & Brix, 2003,
p.23)., siendo una alternativa de viabilidad para la adaptación de lagunas de oxidación que
contendrían todo lo necesario para implantar este tipo de tratamiento de aguas residuales
reduciendo considerablemente los costos de adecuación, ya que el entorno desarrollado por éste
16
tipo de sistemas de tratamiento, favorece el crecimiento de plantas autóctonas que son utilizadas
para el desarrollo del ecosistema dado en un humedal, aparte de que la cobertura es similar
solamente necesitando adecuaciones de tipo técnico que permita el mantenimiento del nuevo
ecosistema, lo cual debe ser un tema que debe ser estudiado para establecer las posibilidades que
podrían manejarse para poner en marcha dicho mantenimiento.
2. JUSTIFICACION
Diferentes experiencias alrededor del mundo acerca de los humedales artificiales demuestran que
éste sistema tiene variadas aplicaciones con bastantes beneficios. Tomando como referencia
estudios llevados a cabo en México, se demostró que entre las ventajas de este sistema se
encuentra el bajo costo de instalación y mantenimiento, comparado con sistemas físicos,
químicos y biológicos convencionales, así como la generación de un paisaje agradable. Los
humedales artificiales correctamente diseñados y construidos, pueden depurar las aguas
municipales, industriales y las de lluvia, y son especialmente eficaces en la eliminación de
contaminantes del agua, como son sólidos suspendidos, nitrógeno, fósforo, hidrocarburos y
metales. Son una tecnología efectiva y segura para el tratamiento y recirculación del agua si se
mantienen y operan adecuadamente. (Romero, Colin, Sánchez, & Ortiz, 2009).
Así mismo los humedales artificiales, se perfilan como una opción más manejable que además de
depurar las aguas residuales ofrecen varios beneficios, entre ellos mejorar la calidad ambiental,
restaurar habitats, y contribuir a generar zonas de amortiguamiento de crecidas de ríos y
avenidas, algo que beneficiaria bastante a las poblaciones que se encuentren cerca a los afluentes
que desembocan en el río Bogotá, que en temporadas de lluvia puede aumentar su tamaño y
provocar inundaciones (Arias & Brix, p.18).
Actualmente la corporación autónoma regional de Cundinamarca ha hecho esfuerzos para lograr
menguar la situación de las lagunas de estabilización y posteriores vertimientos a afluentes, por
medio del establecimiento de plantas modernas de tratamiento, sin embargo éste sistema puede ir
de la mano con soluciones a corto plazo que ayuden a mitigar la problemática, es por ello que se
hace necesario establecer la viabilidad de la optimización de las lagunas de estabilización por
medio de humedales artificiales, que son catalogados como una de las mejores alternativas
obteniendo mayores beneficios y generando una solución ambiental.
17
3. OBJETIVOS
3.1. objetivo general
Establecer la viabilidad de adaptar lagunas de oxidación como humedales artificiales
constituyendo una solución viable desde el punto de vista técnico económico y ambiental
a problemas asociados a éstos sistemas de tratamiento de aguas residuales
3.2. objetivos específicos
Revisar las condiciones en las que se encuentren algunas lagunas de oxidación de las que
se tengan información actualmente para la implementación de humedales artificiales.
Comparar los rendimientos entre los sistemas de lagunas de estabilización y humedales
artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas.
Determinar el sistema apropiado para la adaptación de lagunas de oxidación como
humedales artificiales.
4. MARCO TEORICO
4.1. Humedales naturales
4.1.1. Definición
Se define como una zona inundada o saturada, bien sea por aguas superficiales o por aguas
subterráneas y con una frecuencia, duración y profundidad suficientes para mantener especies de
plantas, predominantemente adaptadas a crecer en suelos saturados. (Arias & Brix, p.18)
Suelen tener aguas con profundidades inferiores a 60cm con plantas emergentes como
espadañas, carrizos y juncos. Tienen un gran valor ecológico porque permiten la presencia de
una gran variedad de especies entre ellas microorganismos potenciales de filtración. (Sanabria,
A. p 86.)
18
4.1.2. Características de un humedal natural
Los humedales tienen como característica principal el elevado contenido en agua del suelo, que
están saturados hasta la superficie o muy cerca de ella. El suelo en general está formado por
materiales inorgánicos, por materia orgánica y por poros que contienen aire, agua o aire y agua.
El suelo está sometido a la presión atmosférica, y a medida que profundizamos, esta va
aproximándose a la presión del agua. Cuando llegan a ser iguales estamos en la superficie
piezometrica. La parte superior a esta será la zona saturada. La zona no saturada está
caracterizada porque los poros contienen aire y agua y porque la circulación del agua depende
básicamente de la gravedad (tendencia al movimiento vertical). El agua de la zona saturada tiene
otros movimientos al no estar regida su circulación solo por la gravedad, y depende de las
presiones que aporta el suelo circundante y de las propias del agua. (Seoánez, 1999).
La vegetación proporciona superficies para la formación de películas bacterianas facilitando la
filtración y adsorción de los constituyentes del agua residual, existiendo la transferencia de
oxígeno a la columna de agua y controlando el crecimiento de algas.
Por lo tanto: “Las interacciones que se dan dentro de los humedales naturales los convierten en
lugares de almacenamiento y depuración de aguas, gracias a la acción de la vegetación que en
ellos se genera” (Sanabria, A. p 86.). Por la acción de las raíces y tallos sumergidos, se mejoran
la capacidad de absorción y filtración del suelo, haciendo de ellos excelentes sistemas naturales
de tratamiento de aguas fijando físicamente los contaminantes de la superficie del suelo y la
materia orgánica. (Sanabria, A. p 86.).
4.2. HUMEDALES ARTIFICIALES
4.2.1. Definición
Son obras de ingeniería que manipulan los componentes que generan la diversidad de
interacciones de los humedales naturales, consisten en el diseño correcto de un canal que
contiene agua, substrato, medio de soporte y en general plantas emergentes. Se define por el
confinamiento del humedal, el cual se construye mecánicamente y se impermeabiliza.
Tienen la ventaja de comportarse como naturales, pudiéndose controlar aspectos biológicos e
hidráulicos. (Sanabria, A. p 86.)
19
Imagen 3. Humedal artificial de flujo subsuperficial en Oslo, Noruega. (Hoffman, H., Platzer, C., Winker, M., & Von Muench, E,
2011).
4.2.2. Clasificación
Se clasifican según el tipo de flujo, entre ellos:
Sistemas de flujo libre: son construidos con canales estrechos e impermeables de gran longitud,
con profundidades pequeñas, baja velocidad de desplazamiento de la masa de agua. El agua fluye
con la lámina de agua por encima del lecho vegetal y entre los tallos de especies emergentes.
Sistemas de flujo subsuperficial: En éste tipo de humedales se construyen canales de lecho
filtrante a través de los cuales se hace pasar el caudal de agua residual sin que la altura de la
lámina de agua sobrepase la superficie del material del relleno. La profundidad del lecho es
función de la penetración de las raíces y varía entre 30 y 90cms (Sanabria, A. p 86.)
Dentro de este tipo de sistema se pueden citar algunos a continuación (Seoánez, 1999).
SACW: Sistema de tratamiento aerobio de aguas acidas
HFS, RBT, SFS: Sistemas de flujo horizontal
VFS: Sistemas de flujo vertical
GBTW-SFS: sistemas de lecho de grava en humedal subsuperficial
GBH: Sistemas hidropónicos de lecho de grava
PSFS-SFS: Sistemas de suelo con vegetación en humedal subsuperficial
ESSCV-L-SFS-IP: Sistema con escorrentía superficial sobre cubierta vegetal, lagunaje,
humedal subsuperficial y balsa de infiltración-percolacion
20
L-ESSCV-FWS: Sistemas con lagunaje, escorrentia superficial sobre cubierta vegetal y
humedal de aguas libres.
B-ESSCV: Humedal de filtro biológico con escorrentia superficial sobre cubierta vegetal.
DS-L-Le-FWS: Sistema de Devils Lake, con humedal cubierto de Lemma sp en aguas
libres.
SSB-GB-RBT: Humedal econ Scirpus sp y Phragmites sp, en lechos de grava.
JBEW-Le-Po-Pha: Sistema de Jackson Botton Experimental Wetland, con Lemna sp
Potamogeton sp y Phalaris arundinacea.
4.2.3. Características
Este tipo de sistemas tiene ciertas características específicas básicas listadas a continuación
(Seoánez, 1999):
El sustrato casi siempre es artificial o muy modificado
Vegetación implantada
Especies vegetales elegidas según el tipo y función del humedal
Afluentes líquidos contaminados con diversos productos
Gestión de la vegetación, es decir que se mantiene un control de crecimiento, riego, etc.
Así mismo los humedales artificiales pueden aumentar su eficacia, de tal manera que éstos
purifiquen mejor el agua que los humedales naturales teniendo en cuenta aspectos como la
regularización de sedimentos y el tipo de vegetación implantada.
4.3. LAGUNAS DE ESTABILIZACION
4.3.1. Definición
Son obras de ingeniería de tratamiento sencillos que se usan ampliamente en el país como una
alternativa económica de tratamiento, consiste en una estructura simple para embalsar las aguas
residuales domesticas con el objeto de mejorar sus características sanitarias. El tratamiento de
aguas residuales ocurre por medio de la interacción de la biomasa entre bacterias y algas, por lo
general se construyen a poca profundidad y con periodos de retención relativamente grandes de
varios días, se diferencia de otros sistemas de tratamiento en que no requiere energía externa para
21
su funcionamiento a excepción de la luz solar que es la generadora de la fotosíntesis en las algas
(Manga J., et al.).
4.3.2. Clasificación
Dentro de este sistema se pueden observar 4 tipos de lagunas de estabilización (Manga J., et al.):
Lagunas anaerobias: Se utilizan comúnmente como primera fase en el tratamiento de
aguas residuales urbanas o industriales con alto contenido de materia orgánica. Su
objetivo es la reducción de contenido de sólidos y materia orgánica del agua residual.
Lagunas aireadas: Este tipo de lagunas se usan para la degradación de la materia orgánica
mediante la actividad de bacterias aerobias que consumen el oxígeno producido por las
algas.
Lagunas facultativas: Poseen una zona aerobia y una zona anaerobia situadas
respectivamente en superficie y fondo, por ello, se puede encontrar cualquier tipo de
microrganismo que reacciona con el medio que también puede poseer cierto tipo de algas,
que dependen del constante cambio de oxígeno.
Lagunas de maduración: tiene como objetivo la eliminación de bacterias patógenas,
además de éste objetivo contribuye a la nitrificación del nitrógeno amoniacal y clarifica
el efluente. Suelen constituir la última etapa del tratamiento.
4.3.2. Características
Este tipo de tratamientos suele ser sencillo y económico, son apropiados tanto para industrias
como para poblaciones pequeñas y ciudades grandes. Su configuración es elemental con
estructuras de entrada y salida fáciles en su mantenimiento con accesorios de aforo y
pretratamiento indispensables.
Una laguna de estabilización contiene principalmente algas y bacterias en suspensión que junto
con la interacción del sol y el oxígeno se llevan a cabo varios procesos tanto biológicos como
químicos, entre ellos dos grandes tipos de actividad biológica que son la oxidación aeróbica y
oxidación anaeróbica.
22
Suelen utilizarse de manera mixta, para una mayor calidad en la filtración y limpieza del
efluente, en serie o en paralelo (Romero, 2005) según el diseño y las condiciones en la que se
lleve a cabo su implementación lo requiera, o siguiendo el esquema dado por la norma RAS
2000.
