ESTUDIO DE ALTERNATIVAS PARA MITIGACION DE SUB-PRESIONES EN EL LECHO DE LAGUNAS DE

OXIDACIONANALISIS GENERAL PRELIMINAR Y ESTUDIO DE CASO

PARA LA PLANTA DE TRATAMIENTO PE CHOCONTA

ESTUDIO DE ALTERNATIVAS PARA MITIGACION DE SUB- PRESIONES EN EL LECHO DE LAGUNAS DE OXIDACION

ANALISIS GENERAL PRELIMINAR Y ESTUDIO DE CASO PARA LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE CHOCONTA

CONTENIDOPag.

1. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE EL FUNCIONA- 1MIENTO DE LAS LAGUNAS DE OXIDACION Y LOS PRO­CESOS DE INFILTRACION Y PERCOLACIÓN PROFUNDA

2. CONTROL DE CONTAMINACION DE AGUAS SUBTERRA- 4NEAS POR INFILTRACION EN LAGUNAS DE OXIDACION

2.1. impermeabilización de depósitos superficiales de agua 42.1.1. Necesidades de impermeabilización 42.1.2. Métodos 72.1.2.1. Geosintéticos 72.1.2.2. Otros 12

2.2 Sistemas de drenaje subsuperficial para depresión y control 13del nivel freático

2.2.1. Generalidades 132.2.2. Sistemas de filtración 142.2.2.1. Medios filtrantes 142.2.3. Coeficiente de drenaje 152.2.4. Area de drenaje 152.2.5. Diámetro mínimo de los drenes 16

3. PROBLEMAS CAUSADOS POR GENERACION DE GASES O 18POR NIVEL FREATICO ALTO EN LAGUNAS DE OXIDACION IMPERMEABILIZADAS CON GEOMEMBRANA

3.1. Ocurrencia y causas de los problemas 183.2. Medidas de control 183.3. Experiencias de la CAR en diversas plantas 19

4. EL CASO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE CHOCONTA 24

4.1. Características generales 244.2. Alternativas para prevención de problemas 26

5. PLAN DE ACCION A SEGUIR 28

5.1. Monitoreo de la calidad de aguas subterráneas en sitios deposible contaminación 28

5.1.1. Primeros ensayos comparativos 285.1.2. Programa de seguimiento y monitoreo para el futuro 29

BIBLIOGRAFIA 30

APENDICE 32

ESTUDIO DE ALTERNATIVAS PARA MITIGACION DE SUB-PRESIONES EN EL LECHO DE LAGUNAS DE OXIDACION.

1. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE LAS LAGUNAS DE OXIDACION Y LOS PROCESOS DE INFILTRACION Y PERCOLACION PROFUNDA.

Todo proceso de tratamiento y purificación de aguas residuales, contaminadas básicamente con residuos orgánicos de tipo doméstico, se basan en establecer unas condiciones que permitan, faciliten y aceleren los procesos naturales de descomposición de la materia orgánica, por acción quimica y bacteriológica. Si a las aguas asi contaminadas, se les suministra aire u oxigeno en cantidades suficientes, la materia orgánica sufre un proceso de descomposición aeróbica. Las bacterias aeróbicas y facultativas causan dicha descomposición, por oxidación, cuyos productos finales son substancias estables, tales como dióxido de carbono (CO2), nitratos (NOa-), y su lfá te se o s). Si por el contrario, el medio no dispone de oxígeno suficiente, la descomposición que tiene lugar es de tipo anaeróbico (putrefacción). A través de este proceso, las bacterias anaeróbicas y facultativas convierten la materia orgánica en substancias orgánicas más simples, como el metano, (CH4 ) u otras, entre las cuales las principales son sulfuro de hidrógeno (H2S) y amoníaco (NHb). Algunas de estas substancias, al salir a la atmósfera en forma de gases causan olores desagradables. Por esta razón, en depósitos o corrientes superficiales al aire libre, es preferible la descomposición aeróbica. Como en estos casos la disponibilidad de oxigeno es limitada, la ocurrencia continua del proceso aeróbico sólamente se puede presentar si la recarga de materia orgánica es controlada proporcionalmente. El proceso descrito representa fases en la recirculación de los elementos químicos en la naturaleza y es análogo para los diferentes elementos como azufre, nitrógeno, carbono, etc., terminando al final del ciclo con la producción de sulfates, nitratros, dióxido de carbono, etc, substancias que serán nuevamente aprovechadas en diferentes formas por las plantas, en su proceso de crecimiento.

Normalmente, las aguas de desecho municipal contienen entre 500 y 1000 mg/l. de sólidos, de los cuales unos son insolubles o sea que permanecen en suspensión y otros se encuentran disueltos. La materia orgánica está costituida por proteínas, carbohidratos y grasas. Estas últimas, cuando se presentan en cantidades excesivas, pueden interferir en el proceso de descomposición. Los sólidos en suspensión conforman alrededor del 40 % de los sólidos totales. De estos, los sólidos sedimentables o sea aquellos que se pueden separar por sedimentación constituyen aproximadamente el 50 %.

El índice más importante, en ei análisis de aguas servidas municipales es la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO). Este índice se refiere a la cantidad de oxígeno necesaria, para producir la descomposición biológica aeróbica completa de la totalidad de la materia orgánica presente en la muestra analizada. La DBO media para aguas domésticas de desecho, es de aproximadamente 0.17 Ib/día. Otras pruebas importantes son el pH o índice de acidez, y los contenidos de amoníaco libre, nitrógeno orgánico, nitritos, nitratos, fosfatos y cloruros. El análisis conjunto de estas pruebas permite determinar las características de los desechos y su estado de descomposición. El pH tiene gran incidencia en muchos sistemas de tratamiento y debe ser aproximadamente neutro para el buen desarrollo de los procesos biológicos.