4.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES (RAS 2000)
4.4.1. Sistemas de tratamiento en el sitio de origen: lagunas de oxidación y humedales artificiales
de flujo sumergido.
Los sistemas de tratamiento en el sitio de origen son aquellos usados en lugares aislados donde
no existan redes de alcantarillado. En el capítulo 3 del título E de la RAS 2000 se establece a las
lagunas de oxidación y a los humedales artificiales como alternativas de postratamiento del
sistema mencionado.
A continuación se darán las consideraciones para los humedales sumergidos contenidas en el
reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (2000):
Localización: Deben localizarse aguas abajo de un tanque séptico, para ello deben
llevarse estudios de factibilidad que contienen la evaluación de las características del
suelo, localización geográfica, líneas de propiedad y vegetación existente para una
localización adecuada del humedal
Parámetros de diseño:
1. Área superficial: Según el reglamento se pueden tener en cuenta dos alternativas:
a) Se usan los siguientes valores para carga hidráulica: 0.032 m2/L/ dia (para zonas
frías o donde haya restricciones de espacio) y 0.021m2/L/dia (para zonas donde haya
restricciones de espacio)
b) Método incluyendo la cinética del proceso:
𝐴𝑠 = 𝑄𝑑 ∙ (𝐿𝑛𝐶𝑜 − 𝐿𝑛𝐶𝑒)/ (𝐾𝑡 ∙ 𝐷 ∙ 𝑛) (1)
2. Sección transversal: Para este cálculo se recomienda el uso de la ley de Darcy:
𝐴𝑠𝑡 =𝑄
(𝐾𝑠∙𝑆) (2)
23
a) La conductividad utilizada para el diseño nunca debe ser mayor que la del medio de
soporte. Se debe reducir la conductividad teniendo en cuenta los efectos de
atascamiento asociados a la retención de sólidos en los humedales.
b) Pendiente de fondo: Se recomienda no usarla
c) Se recomienda utilizar piedra entre 50 y 100mm para una longitud de 0.6m alrededor
del influente distribuidor
d) Usar solamente sustrato lavado para eliminar granos finos que puedan taponar los
poros del sustrato causando posiblemente flujo superficial
e) Construir la berma al menos 150 mm por encima del sustrato y al menos 150 mm por
encima de la superficie de la tierra
f) Pendiente exterior 3H:1V
g) Pendiente interior 2H:1V
h) Ancho mínimo de la berma: 0.60m
i) Carga orgánica máxima= 4m2/kg de DBO5/ día
j) Tiempo de llenado del lecho con agua =1 a 2 días
k) Profundidad: Se recomienda que la profundidad media del lecho sea 0.6m y que la
profundidad en la entrada no debe ser menor de 0.3m. Se recomienda que para los
lechos se construyan con al menos 0.5m de cabeza sobre la superficie del lecho, si es
para lechos pequeños puede reducirse.
l) Medio: Cuando se utilice grava como medio que carece de nutrientes, se recomienda
que las semillas se planten en un medio fértil con el fin de evitar problemas.
Operación y mantenimiento: Se recomienda que la superficie del humedal sea cubierta
con vegetación, la elección de la vegetación depende del tipo de residuos, de la radiación
solar, la temperatura, la vida silvestre deseada, las especies nativas y la profundidad del
humedal. Se deben usar dos celdas en serie. Las celdas deben ser impermeabilizadas para
evitar la infiltración. Es esencial que las raíces siempre tengan acceso a agua en el nivel de
los rizomas en todas las condiciones de operación. Para medios permeables con alta
conductividad hidráulica (tales como la grava) se recomienda que el nivel de agua se
mantenga alrededor de 2 a 5 cm por debajo de la superficie del lecho.
Seguidamente se tratara lo relacionado a las lagunas de oxidación o estabilización:
24
Localización: La ubicación para este tipo de sistemas de lagunas debe estar aguas abajo de
la cuenca hidrográfica en un área extensa y fuera de la influencia de cauces sujetos a
inundaciones y avenidas. En el caso de no ser posible deben proyectarse obras de
protección. El área debe estar lo más alejada posible de urbanizaciones con viviendas ya
existentes, dentro de la norma se recomienda lo siguiente: 1000m como mínimo para
lagunas anaerobias y reactores descubiertos, 500m como mínimo para lagunas facultativas
y reactores cubiertos y finalmente 100 m como mínimo para sistemas con lagunas
aireadas.
Tipos: Para el tratamiento de aguas residuales domesticas se consideran únicamente los
sistemas de lagunas que tengan unidades anaerobias, aireadas, facultativas y de
maduración, en las combinaciones y número de unidades que se detallen en la norma.
Parámetros de diseño:
1. Lagunas anaerobias: Debe diseñarse un número mínimo de dos unidades en paralelo para
permitir la operación en una de las unidades mientras se remueve el lodo de la otra.
Carga superficial: Se usa para comprobar que la carga sea suficientemente alta con el
fin de sobrepasar la carga facultativa, sobre todo en las condiciones iniciales de
operación con una carga reducida por efecto de un reducido número de habitantes
conectados al sistema de alcantarillado. Para que se presenten condiciones de trabajo
anaerobias, la carga debe estar muy por encima de 1000kgDBO/ha/día.
Carga volumétrica: La carga orgánica volumetría máxima para temperaturas sobre
20°C permitida será 300 g DBO/m3/dia. Si en el estudio de impacto ambiental se
establece que el factor de olores no es de consideración, se puede incrementar a 400g
DBO/m3/dia. Para temperaturas inferiores a los 20°C la carga volumétrica máxima
debe ser de 200g DBO/m3/dia.
Tiempo de retención hidráulica: Según la norma, los tiempos de retención a usar, son
función de la temperatura del agua del mes mas frio y de eficiencia de remoción
requerida, puestas en las siguientes tablas:
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TABLA 1
Eficiencia de lagunas anaerobias en función del periodo de retención para T>20°C
Periodo de retención en días Reducción de DBO5
1 50
2.5 60
5 70
Fuente: reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. (2000). Santa Fe de Bogotá: Ministerio de desarrollo económico
TABLA 2
Relación entre la temperatura, periodo de retención y eficiencia en lagunas anaerobias
Temperatura °C Periodo de retención, días Remoción de DBO5 %
10-15 4-5 30-40
15-20 2-3 40-50
20-25 1-2 50-60
25-30 1-2 60-70
Fuente: reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. (2000). Santa Fe de Bogotá: Ministerio de desarrollo económico
Profundidad: Se recomienda una profundidad entre 2.5m y 5m.
Acumulación de lodos: Se debe calcular el volumen de acumulación de lodos en la
laguna y tenerlo en cuenta para el diseño. El valor de diseño para tal propósito es de
40 L/hab/año. El periodo de desenlode recomendado está entre 5 y 10 años. Se debe
proveer un volumen extra para dicha acumulación.
Remoción de coliformes: Las lagunas anaerobias son menos eficientes que las
facultativas en la reducción de coliformes. La remoción debe determinarse de
acuerdo a las recomendaciones dadas en la siguiente tabla:
TABLA 3
Coeficientes de mortalidad para la determinación de la reducción bacteriana
Carga Kg DBO/(ha*d) Coeficiente de mortalidad (L/d)
400 0.060
600 0.55
800 0.50
1000 0.46
26
1200 0.41
1400 0.37
Fuente: Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. (2000). Santa Fe de Bogotá: Ministerio de desarrollo económico
Consideraciones hidráulicas:
Instalación de canaleta tipo parshall o palmer bowlus a la entrada de la instalación
para medir el caudal
instalación de un vertedero rectangular a la salida para comprobación de infiltración
Si el sistema de lagunas esta en paralelo deben instalarse dispositivos repartidores de
flujo. Se recomienda usar un canal con tabique divisorio, un distribuidor circular
universal o el de régimen crítico.
Para la entrada, interconexión y salida se debe diseñar de la forma más simple
posible evitando válvulas y mecanismos que pueden deteriorarse. Se recomienda
para la entrada, una tubería simple con descarga visible sobre la superficie del agua
de la laguna colocada sobre el dique a una altura de unos 20 o 30 cm sobre la
superficie del agua. Para interconexiones se debe concebir un sistema que no
produzca una caída turbulenta del efluente y se genere espuma. Para unidades en
seria con reducida diferencia entre las unidades se puede optar por una canaleta de
interconexión y medición para mínima perdida de carga. Finalmente para las
estructuras de salida se depende del caudal de cada unidad y de las condiciones de
operación durante el periodo de limpieza de lodos, pues en esos casos generalmente
se recarga una de las baterías mientras la otra se encuentra fuera de operación. Para
lagunas de hasta 1Ha, los diseños pueden ser tan simples que pueden ser de
mampostería y mortero de cemento.
Medición de caudales: Debe instalarse una canaleta tipo parshal o palmer bowlus a la
entrada de la instalación para la medición de caudal y un vertedero del tipo
rectangular a la salida de la unidad. Para evaluación de la laguna y comprobación de
la magnitud de la infiltración.
Dispositivos de repartición: Se recomienda el uso de un canal con tabique divisorio,
pero antes debe existir un tramo recto con una longitud minima de 10 veces el ancho
27
del canal. No se recomienda la utilización de vertederos rectangulares como
repartidores, por la acumulación rápida de arena antes del vertedero. Así mismo
puede usarse el distribuidor circular universal, el cual que puede emplearse para la
repartición de dos o más partes, de acuerdo con la longitud de vertedero circular de
cada segmento.
Dispositivos de entrada, interconexión y salida: Como dispositivo de entrada se
recomienda la tubería simple con descarga visible sobre la superficie del agua de la
laguna. La tubería de entrada puede estar simplemente colocada sobre el dique a una
altura de unos 20 o 30 cm sobre la superficie del agua.
Los dispositivos de interconexión deben concebirse de modo que no se produzca una
caída turbulenta del efluente y se genere espuma.
Para unidades en serie con reducida diferencia de nivel entre las unidades se puede
optar por una canaleta de interconexión y medición, para mínima perdida de carga.
Para unidades en serie con una considerable diferencia de nivel puede considerarse
un sistema de interconexión cerrada con tubería de plástico o de acero.
El diseño de las estructuras de salida depende del caudal de cada unidad y de las
condiciones de operación durante el periodo de limpieza de lodos, pues en estos
casos generalmente se recarga una de las baterías mientras la otra se encuentra fuera
de operación. Para lagunas pequeñas de hasta 1Ha, los diseños pueden ser muy
simples incluso con mampostería de ladrillo y motero de cemento.
2. Lagunas aireadas: dentro de este tipo de lagunas se tienen: lagunas aireadas de mezcla
completa, lagunas aireadas facultativas, laguna facultativa con agitación mecánica y
lagunas de oxidación aireada.
Carga superficial: La carga de diseño típica para lagunas de oxidación aireadas es
de 50Kg DBO/ha/d. En caso de usar una carga diferente el diseñador debe
justificarla técnicamente en estudios piloto o experiencias previas.
Tiempo de retención hidráulica: según la norma colombiana se manejan los
siguientes rangos:
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TABLA 4
Rangos de tiempo de retención para lagunas aireadas
Tipo de laguna aireada Tiempo de retención, días
Aireada de mezcla completa 2-7
Aireada facultativa 7-20 (promedio 10-15)
Fuente: reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. (2000). Santa Fe de Bogotá: Ministerio de desarrollo económico
Profundidad: Se tienen establecidos los siguientes valores:
TABLA 5
Rangos de profundidad para las lagunas aireadas
Tipo de laguna aireada Profundidad, m
Aireada de mezcla completa 3-5 (4.6 para climas templados y fríos)
Aireada facultativa 1.50 (climas cálidos)
Oxidación aireada 1-1.5(promedio 1.2)
Fuente: reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. (2000). Santa Fe de Bogotá: Ministerio de desarrollo económico
Metodología de cálculo: El diseño debe realizarse con los métodos de O’connor y
Eckenfelder y Ekama y Marais. Antes de determinar el tamaño de los aireadores,
deben corregirse los requisitos de oxígeno a condiciones de campo, por elevación,
temperatura y nivel de oxígeno.
Sa −S
Xv∙PR= K ∙ S (3)
Para lagunas aireadas deben determinarse los criterios de diseño a través de un
estudio de tratabilidad. Así mismo deben tenerse en cuenta las siguientes
recomendaciones:
Los criterios de diseño para el proceso (coeficiente cinético de degradación,
constante de auto oxidación y requisitos de oxígeno para síntesis), deben
idealmente ser determinados a través de experimentación.
Alternativamente debe dimensionarse la laguna aireada para la eficiencia de
remoción de DBO soluble establecida para el mes más frio y con una constante de
degradación alrededor de 0.025 𝐿/(𝑚𝑔/𝐿 ∙ 𝑋𝑣 ∙ 𝑑) a 20°C.
29
En caso de que se pueda absorber la remoción de DBO con lagunas secundarias,
debe adoptarse un periodo de retención alrededor de 2 días, determinándose la
calidad del efluente y el nivel de sólidos en la laguna.
Los requisitos de oxigeno del proceso (para síntesis y respiración endógena) se
determinan para condiciones del mes más caliente. Estos serán corregidos a
condiciones estándar, por temperatura y elevación.
Para la remoción de coliformes se usa el mismo coeficiente de mortalidad neto
que el especificado para lagunas facultativas. La calidad del efluente se determina
para las condiciones del mes más frio. Para el efecto se determina el factor de
dispersión por medio de la siguiente ecuación:
d =2881∙PR
L2 (4)
Para la determinación de la capacidad de oxigenación del proceso se debe tener en
cuenta el cálculo para las condiciones de operación del mes más caliente y deben
ser suficientes para abastecer oxígeno a la síntesis de la materia orgánica
(remoción de DBO), para la respiración endógena y para la nitrificación. En casos
en los cuales se produce desnitrificacion (diseño especial en zanjas de oxidación),
se descontara el aporte de oxigeno por este concepto.
Para sistemas de aireación mecánica se debe tener en cuenta lo siguiente: La
capacidad instalada de energía para aireación se determina relacionando los
requisitos de oxigeno del proceso (kg O2/día) al rendimiento del aireador
seleccionado (kg O2/KWh), ambos en condiciones estándar, con la respectiva
corrección por eficiencia en el motor y reductor. El número de motores debe ser
par y de igual tamaño, con una capacidad igual a la de fabricación estándar. Se
debe asegurar que el rendimiento de los aireadores haya sido determinado en un
tanque con agua limpia y una densidad de energía entre 30 y 50 W/m3. Los
rendimientos están normalmente expresados en kgO2 (KWh y las siguientes
condiciones: nivel del mar 0% de saturación y temperatura de 20°C.
30
EL conjunto motor-reductor debe ser escogido para un régimen de
funcionamiento de 24 horas. Se recomienda un factor de servicio de 1.0 para el
motor y de 2.0 sobre la potencia nominal del motor, para el reductor.
La capacidad instalada al eje es la determinada anteriormente, pero sin las
eficiencias del motor y el reductor de velocidad.
Finalmente la densidad de energía (W/m3) se determinara relacionando la
capacidad instalada al eje con el volumen de cada tanque de aireación.
Consideraciones hidráulicas: Rige lo mismo que para lagunas anaerobias.
3. Lagunas facultativas: Se puede usar este sistema con distintas aplicaciones entre las
cuales en la norma se menciona como laguna primaria única en el caso de climas frios o
seguida de una laguna secundaria y/o terciaria. Y como una unidad secundaria después de
lagunas anaerobias o aireadas, para cumplir el propósito de procesar sus efluentes a un
grado mayor.
Carga superficial: Se pueden utilizar varias maneras para calcular la carga
orgánica superficial máxima para éste tipo de lagunas, sin embargo se deben
corroborar los resultados con las fórmulas que han demostrado ampliamente su
validez que según la norma son Mc Garry, Pescod, Yañez y Cubillos. Así mismo
el diseñador debe tener en cuenta factores como la forma de la laguna, la
existencia de desechos industriales y el tipo de sistema de alcantarillado.
Tiempo de retención hidráulica: El tiempo de retención hidráulica para lagunas
facultativas debe estar dentro de un rango de 5 a 30 días.
Profundidad: Para evitar el crecimiento de plantas acuáticas con raíces en el
fondo, la profundidad de las lagunas debe estar por encima de 1 m. La
profundidad varía entre 1 y 2.5m.
Metodología de cálculo: Los criterios de diseño referentes a temperatura y
mortalidad de bacterias deben determinarse en forma experimental. Si no es
posible la experimentación, se pueden usar los criterios puestos en la norma, los
cuales son: temperatura de diseño es la promedio del mes más frio, a través de
correlaciones de las temperaturas del aire-agua, en donde no exista ningún dato se
usara para diseño la temperatura del aire del mes más frio y el coeficiente de
31
mortalidad bacteriana será adoptado entre el intervalo de 0.8 a 1.6 para 20°C, se
recomienda un valor alrededor de 1 día.
Para lagunas facultativas primarias deben determinarse los volúmenes de lodo
acumulado teniendo en cuenta un 80% de remoción de sólidos en suspensión en el
efluente, con una reducción del 50% de solidos volátiles por digestión anaerobia,
una densidad del lodo de 1.05 Kg/l y un contenido de solidos del 10% en peso.
Con estos datos debe determinarse la frecuencia de remoción de lodo en una
instalación.
Para el diseño de lagunas facultativas que reciben el efluente de lagunas aireadas
debe tenerse en cuenta que el balance de oxigeno de la laguna sea positivo, bien
sea por fotosíntesis, la reaireacion superficial, la asimilación de los sólidos
volátiles del afluente, la asimilación de la DBO soluble, el consumo por
solubilizacion de sólidos en la digestión de lodos de fondo y el consumo neto de
oxigeno de los sólidos anaerobios. Así mismo se deben determinar los volúmenes
de lodo acumulado a partir de la concentración de sólidos en suspensión en el
efluente de la laguna aireada con una reducción del 50% de solidos volátiles por
digestión anaerobia, una densidad del lodo de 1.03 Kg/l y un contenido de solidos
del 2% al peso.
Consideraciones hidráulicas: Deben tenerse en cuenta las mismas indicaciones
que para las lagunas anaerobias.
4. Lagunas de maduración:
Carga superficial: Para la remoción de DBO debe usarse la siguiente ecuación:
Csr = 0,941Csa − 7,16 (5)
Profundidad: La profundidad puede variar entre 0.9 y 1.5m
Metodología de cálculo: Éste tipo de lagunas deben dimensionarse para alcanzar
la remoción bacterial necesaria de acuerdo a los criterios de calidad exigidos.
32
Debe tenerse en cuenta la remoción lograda en los sistemas de tratamiento que
anteceden.
El factor de dispersión para uso en el modelo de flujo disperso, puede ser
determinado según la forma de la laguna. Se recomiendan los valores que
aparecen en la siguiente tabla dada por la norma:
TABLA 6
Factor de dispersión
Relación Largo/ancho Factor de dispersión d
1 1
2 0.50
4 0.25
8 0.12
Fuente: reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. (2000). Santa Fe
de Bogotá: Ministerio de desarrollo económico
El coeficiente de mortalidad neto puede ser corregido con la siguiente relación de
dependencia de la temperatura:
KT = K20 ∙ 1,07T−20 (6)
Consideraciones hidráulicas: Deben tenerse en cuenta las mismas indicaciones
que para las lagunas anaerobias.
Operación y mantenimiento: Para el mantenimiento de los sistemas de lagunas de
estabilización, es necesario que el diseñador tenga un manual que contenga:
a) Recepción de la obra: Se establecen los requisitos en los cuales debe estar la
obra antes de su mantenimiento tales como canales y tuberías de ingreso y
salida, comprobación del nivel de vertederos y la comprobación del
funcionamiento de compuertas además, ninguna de las lagunas puede entrar en
operación antes de haber pasado las correspondientes pruebas de estanquedad, y
33
la siembra de grama en los taludes de los diques que deben realizarse después de
las pruebas mencionadas anteriormente. Así mismo se deben tener en cuenta
pruebas de rendimiento para los aireadores y también que existan los equipos
necesarios de laboratorio, vehículos necesarios, vertederos de salida y los
aparatos de medición de oxígeno.
b) Puesta en operación inicial: Para el funcionamiento de la planta de tratamiento es
necesario introducirse cambios incorporados durante la construcción si debe
hacerse, terminación de las pruebas de estanquiedad, se requiere que los
aireadores y la instalación eléctrica sean probados además, se hace necesario de
que en los niveles medio alto y alto de complejidad, el laboratorio debe estar
equipado con el personal y reactivos necesarios para implementar distintas
pruebas químicas, tales como DBO total y soluble, DQO total y soluble, solidos
totales y totales volátiles, sólidos en suspensión, nitrógeno amoniacal, nitrógeno
orgánico, nitratos, oxígeno disuelto por los métodos electrometrico o winkler,
temperatura, Ph, coliformes totales, coliformes fecales, y parásitos.
c) Mantenimiento y rutina: Para el control de procesos de tratamiento se debe tener
en cuenta la tabla E.4.36 y E.4.37 dadas por la norma respectivamente.
4.4.2. Sistemas de tratamiento centralizados: Lagunas de oxidación
Los sistemas de tratamiento centralizados están pensados en el momento que no se pueda utilizar
un sistema de tratamiento en el sitio de origen debido al volumen de las aguas residuales a tratar,
lo cual se establece que deben buscarse opciones de mayor capacidad.
Dentro de la norma, las lagunas de oxidación también se toman como un sistema de tratamiento
centralizado, aunque no existe diferencia entre las condiciones que se usan para los sistemas en
los sitios de origen.
34
4.5. SABANA DE BOGOTA
4.5.1. Ubicación geográfica
Según el instituto de Colombiano de antropología e historia (2016), la Sabana de Bogotá está
ubicada en el centro geográfico de Colombia, sobre la Cordillera Oriental, en la parte sur del
altiplano cundiboyacence, la altiplanicie más extensa de los Andes colombianos, con una altura
en promedio de 2.600 msnm, está bordeada por una cadena montañosa que forma parte de la
Cordillera Oriental cuyos puntos más sobresalientes son el Cerro de Manjuí al oeste, los cerros
de Guadalupe y Monserrate al este, el Páramo de Sumapaz al sureste.
Está conformada por las provincias cundinamarquesas de Sabana Centro y Sabana de Occidente,
además de la zona norte del Distrito Capital de Bogotá, incluyendo la mayor parte de la ciudad y
algunas veredas circundantes en las localidades de Suba, Engativá, Fontibón y Kennedy.
4.5.2. Municipios
Los principales municipios de la sabana de Bogotá, además de la ciudad de Bogotá, son
Mosquera, Madrid, Funza, Facatativá, Subachoque, El Rosal. Tabio, Tenjo, Cota, Chía, Cajicá,
Zipaquirá, Nemocón, Sopó, Tocancipá, Gachancipá, Sesquilé, Chocontá y Guatavita.