La determinación de las características biológicas de los desechos es también de. gran importancia. Como en estas aguas, normalmente existen millones de bacterias por milímetro, su conteo total resulta excesivamente complejo. Sin embargo, se acostumbra efectuar el análisis de contenido de coliformes en el efluente de las plantas para conocer la eficiencia del tratamiento y establecer si se pueden vertir en comentes o depósitos de agua no contaminada o con un bajo grado de contaminación..

Existen muchos sistemas de tratamiento para aguas servidas, los cuales se clasifican normalmente en primarios, secundarios y terciarios. El tratamiento primario consiste solamente en la separación de una parte de los sólidos en suspensión, lo cual se logra por filtración o por medio de lagunas de estabilización. Los sólidos precipitados se estabilizan por descomposición anaeróbica. El líquido efluente de estos tratamientos primarios, contiene normalmente cantidades considerables de materia orgánica y una DBO relativamente alta. El tratamiento secundario consiste en la oxidación del efluente de un tratamiento primario, lo cual se logra por medio de procesos biológicos, uno de los cuales es la oxidación en lagunas hechas especialmente para este propósito. El líquido efluente del tratamiento secundario, tiene normalmente una DBO baja y puede contener varios miligramos por litro de oxígeno disuelto. El tratamiento terciario tiene como propósito, la remosión de materiales disueltos y suspendidos que pemianezcan después del tratamiento biológico normal, cuando se requiera para la reutilización del agua o para control de eutroficación en las aguas receptoras. En muchos casos, los sistemas modernos de tratamiento combinan procesos físicos, químicos, biológicos en la misma operación, lo cual hace que la distinción entre proceso primario, secundario o terciario sea relativamente arbitraria. Sin embargo, la mayoría de las plantas de tratamiento construidas en nuestro medio, basadas principalmente en lagunas de estabilización y oxidación del tipo facultativo, buscan obtener un efluente final con tratamiento secundario.

2

El tratamiento por medio de lagunas exige que se cuente con un área suficientemente extensa de teneno relativamente plano, en la cual se pueda retener el agua durante un tiempo suficiente para que, después de permitir la sedimentación parcial de sólidos, la materia orgánica se descomponga en substancias estables, por la acción combinada de algas y otros microorganismos. La máxima eficiencia se obtiene cuando se cuenta con varias lagunas de oxidación construidas en serie, de tal manera que el agua fluye sucesivamente de una a otra, hasta que es finalmente descargada a una corriente superficial. Normalmente se aconseja que las lagunas tengan por lo menos un metro de profundidad para evitar el crecimiento de malezas acuáticas, y no más de aproximadamente dos metros, para lograr una adecuada exposición del agua a los rayos solares. Los periodos usuales de retención del líquido en la laguna oscilan entre 3 y 6 semanas.

En las lagunas, normalmente, se establece en forma natural, si no existen factores disturbadores, una relación simbiótica entre las algas y otros microorganismos como bacterias y protozoarios que oxidan la materia orgánica. Las algas, como plantas microscópicas que son, al desarrollarse en presencia de la luz solar, producen oxígeno el cual es utilizado por otros microorganismos para la oxidación de la materia orgánica de desecho. Los productos finales del proceso son principalmente dióxido de carbono, amoníaco y fosfatos, ios cuales son requeridos por las algas para desarrollarse y producir oxígeno. El resultado final es la oxidación de la materia orgánica y la producción de algas que son descargadas en la corriente superficial receptora, con lo cual se logra una reducción neta de la DBO, ya que las algas son más estables que la materia orgánica original y se degradan lenta y progresivamente en la comente. Las lagunas no deben funcionar aguas arriba a distancias relativamente cortas de lagos o reservónos que se utilicen para otros fines, pues las algas pueden sedimentarse y causar condiciones anaeróbicas de descomposición, en detrimento de la calidad del agua.

En las lagunas de oxidación, como en todo depósito superficial de agua, tiene lugar un proceso de infiltración y percolación profunda, o sea un movimiento vertical del agua, en sentido descendente, hacia las capas más profundas del subsuelo. El volumen de agua que se percola y la velocidad a la cual se mueve dentro del suelo pueden variar considerablemente, dependiendo de la posición del nivel freático, con respecto ai fondo de la laguna y de la conductividad hidráulica del suelo en las capas subyacentes.

Las substancias orgánicas en proceso de descomposición, contenidas en aguas percoladas, continúan dicho proceso, en condiciones principalmente anaeróbicas. Aunque, en términos generales, la descomposición total de la materia orgánica ocurre en distancias cortas, especialmente bajo condiciones no saturadas del medio, en ciertos casos, en que las aguas al percolarse entren de inmediato en contacto

3

directo con la zona de saturación, en un medio de conductividad hidráulica alta, puede ocurrir una transmisión de substancias en proceso de descomposición y simultáneamente acompañadas de gérmenes patógenos a considerable distancia, con la consecuente contaminación de acufferos, ios cuales, si se explotan para utilizar las aguas en consumo humano o animal sin otro tratamiento, pueden resultar peligrosos. Es por esta razón que en algunos casos se aconseja impermeabilizar el fondo de las lagunas y, como medida separada o complementaría, evitar que el nivel freático ascienda hasta niveles muy cercanos o por encima del fondo de éstas.

2. CONTROL DE CONTAMINACION DE AGUAS SUBTERRANEAS POR INFILTRACION EN LAGUNAS DE OXIDACION

2 .1 .IMPERMEABILIZACION DE DEPOSITOS SUPERFICIALES DE AGUA

2.1.1. Necesidad de Impermeablllzación.

Los sistemas de impermeabilización en el fondo de lagunas, canales, etc. se utilizan, como su nombre lo indica, para: (A) Evitar pérdidas de agua disponible para su uso o consumo en reservoríos o canales; (B) Para evitar la posible contaminación de aguas subterráneas. En el primer caso, la impermeabilización se justifica siempre que las pérdidas de agua sean tales que se conviertan en la causa de que no se cumplan ios objetivos económicos y técnicos, para los cuales se diseñaron las respectivas estructuras; en el segundo caso, cuando se vean amenazados los recursos edáticos o hfdrícos; o cuando el líquido pernotado amenace con producir daños en la tierra, peligros de contaminación o riesgos para la salud.

Por lo tanto, las razones para impermeabilizar el fondo de una laguna de oxidación en una planta de tratamiento de aguas residuales, caso que nos ocupa, son:

1- Posible presencia de elementos o substancias tóxicas, no fácilmente degradables, provenientes de industrias, hospitales, etc.

2. Cercanía a fuentes superficiales o subterráneas de agua para consumo, en condiciones favorables para que se pueda presentar contaminación, como consecuencia de filtraciones subsuperficiales.

4

Es importante tener en cuenta ia calidad del agua no solamente en el momento de la construcción de la planta, sino en el futuro más o menos próximo, de acuerdo con la proyección de vida útil de la obra.

En el caso de sustancias tóxicas de características especiales, como es el caso de metales o productos químicos, se deben realizar las evaluaciones específicas del caso. Generalmente resulta aconsejable proporcionar a este tipo de residuos un lugar especial para su disposición y tratamiento.

Cuando las aguas tratadas en la laguna de oxidación provienen de uso doméstico las probabilidades de contaminación son en general muy bajas, como lo demuestran resultados experimentales obtenidos y ratificados desde hace tiempo, con base en los cuales, agencias oficiales de diversos países han establecido sus requerimientos, para el funcionamiento en condiciones de seguridad de los sistemas de Iratamiento en ese tipo de residuos. Es así como, el Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos, (U.S.Pubiic Health Service, 1.967), establece que se requiere una capa de por lo menos 3 pies de espesor, de suelo no saturado, suficientemente permeable, con una tasa de percolación de, por lo menos, 1 pulg./hora, interpuesta entre la fuente de contaminación y el nivel freático, para que no exista peligro. El hecho de que la permeabilidad esté por encima de ese valor límite preestablecido, garantiza en cierta forma que existe una suficiente movilización de aire y por lo tanto de oxígeno, a través de los espacios porosos de la capa interpuesta de suelo, lo cual permite que, em condiciones de aireación o flujo no saturado, continúe el proceso de oxidación y descomposición de ia materia orgánica.

Diversos experimentos posteriores han obtenido resultados similares. Entre ellos se pueden citar los siguientes:

Concannon et al (1.971), realizaron pruebas de medición de la concentración de carbono orgánico total (TOC), iones NH4+, Cl -, y coliformes fecales, en diferentes épocas, a una profundidad de 4 pies, tanto en campo como en laboratorio, a partir de aplicaciones en cantidades variables de abono orgánico a la superficie, por el sistema de “cobertura-surco-arado" (PFC). Las conclusiones demostraron que la concentración de las substancias químicas mencionadas en el agua percolada, como indicativo de la posible contaminación de aguas subtenáneas fue extremadamente baja a una profundidad de 4 pies. Los análisis bacteriológicos resultaron negativos para coliformes fecales a esa profundidad. Como conclusión general los autores afirman que, aunque puede existir un riesgo potencial de contaminación sobre acuíferos semisuperficiales en estos casos, deben presentarse condiciones muy especiales para que esto ocurra.

5

Ensayos realizados en columnas de suelos y con monitoreos de campo, reportados por Green e t al (1.974)y por Magdoff et al (1.974) han ratificado en forma general que el flujo a través de sólamente 90 cm. de suelo puede ser muy eficiente para la remosión de bacterias y virus patógenos del suelo. Según estos últimos autores, es preferible que dicho flujo sea en condiciones de no saturación, pero a velocidades relativamente bajas en suelos poco permeables, capas de ese espesor puede ser igualmente muy efectivas, aún en condiciones de flujo casi saturado.

J. Bouma (1.974) afirma, tras una serie de experimentos realizados en diferentes tipos de suelo, que aunque el parámetro de los 3 pies (90 cm.) de suelo no saturado es generalmente válido, la capacidad de los suelos como elementos purificadores por filtración varía notablemente y debe por lo tanto evaluarse en forma mucho más cuidadosa, especialmente en el caso de arenas y suelos de textura gruesa, con bajo o nulo contenido de arcilla.

Otros experimentos en condiciones más favorables a la transmisión en flujo subterráneo de patógenos, muestran que, de todas maneras, dicha transmisión rara vez sobrepasa algunas decenas de metros.

Nordstedt et al (1.971), investigadores de la Universidad de Florida, Gainsville, Fia., utilizaron una laguna anaeróbica de oxidación para disposición de desechos fecales de ganado, criado en grupos confinados. El lugar se caracterizaba por suelos superficiales arenosos, clima moderadamente cálido y nivel freático suficientemente alto para que se diera un flujo saturado continuo desde la laguna. Los resultados demostraron que la contaminación no alcanzó a llegar a más de 30 m. de distancia horizontal y 3 m. de profundidad, por debajo de la laguna de oxidación.

Hoeks (1.977), según conclusiones de investigaciones realizadas en Holanda, afirma que la remosión de componentes orgánicos solubles de lixiviadoas provenientes de fuentes de contaminación es muy eficiente en el suelo, aún en condiciones anaeróbicas, por lo cual la contaminación de aguas subterráneas se limita generalmente al medio circundante inmediato a la fuente de contaminación. Por otra parte, el mismo autor afirma que los metales pesados pueden tener una gran movilidad dentro del suelo, especialmente si se encuentran en la forma de complejos orgánico-metálícos.

Trabajos anteriores, el citado investigador (Hoeks, 1.976), le permitieron concluir que, en el caso de que los lixiviados de fuentes de contaminación orgánica, entren en contacto directo con acufferos de gran permeabilidad y poco espesor, la contaminación puede alcanzar distancias considerables. Es necesario aún adelantar muchas investigaciones para determinar las condiciones precisas en las cuales el fenómeno puede ocurrir.

6

Un resumen sintético de resultados experimentales, presentado por Canter y Knox, (1.991), muestra que la tranmisión de patógenos por distancias considerables solamente se ha detectado en casos excepcionales a través de medios constituidos por grava gruesa o grava arenosa. El siguiente cuadro presenta la síntesis elaborada por estos autores.