4.5.3. Clima
Tiene una temperatura promedio de 13.5 °C, que puede oscilar entre los -5 °C y los 26 °C. Las
temporadas secas y lluviosas se alternan durante todo el año; los meses más secos son diciembre,
enero, febrero y marzo; durante los meses más lluviosos, abril, mayo, septiembre, octubre y
noviembre la temperatura es más estable, con oscilaciones entre los 6-8 °C y los 18-20 °C. Junio,
julio y agosto son los meses de fuertes vientos y mayor oscilación de la temperatura; durante el
alba se suelen presentar temperaturas de hasta 10 °C. Es la zona habitada del país con las
temperaturas más bajas. Estas condiciones son muy variables debido a los fenómenos de El Niño
y La Niña, que se dan en la cuenca del Océano Pacífico y producen cambios climáticos muy
fuertes.
35
Imagen 4. Municipios de la sabana de Bogotá (Instituto Colombiano de antropología e historia 2016).
4.6. NORMATIVIDAD REFERENTE AL VERTIMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DOMESTICAS
Actualmente en Colombia existen diversas leyes y decretos que determinan la correcta
disposición de las aguas residuales domesticas con el fin de disminuir el impacto ambiental que
pueda ocasionarse en conjunto con el bienestar de la población en general.
4.6.1. Ley 9 de 1979
Por medio de esta ley, se rige el tratamiento de aguas residuales y el reglamento que debe
seguirse en función de sus vertimientos. En los artículos del 10 al 16 se establecen los distintos
requerimientos para la correcta disposición entre estos, que es necesario que todos los
vertimientos de residuos líquidos deben someterse a los requisitos y condiciones que establezca
el ministerio de salud.
4.6.2. Ley 99 de 1993
Esta ley establece la creación del ministerio del medio ambiente y determinar sus funciones.
Entre las funciones de este ministerio, según el artículo 5 numeral 25 se establecen los límites
máximos permisibles de emisión, descarga, transporte o depósitos de substancias o cualquier otra
materia que pueda afectar el medio ambiente o los recursos naturales renovables.
36
4.6.3. Decreto 4728 de 2010
Este decreto establece modificaciones al decreto 3930 de 2010, estableciendo en su artículo 1 la
fijación de la norma de vertimiento, en donde el ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo
territorial establecerá los parámetros y límites máximos permisibles a los vertimientos a las
laguas superficiales, marinas a los sistemas de alcantarillado público y al suelo. Así mismo en el
artículo 2 se desarrolla el protocolo para el monitoreo de los vertimientos en aguas superficiales
y subterráneas. Dentro del mismo artículo también se determina que el punto de control, la
infraestructura técnica mínima requerida, la metodología para la toma de muestras y los métodos
de análisis para los parámetros a determinar en vertimientos y en los cuerpos de agua o sistemas
receptores.
4.6.4. Resolución 631 del 17 de Marzo de 2015
Esta resolución establece los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los
vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público
de aguas residuales domésticas, estableciendo en el capítulo 5 los distintos parámetros
fisicoquimicos y sus valores límites máximos permisibles los cuales serán listados a
continuación:
TABLA 7
Parámetros fisicoquímicos y sus valores máximos permisibles
Parámetros Unidades Aguas residuales con una
carga menor o igual a 625,00
Kg/dia DBO
pH Unidades de ph 6 a 9
Demanda Química de oxigeno (DQO) mg/L 180
Demanda Biológica de oxigeno (DBO) mg/L 90
Solidos suspendidos totales (SST) mg/L 90
Solidos sedimentables (SS) mg/L 5
Grasas y aceites (SAAM) mg/L 20 Fuente: Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible (2015). Resolución 631 del 17 de Marzo de 2015.
37
4.6. DIFERENCIAS ENTRE LOS DOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
4.6.1. Procesos de depuración
Dentro de las diferencias más notorias en los dos sistemas de tratamiento se evidencia que los
procesos biológicos de filtración son diferentes. Mientras que las lagunas de estabilización
dependen de la acción de la fotosíntesis dadas por las algas y otros procesos biológicos causados
por las bacterias, los humedales funcionan por acción mayormente de la vegetación que por
medio de la filtración de materia orgánica, se lleva a cabo una complicada biocenosis con algas,
bacterias, y hongos entre otros filtrándose los residuos llevándose a cabo distintos procesos los
cuales se detallaran a continuación.
4.6.2. Procesos biológicos y químicos: Lagunas de estabilización
Proceso Anaeróbico: En este tipo de lagunas, se lleva a cabo el procesamiento de la materia
orgánica convirtiéndola en dióxido de carbono y metano mediante un proceso bacterial, que en
ausencia de oxigeno se llevan a cabo otros distintos procesos, entre ellos la desnitrificacion, la
reducción de sulfatos, la fermentación acetogenica y metanogenica y la hidrolisis mediante
enzimas extracelulares. La descomposición anaeróbica es posible con todos los compuestos
orgánicos que contienen oxígeno en sus moléculas (Romero, 2005).
Proceso Aeróbico: Dentro de estas lagunas, sucede un proceso conocido como la mineralización
dado gracias a las distintas bacterias en este tipo de ambientes donde la materia orgánica es
transformada a su forma inorgánica altamente oxidada tales como el dióxido de carbono, agua,
nitrógeno amoniacal o nitratos, orto fosfatos y sulfatos estables bioquímicamente (Romero,
2005).Así mismo ocurren procesos como el catabolismo, anabolismo y autolisis
simultáneamente.
Proceso Facultativo: En este tipo de procesos, actúan directamente algas y bacterias y su
interacción tiene un papel importante dentro del proceso de autopurificacion. En una laguna
facultativa la porción inferior es aerobia y la porción inferior es anaerobia. Estas interacciones
dependen en gran parte de la radiación solar como de la disponibilidad de CO2. Las lagunas
facultativas son de una naturaleza muy compleja ya que en ellas se pueden llevar a cabo los
38
procesos aeróbicos y anaeróbicos descritos anteriormente, que mediante la fotosíntesis llevada a
cabo por las algas las bacterias tienen un medio propicio para depurar la materia orgánica
presente existiendo un ambiente en donde se produce oxigeno pero al mismo tiempo se consume
(Romero, 2005).
Dependiendo de la cantidad de nutrientes presentes dentro de la laguna pueden existir distintos
tipos de algas siendo las más típicas las algas verdes y carmelitas.
Cabe destacar que los mosquitos son frecuentes en lagunas, lo cual hace permanente un control
para evitar la expansión de enfermedades como la malaria, encefalitis o fiebre amarilla.
4.6.3. Procesos biológicos y químicos: Humedales artificiales
Dentro de este sistema de depuración el proceso de filtración de agua es complejo, entrando en
acción diversos factores. Las aguas residuales y la entrada de luz contribuyen al crecimiento de
plantas y microorganismos generando una biocenosis única. Dentro de ésta biocenosis pueden
encontrarse hongos, algas, bacterias y protozoos.
Las biocenosis de los humedales artificiales se encuentran en un medio adverso permanente
debido que constantemente reciben aguas residuales que poseen diversos contaminantes o
sobrecargas de materia orgánica. Así mismo dependiendo del tipo de contaminantes que se
encuentren concentrados en el ecosistema, la biocenosis será más especializada existiendo una
diversidad menor de especies. Por lo tanto a continuación se detallaran los aspectos más
importantes dentro de los posibles vertimientos que pueden dar lugar en el tratamiento de aguas
residuales (Seoánez, 1999).
Vertimiento de material orgánico en los humedales: Los efectos de los vertidos de materia
orgánica son bastante diversos. Dependiendo si las aguas residuales están en movimiento o
estancadas, cambiara el tipo de proceso biológico que influye en la depuración, en el caso de que
sigan en movimiento por el humedal la renovación constante del líquido aporta algo de oxigeno
de forma permanente, reduciéndose drásticamente la anaerobiosis existiendo una acción directa
de las plantas acuáticas y aportaciones de oxígeno.
En el caso de que las aguas residuales se estanquen la proliferación de algas fotosintéticas
aumentaría junto con la descomposición aerobia y existiría un gran consumo de oxígeno, así
39
mismo la descomposición anaerobia también daría cabida en las partes profundas del humedal
dando lugar al crecimiento de algas siendo sedimentados los sólidos en suspensión junto con las
algas muertas.
Finalmente, la vegetación del humedal consume gran parte de los nutrientes presentes dando
lugar a la posterior depuración. Dentro de los procesos que hacen las plantas, uno de ellos es
incorporar en sus ciclos metabólicos micronutrientes e incluso pueden captar metales pesados
entre otros productos, siendo la base principal de la biocenosis que desencadena los procesos
anteriormente mencionados (Seoánez,1999).
Vertimiento de productos químicos: Dentro de un humedal artificial, como bien se ha dicho
anteriormente, ocurre una compleja biocenosis, en el caso de productos químicos la interrelación
entre distintas bacterias, entre otras especies es indispensable para mantener el equilibrio
ecológico. Es por ello que según distintos tipos de residuos se desarrollaran bacterias que
depuraran diferentes químicos dentro de las cuales se encuentran (Seoánez, 1999).
TABLA 8.
Procesos bacterianos que se dan en humedales artificiales
Procesos bacterianos Bacterias que provocan el proceso
Hidrolisis de nitrógeno orgánico a amoniacal Clostridium sp
Proteus sp.
Micrococcus sp.
Oxidación de nitrógeno amoniacal a nitritos Nitrosomonas sp.
Nitrosolobu sp.
Nitrosospira sp.
Nitrosuova sp.
Nocardia sp.
Streptomyces sp.
Oxidación de nitritos a nitratos Nitrobacter sp.
Nitrococcus sp.
Nitrospina sp.
Desnitrificacion en medio anaerobio Bacillus sp.
Pseudomonas sp.
Reducción de compuestos de azufre a
sulfuros
Desulfovibrio sp.
Desulfotomaculum sp,
Oxidación de sulfuros a azufre elemental Thiobacillus sp.
Thiobacterium sp.
Thiospira sp.
40
Fuente: Seoánez, C. M. (1999). Aguas Residuales: Tratamiento por humedales artificiales. Fundamentos
científicos. Tecnologías. Diseño. Madrid: Ediciones mundi-prensa
4.7. EFICIENCIAS ENTRE LOS DOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO
Para poder establecer las eficiencias de los dos tipos de tratamiento es importante saber cómo es
el rendimiento frente a otros tipos de tratamiento. Una aproximación a la comparación del
rendimiento entre estos dos sistemas la hace Seoanez (1999) en la siguiente tabla:
TABLA 9
Eficiencias de los distintos sistemas de aguas residuales domesticas
Sistema DQO DBO SS N P C
Fosa séptica 30-60 20-60 50-90 0-60 0-75 10-90
Lecho filtrante 90-95 80-98 50-90 10-90 35-55 -
Zanja filtrante 65-90 90-98 - 25-98 80-98 -
Humedal 55-80 60-98 60-98 30-70 20-60 99-99.9
Tanque Imhoff o
similar
- 30-65 35-85 - - -
Lecho bacteriano 70-80 60-96 50-95 20-70 5-30 80-95
Lecho de turba 60-75 60-85 85-95 20-75 20-30 99-99.5
Filtro de arena 70-90 80-99 40-99 25-90 20-80 98-99.9
Riego por 75-85 90-99 95-99 85-90 85-90 99-99.8
Oxidación de sulfuros a azufre Bacterias fotosintéticas:
Chromatium sp.
Rhodomicrobium sp.
Rhodopseudomonas sp.
Rhodospirillum sp.
Thiocapsa sp.