ORGANISMO ANALIZADO E. coli Coliformes Coliformes fecales

Coliformes

ColiformesColiformes fecalesy streptococcus

ColiformesB. stearothermophiilisColiformesColiformes

MEDIO

Duna arenosa Arena finaSuelo tranco arenoso finoAcuffero de arena y gravaArena lina a media gravilla gruesa

DIST. MAXIMA DE TRANSMISION OBSERVADA

3 m .

2 m .

10 m.

35 m.

6 m .450 m.

Mezcla de gravilla-arena 750 m.roca madre cristalizada 28 m.Suelo tranco arenoso 4 m.gravilla fina arenosa 1 m.

Como conclusión general, para nuestras condiciones locales, se puede esperar que la transmisión de patógenos estará por debajo de los diez metros en suelos y subsuelos típicos de nuestro medio, generalmente clasificados como franco arenosos o similares. Excepcionalmente, subsuelos de tipo muy arenoso, con contenido de gravilla, pueden transmitir en condiciones de saturación hasta alrededor de 30 m. Los casos en que el fenómeno pueda ocurrir a distancias considerables, de cientos de metros son muy excepcionales y sólamente se presentan cuando el medio ofrece condiciones inusuales de conductividad hidráulica.

2.1.2. Métodos de Impermeabllizaclon

2.1.2.1. Geoslrrtéticos

Los geosintéticos son productos poliméricos cuya utilización se ha venido incrementando en los últimos tiempos, para lograr determinadas propiedades asociadas a las condiciones naturales, en proyectos desarrollados por el hombre. Dentro de estos productos se distinguen los siguientes:

7

Geomembranas. Estas son láminas sintéticas, flexibles, de muy baja permeabilidad, que se utilizan como barreras para evitar o limitar al máximo el movimiento de los líquidos. Específicamente sirven para minimizar las pérdidas por infiltración en depósitos o conductos de agua.

Geotextlles. Son membranas compuestas por fibras, tejidas o no tejidas entre sí, permeables, que se utilizan para mejorar la estabilidad de estructuras construidas por el hombre o para complementar y mejorar el funcionamiento y la conservación de geomembranas.

Geocompuestos. Son productos en los cuales se combinan diferentes tipos de estructuras geosirrtéticas para lograr diferentes efectos en los suelos.

Las geomembranas se han venido utilizando progresivamente en muchos países di mundo como un sistema eficiente y económico de impermeabilización.

En nuestro medio se comenzaron a utilizar hacia finales de los años setenta, principalmente en reservorios de agua para riego en explotaciones agrícolas. El tipo de membrana más utilizado en un comienzo fue la elaborada con cloruro de polivinilo (PVC) del tipo flexible. Posteriormente se fue incrementando el uso en otras aplicaciones como en las lagunas de estabilización en plantas de tratamiento de aguas residuales.

La correcta utilización de este sistema de impermeabilización exige la escogencia adecuada de la geomembrana, cuyas especificaciones apropiadas en cuanto a material, espesor, etc. varían para cada caso según el tipo de aplicación, las condiciones locales del terreno, etc.

Condiciones de la subnrasante. Es deseable que las superficies que van a servir de base para la geomembrana, sea lo suficientemente finne para soportar el personal y los equipos que se utilicen en la instalación (ASAE, 1,995). Dicha superficie debe igualmente tener un terminado final muy liso, libre de rugosidades o irregularidades. Deben por lo tanto, extraerse o eliminarse todas las rocas o piedras protuberantes, residuos de malezas, arbustos, raíces, etc. Se aconseja en lo posible, la compactación mecánica de la superficie.

Si la subrrasante presenta un suelo de textura muy gruesa, o de tipo rocoso, se debe cubrir con una capa protectora, á manera de colchón, formada por un suelo de arena bien gradada. Para este efecto también se puede utilizar un geotextil, preferiblemente del tipo no tejido y “punzonado por aguja”. Si se espera la ocurrencia de problemas debidos a malezas, se puede considerar la utilización de esterilizantes no selectivos,

8

tomando las precauciones que sean dei caso para no ocasionar daño ecológico en el área, o disturbar los procesos biológicos de descomposición en el caso de lagunas de oxidación. Similares consideraciones se deberán tener en cuenta, cuando se vayan a cubrir viejas placas de concreto o asfálticas, las cuales se deberán inspeccionar para detectar cualquier tipo de imperfección superficial. Estas se deberán suavizar en la mejor forma posible y las grietas existentes se deberán rellenar con mortero u otro material apropiado, compatible con la geomembrana. Nunca se deberá esperar de las membranas algún soporte de tipo estructural (ASAE.1.995).

Espesor. El espesor o calibre mínimo se debe seleccionar de acuerdo con la textura del suelo, las características del líquido y la susceptibilidad de la membrana a sufrir daños durante la instalación. El espesor mínimo para láminas de caucho es de 0.75 mm. (30 mil, donde 1 mil=0.001 in.), mientras que para láminas plásticas, es de 0.25 mm. (10 mil), si se instala sobre superficie arenosa homogénea y 0.50 mm. (20 mil), para gravas (ASAE,1.995). Específicamente, cuando se trata de depósitos de materiales que ofrezcan peligro, la reglamentación vigente en los EÉ. UU. exige un espesor mínimo de 30 mils, en una sola capa macisa (“single ply”), (Koemer, 1.986).