Thiospirillum sp.
Oxidación de sulfuros Chlorobium sp.
Chloropseudomonas sp
Clathrochloris sp.
Pelodictyon sp.
Bacterias metanigenas Methanobacterium ps.
Methanococcus sp.
Methanosarcina sp.
Metabolización del metano Methylococcus sp.
Methylomonas sp.
Entorobacterias Citrobacter sp.
Edwardsiella sp.
Enterobacter sp.
Escherichia sp.
Hafnia sp.
Klebsiella sp.
Proteus sp.
Salmonella sp.
Shigella sp.
41
encharcamiento
Infiltracion-percolacion 60-75 80-99 80-99 30-90 90-95 99-99.9
Escorrentia superficial 90-95 90-99 95-99 40-95 90-95 99-99.9
Biodiscos 70-85 80-98 80-98 30-80 20-30 80-90
Aireacion prolongada 70-90 85-99 85-99 60-90 20-70 90-95
Lagunas aireadas 70-90 60-97 70-92 10-60 25-40 99-99.5
Lagunas aerobias 50-60 65-90 90-95 60-70 10-20 99-99.9
Lagunas anaerobias 20-40 50-85 60-80 30-40 10-20 99-99.9
Lagunas facultativas 50-85 60-96 50-90 60-70 90-98 99-99.8
Tratamiento físico-
quimico
70-98 70-98 70-95 20-60 90-98 99-99.8
Pozo filtrante - - - - - -
Riego por aspersion 70-90 95-99 98-99 90-98 90-98 99-99.9
Fuente: Seoánez, C. M. (1999). Aguas Residuales: Tratamiento por humedales artificiales. Fundamentos científicos.
Tecnologías. Diseño. Madrid: Ediciones mundi-prensa
Como se puede observar, las lagunas facultativas y los humedales artificiales tienen un
rendimiento similar, existiendo diferencias solamente en la eficiencia del fosforo total filtrado,
aunque los humedales artificiales pueden optimizarse en el caso de que deba hacerse tratamiento
de aguas con contenidos químicos e industriales (Seoanez, 1999). Así mismo, al observar estas
similitudes, se puede establecer que el humedal puede adaptarse a las condiciones existentes en
una laguna facultativa, la cual es un sistema bastante extendido de tratamiento en la sabana de
Bogotá como se observó anteriormente, además de que dentro de los sistemas de lagunaje es el
más eficiente.
4.8. CRITERIOS DE DISEÑO E IMPLEMENTACION DE LAGUNAS DE OXIDACION
Y HUMEDALES ARTIFICIALES
4.8.1. Lagunas de oxidación
Para el presente proyecto se tendrá en cuenta la información dada por Romero (2006) acerca del
funcionamiento y parámetros de diseño de las lagunas de oxidación.
Criterios de diseño
Según Romero (2006), existen diversos criterios que basándose en cargas orgánicas
superficiales, cargas orgánicas volumétricas y tiempos de retención buscan asegurar
principalmente un efluente de calidad que satisfaga las normas y requerimientos de descarga de
un efluente secundario. Las características típicas para lagunas de oxidación serán listadas a
continuación:
42
TABLA 10
Parámetros de las distintas lagunas de estabilización u oxidación
Parámetro
Laguna
Aeróbica Tasa
baja
Laguna
Aeróbica Tasa
alta
Laguna
anaeróbica
Laguna
Facultativa
Laguna de
maduración
Area ha <4 0.2-0.8 0.2-0.8 0.8-4 0.8-4
Tiempo de retención
(días) 10-40 4-6 20-50 5-30 5-20
Profundidad (m) 0.9-1.2 0.3-0.45 2.4-5 1.2-2.4 0.9-1.9
PH 6.5-10.5 6.5-10.5 6.5-7.2 6.5-8.5 6.5-10.5
Temperatura (°C) 0-30 5-30 6-50 0-50 0-30
Temperatura optima (°C) 20 20 30 20 20
Conversión de DBO (%) 80-95 80-95 50-85 80-95 60-80
Conversión principal
mg/L
Algas,
CO2,bacterias
Algas,
CO2,bacterias
CH4, CO2
Bacterias
Algas, CH4,
CO2 Bacterias
Algas, NO3,
CO2 Bacterias
Concentración algal
mg/L 40-100 100-260 0-5 5-20 5-10
Solidos suspendidos
totales efluente
80-140 150-300 80-160 40-60 10-30
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
Modelos de diseño
Existen diversas ecuaciones utilizadas en el diseño de lagunas de estabilización u oxidación. A
continuación se darán las ecuaciones comúnmente utilizadas en el desarrollo de los distintos
sistemas de depuración (Romero, 2005).
Lagunas aeróbicas:
Producción de oxigeno
𝑂 = 0.28𝐹𝑆 (8)
Donde:
O = produccion de oxigeno kg O2/had
F = Factor de oxigenacion
43
O = produccion de oxigeno kg O2/had
Carga orgánica superficial
𝐶𝑂𝑆 =10𝑑𝐷𝐵𝑂𝑈
𝜃 ó
𝑑
𝜃= 0,028
𝐹𝑆
(𝐷𝐵𝑂𝑈) (9)
Donde:
COS = Carga organica superficial, kg DBO/had
d = Profundidad de la laguna, m
𝜃 = tiempo de retencion, d
DBOU = DBO última, mg/L
O = produccion de oxigeno kg O2/had
Lagunas anaeróbicas:
TABLA 11
Remoción de DBO en lagunas anaeróbicas
Temperatura °C Eficiencia de remoción de DBO
<10 40
11-20 50
21-25 60
>25 70
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
Carga orgánica volumétrica
𝐶𝑂𝑉 = 16.5𝑇 − 100 (10)
Donde:
COV = Carga organica volumetrica, g DBO/m3d
T = Temperatura de diseño, generalmente mayor de 10°C
Modelo de vincent
𝐶1 =𝐶0
(𝐶1𝐶0
)𝑛
𝐾𝜃+1 (11)
44
𝜃 = (𝐶0
𝐶1− 1) [
1
𝐾(𝐶1𝐶0
)𝑛] (12)
Donde:
𝐶1 = DBO del efluente y de la laguna, mg/L
𝐶0 = DBO del afluente, mg/L
𝜃 = tiempo de retencion hidraulico, d
K = Constante de remocion de DBO, 6.0𝑑−1
n = Exponente igual a 4.8
Lagunas Facultativas
Dentro de las lagunas facultativas se encuentran distintos criterios dados por distintos autores
dependiendo de los distintos modelos que existen: de mezcla completa y cinetica de primer
orden, de flujo arbitrario, de flujo piston, de carga superficial y el modelo empírico de gloyna.
Los cuáles serán listados y anexados para una mejor compilación.
Asi mismo, para el uso de los distintos modelos, se tienen los siguientes parámetros dados para
cada caso:
TABLA 12
Modelo flujo pistón
COS (kg DBO/ha.d) 𝑲𝟐𝟎 (𝒅−𝟏)
22 0.045
45 0.071
67 0.083
90 0.096
112 0.129
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
45
TABLA 13
Modelo empírico de gloyna
Profundidad (m) Condiciones
1 Temperatura calida uniforme, agua residual presedimentada
1- 1.5 Temperatura calida uniforme agua residual cruda
1.5 - 2 Temperatura con fluctuaciones estacionales moderadas, agua
residual cruda con sólidos sedimentables.
2 - 3 Temperatura variable, agua residual con arena y solidos
sedimentables
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
TABLA 14
Modelos de carga superficial
COS hg DBO/ha.d Observaciones
<10 Zonas muy frias con cobertura de hielo estacional, aguas con temperatura
uniforme baja y nubosidad variable
10 – 50 Clima frio con cobertura de hielo estación y temperatura templada de
verano en una estación corta
50 – 150 Clima entre templado y semitropical, cobertura ocasional de hielo sin
nubosidad persistente
150 - 300 Clima tropical, sol y temperatura uniformes, sin nubosidad estacional
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
Lagunas de maduración:
Reducción de coliformes fecales
𝑁 =𝑁𝑜
1+𝐾𝑏𝜃 (13)
𝑁 = 𝑁𝑜 𝑒−𝐾𝜃 (13.1)
N = numero de coliformes fecales de CF/100 mL del efluente N0 = numero de coliformes fecales de CF/100 mL del efluente Kb = Constante de remocion de CF de primer orden d−1 θ = tiempo de retencion, d
46
𝑘 = 0.108 + 5.79 × 10−4 (𝑆0
𝐻) (14)
H = Profundidad de la laguna m S0 = radiacion solar sobre la superficie de la laguna, cal/cm2d k = Constante de remocion de CF d−1 θ = tiempo de retencion, d.
TABLA 15
Constantes Kb de remoción de coliformes fecales
Ecuación 𝐾𝑏,20 Modelo Autor Año
𝐾𝑏,𝑇 = 2.60(1.19)𝑇−20 2.60𝑑−1 Mezcla completa Marais 1974
𝐾𝑏,𝑇 = 1.41(1.40)𝑇−20 1.41𝑑−1 Mezcla completa
Laguna primaria
Ramirez 1993
𝐾𝑏,𝑇 = 3.27(1.59)𝑇−20 3.27𝑑−1 Mezcla completa
Laguna
secundaria
Ramirez 1993
𝐾𝑏,𝑇 = 1.10(1.075)𝑇−20 1.10𝑑−1 Flujo piston Klock 1971
𝐾𝑏,𝑇 = 0.50(1.072)𝑇−20 0.50𝑑−1 Flujo piston Bowles 1979
𝐾𝑏,𝑇 = 0.41(1.15)𝑇−20 0.41𝑑−1 Flujo pistón
Laguna primaria
Ramirez 1993
𝐾𝑏,𝑇 = 0.36(1.25)𝑇−20 0.36𝑑−1 Flujo pistón
Laguna
secundaria
Ramirez 1993
𝐾𝑏,𝑇 = 0.623(1.037)𝑇−20 0.62𝑑−1 Flujo disperso Saenz 1987
𝐾𝑏,𝑇 = 0.84(1.07)𝑇−20 0.84𝑑−1 Flujo disperso Saenz 1985
𝐾𝑏,𝑇 = 0.477(1.18)𝑇−20 0.477𝑑−1 Flujo disperso
Laguna primaria
𝐾𝑏,𝑇 = 0.904(1.04)𝑇−20 0.904𝑑−1 Flujo disperso
Laguna
secundaria
𝐾𝑏,𝑇 = 0.811(1.09)𝑇−20 0.811𝑑−1 Flujo disperso
47
Laguna terciaria
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
4.8.2. Humedales artificiales de flujo subsuperficial
Criterios de diseño
Según Romero (1999) para el diseño de humedales de flujo subsuperficial se deben tener en
cuenta diversos criterios los cuales se establecen en la siguiente tabla:
TABLA 16
Criterios de diseño en humedales artificiales
Criterio Valor
Tiempo de retención en días 3-4(DBO); 6-10(N);4-15
Carga hidráulica superficial, m3/ha.d 470-1870
Carga orgánica Kg DBO/ha.d <112
Carga de SST, Kg/ha.d 390
Profundidad del agua,m 0.3-0.6
Profundidad del medio,m 0.45-0.75
Calidad esperada del efluente DBO/SST/NT/PT/ mg/L <20/20/10/5
Fuente: Romero A. (1999). Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principios de diseño. Bogotá: Editorial
escuela Colombiana de Ingeniería.