Materiales. Los materiales más comunes existentes en el mercado colombiano y sus propiedades generales se sintetizan a continuación:

CLORURO DE POLIVINILO (PVC). El material original es notablemente resistente a la acción de factores externos y las láminas se pegan fácilmente unas a otras por medio de disolventes. Sin embargo, en el caso de las membranas el material requiere, para proporcionarle las condiciones de flexibilidad necesarias, la adición de algunos productos químicos plastificantes. La flexibilidad así obtenida es muy apropiada, lo cual le permite amoldarse a las imperfecciones o rugosidades del terreno, sin romperse fácilmente y sin requerimientos especiales de protección en condiciones normales. Igualmente la flexibilidad permite los dobleces necesarios en el material para poder transportar porciones relativamente grandes, de tiras pegadas previamente en fábrica, evitando así los pegues en el terreno, con sus inconvenientes. El problema de los plastificantes es que son volátiles y se pierden con relativa facilidad, dando lugar a una considerable reducción en el calibre de la lámina original y su debilitamiento, con pérdida de las condiciones de flexibilidad. Estos efectos son tanto más graves y notorios, en cuanto más delgado sea el espesor de la lámina instalada (ver muestra). Varios factores aceleran la volatilización de los mencionados plastificantes, entre los cuales se pueden mencionar la acción de los rayos solares (principal causante del problema sobre las márgenes no cubiertas por el agua, como se puede apreciar en la muestra de material y en la figura 2); el contacto con ciertos productos químicos y la acción de algunos microorganismos, especialmente hongos.

9

Para contrarrestar la acción de los rayos solares, se aconseja frecuentemente cubrir el material con una capa de suelo, es decir instalar la lámina entenada. Para contrarrestar la acción de los hongos se utilizan algunos aditivos fungicidas. Estos aditivos, por sus características, son en general inconvenientes para el desarrollo de todos los microorganismos, y por lo tonto, en el caso de las lagunas de tratamiento, pueden ser disturbadores del proceso biológico al interferir el desarrollo normal de ciertos bacterias o de las algas que actúan en forma simbiótica, con detrimento de las condiciones de descomposición aeróbica. Es aconsejable pensar en adelantar una serie de pruebas que conduzcan a determinar la posible ocurrencia de estos efectos.

POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (HDPE). Este material se caracteriza por tener una mayor resistencia a los efectos de la intemperie y los rayos solares, para mejorar la cual se le adicionan frecuentemente algunos estabilizadores. Debido a su mayor rigidez, se acopla con mayor dificultad a las irregularidades del terreno, por lo cual requiere una mejor preparación y perfilación de la subrrasante y frecuentemente se aconseja la instalación de un geotextil por debajo de la geomembrana, para lograr una mejor protección. También, debido a su poca flexibilidad, no permite el transporte de láminas grandes para el recubrimiento simultáneo, de áreas considerables a manera de unidades, cuyas tiras o franjas induividuales han sido pegadas previamente en fábrica, sino que se hace necesario el enrollamiento de las tiras independientes para su transporte ai lugar de la instalación, sitio en el cual se realizan la totalidad de los pegues de las tiras, lo cual represento un inconveniente, sumado al hecho de que el sistema de unión de este material es por calentamiento de las superficies y de que el rango de temperatura para lograr una buena unión es muy estrecho.

ETILENO INTERPOLIMERICO O ETILENO MODIFICADO (EIA). Este material, nuevo en el mercado, es aparentemente el que se va a imponer en un futuro próximo. Las experiencias hasta ahora observadas indican que es más resistente aún que el HDPE a la intemperie y a la roturas mecánicas por su elasticidad. Su flexibilidad natural le confiere las ventajas del PVC en este aspecto, sin los inconvenientes de los plastifícantes y fungicidas. Su costo final resulta aparentemente más económico que el de los otros materiales descritos.

Uniones. S iem pre que sea posible, éstas se deben realizar en la misma planto de fabricación o en lugar en el cual se trabaje en ambiente controlado, de tal manera que se eliminen los factores desfavorables para la apropiada consolidación de los pegues. Tal como se explicó arriba, e3to es imposible de lograr con membranas de

10

HOPE. Es factible con las de PVC y resulta aún más fácil de lograr y en superficies de mayor tamaño, con las membranas de EIA. Las uniones o pegues entre franjas de membrana, que se tengan que realizar en el campo, deben ejecutarse bajo condiciones climáticas favorables. Las superficies a pegar deben estar perfectamente limpias de polvo, humedad, etc. No deben presentar arrugamiento y se deben traslaparlo suficiente. En el cubrimiento de superficies inclinadas, la orientación de las uniones, siempre que sea posible, debe ser perpendicular a la superficie del agua. Cuando esto no sea posible, en toda unión paralela a la superficie del agua, la lámina situada a nivel superior debe sobrelapar a la situada a nivel inferior (Koemer, 1.987).

Colocación. Las geomembranas no deben estirarse por encima de sus dimensiones naturales, durante la instalación. Por el contrario, deben colocarse destensionadas, con cierto margen de estiramiento, para permitir encogimiento térmico, subsidenda superficial, etc. (Koemer, 1.987).

Cubrim iento con m aterial. La utilización de material (fiema, arena, etc.) es importante en muchos casos, para minimizar el posible daño físico de la membrana y la percoladón a través de agujeros. La forma y secuencia de colocación del material de cobertura se determina según las características del sitio y de la obra. En general, el material que recubre las pendientes laterales, debe colocarse comenzando por la parte inferior, hacia amiba. Se debe evitar cualquier desplazamiento o daño de la geomembrana durante la obra por parte de los equipos utilizados, o por sobrepeso. Se debe evitar el deslizamiento o transporte de material por sobre la geomembrana y la colocación no debe realizarse en condiciones extremas de temperatura ambiente (< 5o C. > 40° C.) (ASAE,1.995).

Siembre que se planee instalar una geomembrana enterrada, se deberá tener en cuenta el volumen de sobreescavación necesario. La capa de material cobertor debe tener un mínimo de 30 cm. de espesor. Los 15 cm. inferiores, contra la membrana, deben ser de textura areno limosa o más fina. El material debe ser lo suficientemente estable para resistir la erosión o el deslizamiento sobre los taludes, cuando asciende o desciende la superficie del agua. La pendiente de los taludes, en estos casos no debe ser mayor de 3 a 1. Cuando se instala la geomembrana enterrada, la zona sobre la cual tenga contacto el cauce de acceso debe protegerse adecuadamente de la erosión, con un cubrimiento adicional de gravilla gruesa. Si se considera necesario, se debe construir una estructura disipadora de energía para reducir la turbulencia del líquido. (ASAE,1.995).