TABLA 17
Características típicas del medio para humedales de flujo subsuperficial usables en el diseño
Medio Tamaño efectivo (mm) Porosidad Conductividad
hidráulica (m/d)
Arena media 1 0.30 500
Arena gruesa 2 0.32 1000
Arena y grava 8 0.35 5000
Grava media 32 0.40 10000
Grava gruesa 128 0.45 100000
Fuente: Romero A. (1999). Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principios de diseño. Bogotá: Editorial
escuela Colombiana de Ingeniería.
48
Rendimiento
Para establecer el rendimiento de un humedal de flujo subsuperficial, se propone el modelo
básico de flujo en pistón incorporando diferentes coeficientes empíricos:
𝐶𝑒 = 𝐶𝑜𝑒−𝐾𝑡 (14)
Donde:
C0 = Concentracion de DBO en el afluente, mg/L Ce = Concentracion de DBO en el efluente, mg/L e = base de los logaritmos naturales K = Constante de remocion , d−1 t = tiempo de retencion, d
Remoción de DBO
K20 = K0 (37,31 e4,172) (15)
Dónde:
K0 = Constante optima de remocion, para medio con zona de raices completamente desarrollada K0 = 1.839 𝑑−1 para aguas residuales municipales. K0 = 0,198 𝑑−1 K20 = Constante a 20°C , d−1 e = Porosidad total del medio, fraccion decimal
Área de sección transversal
Q = KAtΔh
ΔL (16)
Dónde:
Q = Caudal 𝑚3/s K = conductividad hidraulica del lecho completamente desarrollado m/s 𝐴𝑡 = Area de la seccion transversal del lecho, 𝑚2 K = Constante de remocion , d−1 ∆ℎ
∆𝐿= Pendiente del lecho
49
4.8.3. Ventajas y desventajas de los dos sistemas
Dentro del tratamiento de aguas residuales domésticas, estos dos tipos de tratamiento pueden
tener distintas ventajas y desventajas que han sido ampliamente discutidas, las cuales se
detallaran a continuación.
Si bien es cierto que el lagunaje se ha extendido como una opción bastante económica, la falta de
mantenimiento puede acarrear distintos problemas a la salud pública como pueden ser la
incidencia de insectos vectores y los malos olores producidos por el ácido sulfúrico producido,
así como la acumulación de lodos orgánicos (Romero, 2005).
Sin embargo, las lagunas de estabilización también tienen distintas ventajas, entre las cuales la de
mayor trascendencia es su bajo costo a gran escala, que por su simplicidad no requiere mayores
gastos en mantenimiento.
En el caso de los humedales artificiales, hay varias ventajas por encima de tratamientos
aeróbicos o lagunas facultativas. Una de las principales ventajas es que los humedales no
producen lodos, ya que por acción de sedimentación son absorbidos por el humedal y también
eliminan patógenos perjudiciales.
En contraste con las lagunas facultativas los humedales tienen características diferentes que la
hacen un sistema bastante viable a nivel ecológico, si bien ambos sistemas tienen bastante
fiabilidad y rendimiento, los humedales tienen alto potencial en lo que se refiere a la contención
de patógenos, por ejemplo, en los humedales no se fomenta la cría de mosquitos debido a que no
existen superficies de agua. Otra ventaja que es la de mayor incidencia es que no se producen
malos olores además de que son más fáciles de implementar en una urbanización y como se dijo
anteriormente no se producen lodos (Hoffman et, al., 2011).
Quizás la mayor desventaja de los humedales artificiales es que a gran escala y debido a costos
del terreno, su implementación se haría algo costosa (Hoffman et, al., 2011) pero a diferencia de
las lagunas de estabilización tendría una mayor sostenibilidad a largo plazo junto con los factores
ecológicos que eso acarrea, como la reaparición de especies en vía de extinción, y la creación de
nuevos nichos ecológicos controlados.
50
5. METODOLOGIA
FASE I: RECOLECCION DE INFORMACION
La primera fase, comprende la recolección de información de distintos autores, y distinta
documentación existente sobre lagunas de oxidación y humedales artificiales, tanto
nacionalmente como internacionalmente siendo de vital importancia la información suministrada
por la corporación autónoma regional de Cundinamarca para dar estudio a los humedales
naturales de la sabana de Bogotá teniendo información detallada de estos ecosistemas.
Búsqueda de información puntual de los temas relacionados
Búsqueda de asesorías por parte de la corporación autónoma regional de Cundinamarca
con el fin de encontrar información sobre el estado de lagunas de oxidación y plantas
acuáticas autóctonas de la sabana de Bogotá.
Recolección de bibliografía y documentación suficiente que respalde la investigación
FASE II: COMPARACION ENTRE LOS DOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES
La segunda fase corresponde a la confrontación dada por las diferencias entre los dos sistemas de
tratamiento de aguas residuales. Teniendo en cuenta lo encontrado en la bibliografía se
estimarían las ventajas y desventajas de dichos tratamientos.
Determinación de las distintas diferencias existentes entre las lagunas de oxidación y
humedales artificiales utilizando la bibliografía estudiada
Comparación de la eficiencia de ambos sistemas de tratamiento de aguas residuales
Identificación de las ventajas y desventajas existentes entre lagunas de estabilización y
humedales artificiales según la información obtenida.
FASE III: DISEÑO PRELIMINAR DE LA ADAPTACION DE UNA LAGUNA DE
OXIDACION TIPICA COMO HUMEDAL ARTIFICIAL
En la fase tres del proyecto se establecerá el diseño adecuado para la posible adecuación de
lagunas de estabilización a humedales artificiales teniendo en cuenta diversos factores técnicos.
51
Identificar aspectos de lagunas de estabilización y de humedales artificiales sustraídos de
la bibliografía.
Establecer las especies de plantas más idóneas para la conformación de los humedales
artificiales.
Determinar los cálculos de diseño adecuados para la adecuación de las lagunas a
humedales artificiales
Establecer la manera teórica más viable para adecuar las lagunas de estabilización.
FASE IV: EVALUACION DE COSTOS APROXIMADOS DE LA ADAPTACION A
HUMEDAL ARTIFICIAL
En la fase cuatro se establecerán los posibles costos que se den lugar a la adecuación de las
lagunas de estabilización a humedales artificiales
Calculo del posible costo que sobrevendría en base a procesos constructivos, teniendo en
cuenta los costos actuales dentro de la industria de la construcción.
FASE V: CONCLUSIONES Y RESULTADOS
Constatar el cumplimiento de los objetivos planteados inicialmente, teniendo en cuenta
conclusiones y recomendaciones para proyectos futuros.
Realizar la entrega del proyecto final donde se establezcan los posibles resultados tanto
técnicos como ecológicos y posibles beneficios de la implantación de humedales
artificiales en lagunas de estabilización, respaldada por la teoría dada en la investigación.
6. RESULTADOS Y DISCUSION
6.1. MUNICIPIOS DONDE SE UTILIZAN LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN COMO
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
Según la corporación regional de Cundinamarca en su informe de estado de plantas de
tratamiento de aguas residuales se establecen los siguientes municipios que tratan sus afluentes
con lagunas de oxidación.
52
En la siguiente tabla se podrán observar los municipios de la sabana de Bogotá que cuentan con
lagunas de oxidación y su tipo (Uribe, 2000) como sus caudales máximos y mínimos:
TABLA 18
Sistemas de tratamiento existentes en los municipios de Cundinamarca
MUNICIPIO SISTEMA DE TRATAMIENTO CAUDAL (L/S)
MIN MAX
Mosquera 3 Lagunas de estabilización: 2 facultativas y una
de maduración 80 120
Cajica 3 Lagunas facultativas 35 115
Madrid (Madrid I y II)
Madrid-I: 3 lagunas: una anaeróbica, facultativa y
de maduración. 50 70
Madrid-II: 4 lagunas: 3 facultativas y una de
maduración. 15 30
Subachoque 3 Lagunas: una anaeróbica y dos facultativas 8 9
Tabio 5 Lagunas de estabilización: una anaeróbica y 4
facultativas funcionando en paralelo 13 20
Chia (Chia-I) 2 Lagunas una anaeróbica y otra facultativa 36 100
Zipaquira (Zipa-I y II) Zipa-I: una laguna anaeróbica y una facultativa 20 132
Zipa-II: una laguna anaeróbica y una facultativa 63 98
Tocancipa 2 Lagunas facultativas 35 36
Gachancipa 2 Lagunas facultativas 20 30
Sesquilé 2 Lagunas facultativas 6 13
Choconta 2 Lagunas facultativas 35 50
Suesca 2 Lagunas facultativas 15 35
Fuente: Uribe E. (2000). Informe: estado actual de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Bogotá: Corporación autónoma regional de Cundinamarca.
53
6.2. ELECCION DE LAS POSIBLES ESPECIES VEGETALES USADAS PARA LA
ADECUACION DE LOS HUMEDALES
Según la corporación autónoma de Cundinamarca existen varias especies endémicas de plantas
subacuáticas y acuáticas que se expanden por humedales de la sabana de Bogotá, hay que tener
en cuenta este factor para la implantación de vegetación en distintas lagunas ya que puede
aumentar sus probabilidades de reproducción, adaptación y resistencia, así mismo si existe una
facilidad de encontrar este tipo de plantas en el medio ambiente se reducirían los costos para
traslado y plantación de las mismas.
Dentro de las principales especies de plantas endémicas se tienen (Bejarano, E. 2011):
Lenteja de agua (Lemna minor)
Buchon pequeño o cucharita (Limnobium laevigatum)
Trebol de agua (Marsilia quadrifolia)
Loto (Castalia elegans)
Buchon de agua (Eichhornia crassipes)
Elodea (Egeria densa)
Sombrilla de agua oreja de ratón, sombrerito de agua (Hydrocotile ranunculoides)
Botoncillo, chipaca, misiquia, duarte (Bidens laevis)
Enea, espadaña, bayon, cuca (Typha latifolia)
Junco (schoenoplectus californicus)
Papiro cortadera (Cyperus papyrus)
Gualola o envidia (polygonum segetum)
Teniendo una lista de las especies endémicas de la región y sabiendo que especies son
recomendables a usar en humedales artificiales, las mejores opciones están entre la Enea, la
lenteja de agua y el Junco (Seoánez, 1999).
Para el sistema de humedales artificiales de flujo subsuperficial, la planta más idónea será el
junco, que es adecuada tanto climáticamente como medio ambientalmente aunque también
podría utilizarse la enea teniendo en cuenta que sus rendimientos serían similares e incluso
podría hacerse con un sistema mixto de estas dos especies.
54
7. VIABILIDAD DE LA ADAPTACION DE UNA LAGUNA FACULTATIVA A UN
HUMEDAL ARTIFCIAL.
Para el siguiente trabajo se establecerá un sistema consistente en una laguna de estabilización y
un humedal artificial como tratamiento secundario, como lo considera la norma RAS 2000.
Así mismo se tomara la información dada por la corporación autónoma regional de
Cundinamarca de las condiciones en las que se encuentra el sistema de lagunaje del municipio de
Tocancipa referentes a rendimientos y al sistema usado para el tratamiento de aguas residuales
domesticas para el año 2000.
7.1. Lagunas de estabilización Tocancipa
Según el informe de Uribe (2000), el municipio de tocancipa cuenta con el siguiente sistema de
tratamiento:
Generalidades:
Dos lagunas Facultativas
Unidades de pretratamiento
Estación de Bombeo
Una laguna para secado de lodos
Barreras vivas insuficientes
Solidos suspendidos del 45%
Imagen 5. Junco (Bejarano E. 2011). Imagen 6. Enea (Bejarano E. 2011).
55
DBO5 74%
Coliformes fecales 99.5%
Control
Monitoreo una vez por mes de parámetros de calidad contemplada en el proyecto CAR-
BID
Eficiencias teóricas de remoción del 85% al 95% de DBO
Así mismo se obtienen las siguientes consideraciones de un informe de la CAR de Marzo de
2001 en donde se dan los siguientes parámetros (Corporación Autónoma Regional de
Cundinamarca, 2001):
Componentes del sistema
Aliviadero de entrada
emisario final de L=220 m y diámetro 10”,
rejilla de cribado.
Sistema de medición de caudal tipo canaleta Parshall.
Sistema de desarenado alternado
Variables de diseño
Caudal de diseño: 36 L/s
Población de diseño: 20000 habitantes
Año de construcción: 1991
Área construida: 9.3 Ha
Área del predio: 11.05 Ha
Características sistema de tratamiento
Laguna primaria
Área: 44050 m2
Volumen: 88100 m3
56
Laguna secundaria
Área: 19100 m2
Volumen: 38200 m3
Laguna secado de lodos
Área: 7255 m2
Volumen: 14510 m3
Obras de optimización requeridas para ese año
Adecuación laguna de lodos al sistema de tratamiento
Reparación taludes de las lagunas
Reparación estructura de descarga al rio (construcción de gaviones, instalación tubería,
construcción de cabezales)
Suministro e instalación de sistema de flotación y tensionamiento de pantallas
deflectoras.
7.2.Diseño del sistema para adaptación de las lagunas encargadas del tratamiento de aguas
residuales domesticas en el municipio de Tocancipa
Para el estudio el cálculo de diseño y los aspectos técnicos de los dos sistemas de tratamiento se
tendrán en cuenta los siguientes parámetros expuestos por Romero para Aguas residuales
domesticas:
TABLA 19
Características típicas de las ARD (aguas residuales domesticas)
Parámetro Magnitud (mg/l)
Solidos totales 720
Solidos disueltos 500
Solidos disueltos volátiles 200
Solidos suspendidos 220
Solidos suspendidos volátiles 165
57
Solidos sedimentables 10
DBO 220
COT 160
DQO 500
Nitrógeno total 40
Nitrógeno orgánico 15
Nitrógeno amoniacal 25
Nitritos 0
Nitratos 0
Fosforo total 8
Fosforo orgánico 3
Fosforo inorgánico 5
Cloruros 50
Alcalinidad 100
Grasas 100
Fuente: Romero A. (1999). Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principios de diseño. Bogotá: Editorial
escuela Colombiana de Ingeniería.
Según la RAS 2000, los humedales subsuperficiales son catalogados como postratamientos de
aguas residuales, por lo tanto se tendrá en cuenta un diseño que conserve la laguna primaria de
tratamiento pero que implemente un humedal en lugar de una laguna de secado de lodos y de una
laguna secundaria.
7.3.Consideraciones para la laguna primaria de tratamiento en Tocancipa.
Teniendo en cuenta la información de la tabla 21, y los parámetros de las lagunas de tocancipa
dados por el informe de la CAR, se tiene lo siguiente:
Caudal de diseño
36 L/s equivalentes a 3110.4 m3/dia
Población de diseño
20000 habitantes
58
Carga orgánica de diseño
Concentración x Qdiseño = (220 𝑚𝑔
𝑙) (36
𝑙
𝑠) = 7920
𝑚𝑔
𝑠
= 7920 𝑚𝑔
𝑠 (
1𝑘𝑔
1000000𝑚𝑔) (
86400𝑠
𝑑𝑖𝑎) = 684,288
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
Carga orgánica per cápita
Carga orgánica de diseño / población =
((684,288 𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎)∙(1000
𝑔𝑟
1𝐾𝑔))
20000 ℎ𝑎𝑏 = 34,21
𝑔𝑟 𝐷𝐵𝑂
𝐻𝑎𝑏 ∙ 𝑑𝑖𝑎
Volumen de laguna: V= 88100m3 según CAR
Profundidad de la laguna: 2 m según diseño
Área superficial de la laguna
𝐴𝑠 =88100 𝑚3
2𝑚= 44050 𝑚2 = 4,4 𝐻𝑎
Carga orgánica superficial
𝐶𝑂𝑆 = (34,21
𝑔𝑟 𝐷𝐵𝑂
𝐻𝑎𝑏 ∙ 𝑑𝑖𝑎)(0,40)(20000ℎ𝑎𝑏)
4,405𝐻𝑎(
1𝐾𝑔
1000𝑔) = 62,13
𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂
𝐻𝑎∙𝑑𝑖𝑎
Carga orgánica volumétrica:
𝐶𝑂𝑉 =(34,21
𝑔𝑟 𝐷𝐵𝑂𝐻𝑎𝑏 ∙ 𝑑𝑖𝑎
)(0,40)(20000ℎ𝑎𝑏)
88100 𝑚3 = 3,11𝑔𝐷𝐵𝑂
𝑚3∙𝑑𝑖𝑎
Concentración DBO efluente primario
𝐶 =600
2 × 2 + 8=
50𝑚𝑔
𝑙
Eficiencia en remoción de DBO
𝐸 =220 − 50
220 = 0,773 = 77.3%
7.4.Consideraciones para el humedal artificial de flujo subsuperficial.
59
Caudal de diseño: 36L/s
𝑄𝐷 = (36𝐿
𝑠 ) (
1𝑚3
1000𝐿) (
86400𝑠
1𝑑𝑖𝑎) = 3110,4 𝑚3/𝑑
Tiempo de retención: 4 días según tabla 16
Población: 20000 habitantes
Área de sección transversal:
𝐴𝑡 = 𝑄
𝐾𝑠 ∙ 𝑆=
3110,4 𝑚3
𝑑
(480𝑚
𝑑) (0,01)
= 648𝑚2
Área superficial del humedal:
𝑉 = 𝑄 ∙ 𝑡 = (3110.4 𝑚3
𝑑) (4 𝑑) = 12441.6 𝑚3
𝐴𝑠 =𝑉
𝑦=
12441.6 𝑚3
0,6𝑚 = 20736 𝑚2 = 2,1𝐻𝑎
Ancho del humedal
𝑎 =𝐴𝑡
ℎ=
648𝑚2
0,6𝑚 = 1080𝑚
Largo del humedal
𝑙 =𝐴𝑠
𝑎=
20736𝑚2
1080𝑚 = 19,2 𝑚
Remoción de DBO
K20 = K0 (37,31 e4,172)
K20 = 1,839𝑑−1 (37,31( 0,324,172) ) = 0,59𝑑−1
Calidad el efluente para DBO
KR = K20 ∙ 1.1𝑇−20
60
KR = 0,59𝑑−1 ∙ 1.125−20 = 0,95𝑑−1
𝐶𝑒 = 𝐶𝑜𝑒−𝐾𝑡
Para la ecuación se tiene en cuenta que e = 0,32 según romero con un tiempo de retención
hidráulica t = 4 días
𝐶𝑒 = (50𝑚𝑔
𝐿) 𝑒(−0.95)(4) = (50
𝑚𝑔
𝐿) 0,32(−0.95)(4) = 4,21
𝑚𝑔
𝐿< 20
𝑚𝑔
𝐿
Área humedal
2,1 hectáreas
Volumen humedal
12441.6 𝑚3
Eficiencia remoción DBO
𝐸 =50 − 4.21
50 = 0.916 = 91.6% > 80% 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒
61
8. EVALUACION APROXIMADA DE LOS COSTOS DEL SISTEMA DE
ADECUACION
Para el sistema de adecuación se tendrá en cuenta utilizar el sistema existente
desarrollándose los cambios necesarios, tales como expansiones del terreno, cambio de geo
membranas y la plantación de las distintas especies vegetales, por lo tanto se establecerá el
siguiente esquema:
Como se estableció anteriormente se puede adecuar una de las lagunas originales a un humedal
artificial, estableciendo teóricamente una profundidad de 0,6 metros según los parámetros dados
por Romero (2005) reutilizando las adecuaciones de la laguna secundaria y de la laguna de
secado de lodos, además de un relleno de medio de arena gruesa de manera que se establezca un
medio de las siguientes características, reutilizándose los dispositivos de entrada y de salida de
las lagunas objeto de estudio:
Imagen 6. Diseño de humedal subsuperficial (Gene, 2011).
LAGUNA
PRIMARIA
FACULTATIVA
AGUAS
RESIDUALES
DOMESTICAS
REJILLA DE
CRIBADO
CANALETA
TIPO
PARSHALL
ALIVIADERO
DE ENTRADA
HUMEDAL
ARTIFICIAL DE
FLUJO
SUBSUPERFICIAL
EFLUENTE
62
Uno de los factores a tener en cuenta sería el retiro de la laguna de secado de lodos existente.
Aunque se ha demostrado que las dos especies vegetales escogidas tienen una buena resistencia a
agentes biológicos y químicos lo recomendable seria la remoción de dichos lodos.
Finalmente teniendo ese tipo de recomendaciones en cuenta, los costos de implementación serían
los costos para siembra de y las plantas idóneas para el medio artificial teniendo como resultado:
TABLA 20
Posibles costos de adecuación laguna facultativa a humedal subsuperficial
Los costos aquí expuestos son una aproximación y estimación según distintas fuentes de
mercado, entre ellas, los precios dados por PAVCO y la revista construdata. El costo total puede
variar debido a que es costeada en dólares.
Ítem unidad cantidad valor unidad Total
Medio de gravilla
3/4” M3 12441 30940 296095800
Transporte de
pétreos M3 12441 25139.4 312759275
Plantas M2 20736 1800 37324800
Geotextil no tejido
2500 3.5
M2 20736 2313 47962368
Geomembrana
HDPE 30 MILS M2 20736 5300 109900800
Costo total 804043043
Costo total dólares
aproximado 269196.12
63
9. CONCLUSIONES
Teóricamente se demuestra que los humedales artificiales son buenos sistemas de
tratamiento. Aunque en algunas otras ciudades del mundo ya son usados como
tratamientos primarios la normativa en Colombia la determina como sistema de
postratamiento.
Es necesario un mayor control a las condiciones en las que se encuentran los sistemas de
tratamiento. Para el presente proyecto se utilizó una información de varios años atrás, lo
que evidencia que debe hacerse un mayor seguimiento, ya que los estándares ideales
están por debajo de los adecuados según el reglamento técnico del sector de agua potable
y saneamiento básico con una eficiencia de solidos suspendidos de un 45% mientras que
en el reglamento debe ser de 80%.
Según lo establecido en el presente estudio, la adecuación de las lagunas a humedales
artificiales es bastante viable, siendo el cambio de dimensiones un factor determinante a
la hora de la implementación en las lagunas ya que según las condiciones particulares de
cada municipio estas cambiarían según el caso.
Se estableció que un sistema mixto (laguna facultativa-humedal artificial) podría arrojar
buenos resultados de tratamiento, lo que determinaría la adecuación seria su costo, que en
contraparte a sus beneficios a largo plazo ahorraría costos de mantenimiento y de manejo
de lodos producidos por las lagunas de estabilización y en este caso de la laguna de
secado de lodos.
Uno de los inconvenientes de implementar un humedal artificial es la gran diferencia en
el área utilizable respecto a las lagunas artificiales, siendo un factor fundamental ya que
el costo de terreno para su implementación seria considerablemente mayor.
Finalmente, se evidencia que es necesario establecer las condiciones de las especies
endémicas de cada región que podrían utilizarse para implantarse en el humedal haciendo
un traslado de éstas ahorrándose la siembra de las mismas, ya que una de las dificultades
que pueden presentarse es que al momento de requerir las plantas, puede que no estén
cultivadas en los distintos viveros de la región.