S istem as de conservación apropiados para los bordes:

1. De acuerdo con especificaciones establecidas por ASAE (1.995), se debeenterrar el borde final de la membrana, por debajo de una capa de suelo Jaien

compactado, el borde libre mínimo, que se debe dejar por encima de la superficie del agua debe ser de 0.3 m. en reservónos hasta de 0.4 ha. Se deben agregar otros 0.3 m., or cada 240 m. de posible recorrido del viento sobre la superficie.

2. El anclaje de la membrana en su borde superior se debe realizar por medio de una zanja de por lo menos .3 m. de anchura e igual profundidad. La membrana se extiende a lo largo del fondo y en ascenso sobre el borde externo, formando una U. La zanja se rellena con material bien seleccionado y se compacta, (v. Plancha 1, adjunta a este documento)

3.Se deben tomar las precauciones del caso para evitar inundación superficial por escurrímiento, alrededor de la laguna,debido a mal drenaje. El diseño debe prevenir la ocurrencia de escorrentfa superficial erosiva de los bancos laterales o percolación a través del espacio comprendido entre la membrana y la subrrasante.

4. En algunos casos se puede permitir crecimiento de pasto, en forma de pradera bien mantenida, con una especie como el kikuyo o similar, (a cual puede llegar a cubrir parcialmente el borde superior de la geomembrana. en el area no inundada. Especial cuidado se deberá tener en el mantenimiento de la pradera para no causar daños a la geomembrana cuando se hagan las podas.

2.12.2. Otros métodos de Impermeabllizaclón.

Otros métodos, muy utilizados anteriormente para impermeabilización de reservónos o canales, han venido siendo reemplazados por los descritos en el numeral anterior, ya que resultan en general más costosos y difíciles de realizar. Consisten en la aplicación de una capa de suelo tipo arcilloso a manera de barrera, cubierta a su vez por otra capa de suelo de textura menos pesada, tipo franco o franco-arcilloso muy bien compactado. Las capas deben ser de suelo mineral, es decir sin contenido de materia orgánica y su compactación debe realizarse siguiendo todas las normas de construcción establecidas para estos casos. En ocasiones, una sola capa de suelo de textura apropiada, aplicada en la forma correcta, puede ser suficiente.

Según la disponibilidad, cercanfa y facilidad de acceso a bancos naturales de materiales apropiados, en una localidad determinada, es aún posible que en ciertos casos resulte ryjás Económico y aconsejable utilizar este tipo de impermeabilización.

12

2.2. SISTEMAS DE DRENAJE SUBSUPERFICIAL PARA DEPRESION Y CONTROL DEL NIVEL FREATICO

2.2.1. Generalidades

El control del nivel freático bajo la superficie del suelo puede lograrse por diversos medios. En general consiste en la construcción e instalación de estructuras y equipos que permiten la recolección y conducción del agua por acción de la gravedad hasta un punto localizado a un nivel más bajo, a partir del cual el flujo se conduce o entrega a un receptor final de agua corriente o estacionaria, por acción de la gravedad o con la ayuda de un sistema de bombeo.

Las estructuras que permiten efectuar la recolección inicial del agua para producir un abatimiento del nivel freático pueden ser canales abiertos, canales rellenos de material permeable (drenes franceses) o tuberías enterradas. Estas tuberías pueden ser construidas con diversos materiales, siendo las más utilizadas las de. gres, concreto y plástico.

Debido a sus características de resistencia a la corrosión, tanto por factores externos propios del suelo, como a substancias contenidas en el agua, como por su facilidad de instalación, economía y duración, el tipo de tubería más utilizado en la actualidad en la mayor parte de los países con sistemas avanzados de drenaje es el de tubería plástica. Sin embargo, según las condiciones locales en cada lugar, se pueden tomar en consideración y comparar entre sí las diferentes alternativas posibles.

En el caso de utilizar tuberías de concreto en suelos ácidos o con sulfates, se deben seleccionar aquellas con las especificaciones apropiadas de resistencia a dichas condiciones.

La tubería plástica más utilizada en la actualidad, desarrollada comercialmente hace algo más de veinte años, es la del tipo corrugado, fabricada en polietileno. Se producen básicamente dos clases, en la línea de producción comercial de esta tubería: la "standard” y la de “trabajo pesado” La primera normalmente ofrece buenas condiciones de funcionamiento en la gran mayoría de los casos de drenaje subterráneo con fines agrícolas o similares. Las corrugaciones transversales le proporcionan a la tubería condiciones de flexibilidad y resistencia al rompimiento por presión exterior, lo cual permite fabricad *, con paredes de bajo espesor o calibre.

2.2.2. Sistemas de filtración

En la mayor parte de los casos, las tuberías de drenaje subsuperficial operan satisfactoriamente, sin necesidad de colocar materiales filtrantes de especiales características a su alrededor. Sin embargo, cuando se tienen suelos muy inestables o carentes de cohesión, sé hace necesaria la utilización de dichos materiales, en forma de capas envolventes, para lograr un buen funcionamiento del sistema.

Las condiciones que exigen la utilización de estos materiales son: (1) suelos que fácilmente permiten la acumulación de sedimentos en los drenes, tales como limo grueso o arenas entre muy finas y medias, en el rango comprendido entre 0.05 y 0.5 mm.¡ (2) suelos que no proporcionan una fundación estable tales como arenas saturadas, de condiciones movedizas, y (3) suelos que tienden a sellar o taponar los orificios de la tubería de drenaje y limiten en esta forma la entrada del agua. La ocurrencia de este fenómeno puede ser relativamente frecuente en el caso de drenaje de aguas residuales provenientes ya sea de lagunas de oxidación o de pozas sépticos. Aparentemente se ha detectado la tendencia de ciertos tipos de substancias orgánicas, como los polisacáridos, en ciertas condiciones de descomposición anaeróbica y principalmente a bajas temperaturas de presentar estos efectos (Magdoff y Bouma, 1.974). En el caso de las lagunas de estabilización este efecto puede, en el largo plazo, producir un taponamiento general que limite suficientemente el flujo como para evitar cuaquier posible contaminación de aguas subterráneas. Es necesario desarrollar más la investigación al respecto, para definir con mayor exactitud las condiciones en que este fenómeno puede ocurrir.