64
10. BIBLIOGRAFIA
Alcaldía de Chía. (2015). Chía comprometida con el ambiente. Recuperado de: http://www.chia-
cundinamarca.gov.co/index.php/16-boletines-2015/273-chia-comprometida-con-el-
ambiente
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residuales. Revista ciencia e ingeniería neogranadina. (13) p.17-24
Sanabria A. (2006). Humedar I: Alternativa innovadora de bajo costo para depurar aguas
residuales en países en via de desarrollo. Revista ambiental agua, aire y suelo. (1) p. 84-
91
Bejarano E. (2011). Humedales del territorio CAR, consolidación del sistema de humedales de la
jurisdicción CAR. Bogotá: Imprenta nacional de Colombia.
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tratamiento de aguas residuales en poblaciones de hasta 12500 habitantes. Escuela
colombiana de ingeniería Julio Garavito, Bogotá D.C., Colombia.
Bejarano E. (2011). Humedales del territorio CAR, consolidación del sistema de humedales de la
jurisdicción CAR. Bogotá: Imprenta nacional de Colombia.
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65
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Manga J., Molinares N. & Arrieta J. (2007). Tratamiento de aguas residuales mediante sistemas
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Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela
Colombiana de Ingeniería.
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Editorial escuela Colombiana de ingeniería.
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Seoánez, C. M. (1999). Aguas Residuales: Tratamiento por humedales artificiales. Fundamentos
científicos. Tecnologías. Diseño. Madrid: Ediciones mundi-prensa
Sociedad geográfica de Colombia. Plan de ordenamiento territorial-cuenca alta del rio Bogotá,
capitulo 8, infraestructura y servicios públicos. Recuperado de:
http://www.sogeocol.edu.co/documentos/cuencap8.pdf
Uribe E. (2000) Informe: estado actual de las plantas de tratamiento de aguas residuales a
Febrero del 2000. Bogotá: Corporación autónoma regional de Cundinamarca.
66
Universidad de la sabana. (2015, Marzo, 27). Chía: Sin 'fórmula mágica' para controlar el olor.
En directo. Recuperado de: http://www.endirectosabana.com/region/detalle-
noticia/articulo/chia-sin-formula-magica-para-controlar-el-olor/
Universidad de la sabana. (2015, Marzo, 27). Chía: Sin 'fórmula mágica' para controlar el olor.
En directo. Recuperado de: http://www.endirectosabana.com/region/detalle-
noticia/articulo/chia-sin-formula-magica-para-controlar-el-olor/
Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca. (2001). Estado actual plantas de
tratamiento de aguas residuales. Informe general. Bogotá: Corporación autónoma
regional de Cundinamarca.
67
11. ANEXOS
Anexo 1.
Planta de tratamiento de aguas residuales Tocancipa Informe Febrero del 2000.
Fuente: Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (2001). Estado actual, Plantas de tratamiento de
aguas residuales, Informe general. Bogotá: Subdirección de operaciones Corporación Autónoma Regional de
Cundinamarca.
68
Anexo 2.
Planta de tratamiento de aguas residuales informe Marzo 2001.
Fuente: Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (2001). Estado actual, Plantas de tratamiento de
aguas residuales, Informe general. Bogotá: Subdirección de operaciones Corporación Autónoma Regional de
Cundinamarca.
69
Anexo 3.
Relación entre el factor de oxigenación y la remoción de DBO en lagunas de estabilización
aeróbica.
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
70
Anexo 4.
Eficiencia de remoción de DBO según el modelo de mezcla completa.
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
71
Anexo 5.
Grafico formula Wehner y Willhelm para el modelo de flujo arbitrario
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
72
Anexo 6.
Relación entre la temperatura y la carga superficial en lagunas primarias facultativas
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
73
Anexo 7.
Relaciones entre carga orgánica aplicada y removida en lagunas primarias facultativas.
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
74
Anexo 8.
Tablas E.4.36 y E.4.37 del reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico
RAS 2000
TABLA E.4.36
Parámetros de control de los procesos de tratamiento
Parámetro de control Aireada Facultativa Maduración
Observaciones básicas R R R
Carga orgánica,
kg DBO/ha/d
kg DBO/m3/d
R R R
Carga de solidos R R
Balance hídrico I I I
Profundidad de lodos I I
Periodo de retención
Nominal
Real
R
I
R
I
R
I
Perfiles horarios de:
Oxígeno disuelto
Temperatura
PH
Alcalinidad
C
I
I
I
I
I
I
I
I
I
Fitoplancton I I
Eficiencias de remoción:
Coliforme fecal
DBO y DQO solubles
DBO y DQO totales
Nutrientes
Formas de solidos
R
R
R
I
I
R
R
R
I
I
R
R
R
I
I
Nota: R: Observaciones de rutina, I: evaluación intensiva, C: Medición de rutina, H: medición horaria. Fuente:
reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. (2000). Santa Fe de Bogotá: Ministerio de desarrollo económico
75
TABLA E.4.37
Programa de medición en lagunas de estabilización
Parámetro Instalació
n
Agua
residual
cruda
Laguna aireada Facultativa Maduración
Lag. Efl. Lag. Efl. Lag. Efl.
A .meteorológicos
Velocidad del viento EM
Dirección EM
Radiación solar EM
Temperatura del aire EM
Precipitación EM
Evaporación EM
B. hidráulicos
Caudal medio RC RC RC RC
Caudal máximo horario Calculo Calc. Calc. Calc.
Fluctuaciones de nivel RC RC RC RC
Factores físico
químicos
Temperatura superfic.
Perfil de temperatura
Color de la laguna
Olor
Natas y flotantes
Vegetación en los
diques
Aceite y grasa
Penetración de luz
Conductividad
Solidos sedimentables
Sólidos en suspensión
DQO total
DQO soluble
EI
EI
EI
OB
OB
OB
OB
OB
EI
DS
DS
DS
DS
EI
EI
OB
OB
OB
OB
OB
EI
EI
DS
DS
DS
EI
EI
OB
OB
OB
OB
OB
EI
DS
DS
DS
EI
DS
DS
DS
76
FACTORES
QUIMICOS
INORGANICOS
Oxígeno disuelto
superficial
Perfil de oxigeno
Ph
Alcalinidad
Calcio
Dureza total
Cloruros
Sulfatos
Salinidad
Nutrientes
EI
EI
DS
EI
DC
DM
DH
EI
EI
EI
DM
EI
EI
EI
DM
EI
EI
EI
DS
EI
DBO5
DBO total
DBO soluble
DS
DS
DS
DS
DS
FACTORES
MICROBIOLOGICOS
Coliforme total
Coliforme fecal
Conteo de parásitos
Tasa de fotosíntesis
Mortalidad de
coliformes
DS
DS
DS
EI
DS
DS
DM
EI
DS
DS
EI
EI
EI
FACTORES
MACROBIOLOGICO
S
Conteo de algas
Identificación de
plantas
Identificación de
insectos
DE
DE
EI
DE
DE
EI
DE
DE
EI
Nota: EM: Estación meteorológica, RC: Registro continuo, EI: Evaluación intensiva, DS: Determinación semanal,
OB: Observaciones básicas cualitativas, DM: Determinación mensual, DC: Determinación continúa, DH:
Determinación horaria. Fuente: reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico. (2000). Santa Fe de Bogotá: Ministerio de desarrollo económico
77
Anexo 9. Tabla de compilación de los distintos modelos de diseño en lagunas facultativas.
Ecuaciones de los distintos modelos de diseño en lagunas facultativas Modelo Ecuaciones Variables
De mezcla
completa y cinetica
de primer orden
Ecuación de diseño
𝑎) 𝑄𝐶0 − 𝐾𝐶𝑉 = 𝑄𝐶 Concentracion de DBO en el efluente
𝑏) 𝐶 =𝐶0
1 + 𝐾𝜃
Tiempo de retención del reactor
𝑏) 𝜃 =1
𝐾(
𝐶0
𝐶− 1)
Constante de remoción de DBO
𝑐) 𝐾𝑇 = 1.2(1.085)𝑇−35
Concentración de DBO para lagunas
primarias:
𝑒) 𝐶 =600
2𝑑 + 8
Q = caudal m3 C0 = Concentracion de DBO en el afluente, mg
/L C = Concentracion de DBO en el efluente, mg
/L
K = Constante de reaccion de primer orden para remocion de DBO d−1
V = volumen del reactor m3
θ = tiempo de retencion en el reactor, d
T = temperatura promedio del agua en el mes mas frio
d = profundidad de la laguna m
Flujo Arbitrario Ecuación de diseño
𝑎) 𝐶
𝐶0
=4𝑎𝑒
12𝑑
(1 + 𝑎)2𝑒(𝑎
2𝑑) − (1 − 𝑎)2𝑒(
−𝑎2𝑑
)
Dispersión de flujo por la expresión de
Polpraset
𝑏) 𝑑 =0.184[𝜃𝑣(𝑊 + 2𝑍)]0.489 𝑊1.511
(𝐿𝑍)1.489
Remoción de DBO 𝑐) 𝐾 = 0.142(1.044)𝑇−20 Remoción de coliformes fecales
𝑑) 𝐾𝑏 = 0.623(1.037)𝑇−20 Relación de Thirumurthi para aguas
residuales domesticas:
𝑒) 𝐾 = 0.15(1.072)𝑇−20
Dispersión de flujo recomendado por la RAS
2000
𝑓) 𝐷 =𝑊
𝐿
C0 = Concentracion de DBO en el afluente, mg/L
C = Concentracion de DBO en el efluente, mg/L
K = Constante de reaccion de primer orden para remocion de DBO d−1
a = √1 + 4Kθd
θ = tiempo de retencion en el reactor, d
T = temperatura de diseño
d = numero de dispersion del flujo, adimensional generalmente entre 0.1 y 4.0
L = longitud del agua entre el afluente y el efluente m Z = profundidad del agua en la laguna W = ancho de la laguna m v = viscosidad cinematica
Flujo piston Ecuacion de diseño
𝑎) 𝐶 = 𝐶0𝑒−𝐾𝑞 Reduccion de DBO
𝑏) 𝐾𝑇 = 𝐾20(1.09)𝑇−20
C0 = Concentracion de DBO en el afluente, mg/L
C = Concentracion de DBO en el efluente, mg/L
e = base de los logaritmos naturales
K = Constante de reaccion de primer orden para remocion de DBO d−1
q = Tiempo de retencion hidraulico, d KT = Constante de remocion de DBO
78
a la temperatura T, d−1 K20 = constante de reaccion de DBO a 20°C T = temperatura de diseño
Carga superficial Carga orgánica superficial máxima
𝑎) 𝐶𝑆𝑀 = 60.3(1.0933)𝑇𝑑 Carga orgánica superficial removida
𝑎) 𝐶𝑆𝑅 = 10.35 + 0.725𝐶𝑆𝐴
Td = temperatura media ambiental del mes mas frio CSA = Carga organica superficial aplicada kgDBO/h
Empírico de Gloyna Reduccion de DBO del 85 al 95%
𝑎) 𝑉 = 0.035𝑄𝐿(1.085)35−𝑇
V = volumen de la laguna Q = caudal de agua residual afluente m3/d
L = DBO5 para lagunas residuales sedimentadas , mg/L. L = DBOUC para aguas residuales sin pretratamiento mg/L
T = temperatura promedio del agua en el mes mas frio °C
Fuente: Romero A. (2005). Lagunas de estabilización de aguas residuales. Bogotá: Editorial escuela Colombiana
de Ingeniería