2.2.2.1. Medios filtrantes

Los materiales que se utilizan para filtro alrededor de las tuberías son de diferentes clases:

a) Residuos vegetales. Se utilizan tamos, pajas, y en general residuos de pastos, forrajes o tallos de gramíneas. También las tusas de maíz, aserrín o residuos similares de madera y fibra de coco. Estos materiales se pueden utilizar únicamente con tubería rígida (cemento, concreto, gres,etc.).

b) Envolturas prefabricadas. Este tipo de filtros puede ser elaborado en fibra de vidrio, telas sintéticas tipo nylon y en ciertos tipos de geotextiles, especialmente los “no tejidos, punzonados con aguja”. Se debe tener precaución con el uso de estos materiales en suelos en los cuales se detecte presencia de óxido de hierro o manganeso, porque éstos pueden ser causa de sellamientos en los conductos filtrantes.

14

c) Materiales minerales. Estos incluyen la grava, gravilla, roca o piedra fracturada, escorias, etc. Se deben evitar los compuestos con excesivo contenido de finos. El criterio establecido al respecto es rechazar el material en el que más del 5% pase por malla N° €0. El espesor mínimo de la envoltura filtrante con este tipo de material, es de 75 mm. y debe cubrir la tubería con ese espesor, en toda su circunferencia.

2.2.3. Coeficiente de Drenaje

El coeficiente de drenaje se refiere a la tasa a la cual el agua excesiva es removida en 24 horas. En diseño de drenaje para fines agrícolas se tienen en cuenta, para su establecimiento diversos parámetros, como son intensidad y duración de la lluvia, porosidad y permeabilidad del suelo, plan de operación del sistema y tipo de cultivo en el cual se aplica. En el caso de infiltración proveniente de depósitos superficiales de agua, el fector preponderante será la capacidad básica de infiltración esperada, factor que puede medirse directamente en el terreno en forma previa, una vez se haya efectuado la excavación para el reservorio o laguna, de tal manera que se pueda llevar a cabo la prueba sobre la superficie que va a servir de fondo al depósito. En suelos minerales de los tipos predominantes en nuestro medio y específicamente en la Sabana de Bogotá, el coeficiente de drenaje calculado con esta base rara vez será superior a unos 15 a 20 mm./hora.

2.2.4. Area de drenaje

El área de drenaje, con el fin de calcular la capacidad de las tuberías se selecciona en forma diferente, según el sistema opere solamente para las aguas subsuperficiales o se reciban también las aguas provenientes del escurrimiento superficial. En los casos de los que trata específicamente este informe, como son las lagunas de oxidación, normalmente y casi que necesariamente, las aguas de escorrentía son conducidas hacia otros cauces. Por lo tanto el área seleccionada para ios cálculos, será el área neta ocupada por la laguna. Numerosas referencias bibliográficas pueden consultarse para establecer coeficientes de drenaje, según características de los suelos, etc. Se puede citar como una de las más completas y prácticas a Luthin (1.966).

El cálculo de la descarga a través de una linea de tubería de drenaje es un simple cálculo de volumen, de acuerdo al área de influencia de la tubería y del coeficiente de drenaje seleccionado. A manera de ejemplo se presentan a continuación valores aproximados de descarga en metros cúbicos por segundo para diferentes áreas, con un coeficiente de drenaje de 20 mm./h.

15

Area drenada (ha.) Q (m3/seg.)1000 2.2500 1.2400 0.9300 0.7200 0.45100 0.2250 0.1240 0.0930 0.0720 0.04510 0.0228 0.0195 0.0124 0.0093 0.0072 0.00451 0.0022

2.2.5. Diámetro mínimo de los drenes

Para facilidad decálculo del tamaño mínimo que deber tener las tuberías enterradas de drenaje subsuperficial, se preneta la figura 1. Una vez determinada la descarga en M3/seg., se traza una línea horizontal desde el extremo izquierdo. Simultáneamente se traza una vertical desde el extremo inferior con el valor de la pendiente longitudinal de la tubería, el punto de intersección estará comprendido entre dos líneas transversales. En este espacio se puede encontrar indicado el valor del diámetro en pulgadas. El espacio comprendido entre las líneas indica el rango sobre el cual se puede utilizar la tubería de la dimensión marcada.

16

PENDItNTt LONUIIUUIMAL Ut. LA 1UULKIA W

flG. 1. Guía para la determinación del diámetro requerido al utilizar tubería plástica

corrugada de drenaje.

17

DES

CA

RG

A D

E D

REN

AJE

EN

MET

RO

S C

UB

ICO

S P

OR

SEG

UN

DO

3. PROBLEMAS CAUSADOS POR GENERACION DE GASES O POR NIVEL FREATICO ALTO EN LAGUNAS DE OXIDACIÓN IMPERMEABILIZADAS CON GEOMEMBRANA

3.1. OCURRENCIA Y CAUSAS DE LOS PROBLEMAS

Tal como se explica en el numeral 1, la descomposición anaeróbica que siempre ocurre, en mayor o menor proporción en prácticamente todas las lagunas de tratamiento, produce diversos tipos de substancias gaseosas. Cuando el fondo de una laguna se impermeabiliza con geomembrana, normalmente ocurre que, aunque se hayan observado todas las normas apropiadas para la escogencia e instalación del material, el agua en proceso de descomposición pasa a las capas inferiores debido a la ocurrencia imperceptible de pequeñas perforaciones; a defectos en las uniones de las tiras; a desbordamientos ocacionales o simplemente a infiltración lenta a través de zonas defectuosas de la membrana.

Al continuar su proceso de descomposición, en condiciones anaeróbicas, los gases generados por debajo del fondo de la laguna tratan de salir a la superficie. Si no encuentran una vía rápida, a través de los espacios porosos de la zona de aireación del suelo, ejercen una presión sobre la membrana, en sentido ascendente, que puede levantarla formando grandes bolsas, las cuales eventualmente se rompen, dejando numerosos orificios, cuya múltiple ocurrencia puede llegar a ser causa de que el sistema de impermeabilización pierda, en un corto plazo, su efectividad y razón de ser.

Ocasionalmente se puede ptresentar también el caso de que el ascenso del nivel freático, a partir de niveles profundos, atrape bolsas de aire por debajo de la membrana que cubre el fondo de la laguna, con lo cual se presenta un fenómeno similar al producido por la generación de gases

3.2. MEDIDAS DE CONTROL

Siempre que se pueda presentar esta acumulación de gases o, en lagunas de tratamiento que puedan producir contaminación, exista peligro de que el nivel freático intercepte temporal o periódicamente, la superficie inferior de la geomembrana, se debe proveer un sistema de alivio de la presión. El contacto del nivel freático con el

18

fondo de (a laguna de oxidación debe evitarse cuando existan posibilidades de contaminación por utilización de las aguas subterráneas en lugares cercanos y cuando este fenómeno se presente simultáneamente con la producción de gases, los cuales quedan atrapados dentro de la zona de saturación del suelo, que no les permite el flujo hacia el exterior. Es decir, siempre que se provea un sistema de evacuación de gases y a no ser que el nivel freático se mantenga siempre lo suficientemente profundo en forma natural, se deben proveer los medios para que asf ocurra, de tal manera que la zona de saturación no se interponga con el flujo libre de los gases generados.

Para evitar levantamiento de la membrana, se aconseja tomar medidas de diferentes tipos. Una es la adición de peso sobre la membrana, por medio de material protector, colocado sobre ésta. Otras buscan el alivio de la presión interna causada por los gases, para lo cual se pueden utilizar las siguientes alternativas: a) instalación de lineas de tubería perforada, cubierta con geotextil u otro tipo de material filtrante en razón de los peligros esbozados en el numeral 2.2.2., en zanjas excavadas por debajo de la geomembrana, conectadas a la superficie libre para dar salida a los gases; b) zanjas abiertas, rellenas con gravilla o material similar, con conductos verticales de similares características, que permitan la salida de los gases y conectadas a sistema de desagüe final, para drenaje subterráneo. La eliminación exclusiva de los gases, se puede lograr a través de: (a) una capa abierta de material granular o de un geotextil apropiado, por debajo de la geomembrana con inclinación superficial del fondo y los taludes.

3.3. EXPERIENCIAS DE LA CAR EN DIVERSAS PLANTAS CONSTRUIDAS

SOPO

Se proyectaron dos lagunas facultativas. Sin embargo, finalmente se construyó solamente una debido a las dificultades presentadas por el tipo de suelo en cuanto a la estabilidad de los diques

Resumen de resultados anáfisis de suelos;

Según el estudio correspondiente, se observa una considerable parte del área, aproximadamente sobre un 75%, en la que aflora una capa de suelo orgánico. Creemos que, de ser asi, este podría ser la causa de la pérdida de apoyo en ciertas zonas de los taludes. Solamente sobre el costado sur, se presente una capa de suelo

19

Muestra física del material tomado del borde del talud, en la planta de Sopó. Tomada

en octubre/96.

Fig. 2. Estado de deterioro de la geomembrana sobre los taludes de la laguna de estabilización, en la planta de tratamiento de Sopó. (Fotografía, cortesía del Jng. Alfredo Malagón)

20

arcillo limoso de consistencia compacta a blanda, con ciertas capas intercaladas de arena limosa, capa que, sobre el otro extremo, se profundiza hasta unos 4 m.

El estudio de suelos recomendó recubrimiento total del fondo de la laguna con membrana plástica. Sin embargo, se recubrieron solamente los taludes.

La geomembrana, en las zonas aledañas a los bordes se encuentra notablemente deteriorada, debido probablemente a las labores mecánicas de limpieza de malezas, realizadas en forma no apropiada, a las deficientes especificaciones del material utilizado y a la pérdida de apoyo por soliffuxión del subsuelo en los taludes. El espesor de la lámina instalada fue tan sólo de 200 mieras, fabricada en PVC. Su deterioro ha sido muy grande (ver muestra y figura 2).

Las pruebas de permeabilidad mostraron resultados conespondierrtes a suelo poco permeable (0.00362, 0.00327 y 0.00461 cm/seg.), en zonas con suelo orgánico superficial y muy poco permeable (0.0000803 cm/seg) en la zona con suelo arcillo limoso, resultados estos que no se encuentran consistentes con el tipo de suelo y las observaciones de campo. Aparentemente, estos ensayos han debido repetirse en el momento oportuno.

En los sondeos, realizados probablemente a mediados del primer semestre de 1.993, se encontró nivel freático a poca profundidad (0.8 a 1.5 m.)

Durante la construcción, según información verbal del interventor y de los proveedores de la geomembrana, se observó una gran susceptibilidad del suelo a la erosión.

En la actualidad, se perciben olores fuertes, probablemente debidos a generación de gases, lo cual indica probablemente la preponderancia del proceso anaeróbico sobre el aeróbico.

SUESCA

Aunque el proyecto proponía la construcción de dos lagunas facultativas y una anaeróbica, ésta última no se construyó.

A lo largo del extremo occidental (esta parece ser la situación real, aunque el perfil indica lo contrario, al parecer debido a errores de dibujo) de las lagunas se encontró una capa de arcillas, en formaciones combinadas entre arcillosas puras, arcillo- limosas y arcillo-areno-fimosas, con características de drenaje pobre y, por lo tanto de probablemente baja permeabilidad, hasta una profundidad de algo menos de 2 m.,

21

por debajo de la cual se encontró una capa areno-iimosa de alta permeabilidad. Hacia la zona central dicha capa se profundiza continuamente, por lo cual al extremo opuesto, se encuentra a más de 8 m. de la superficie. Con la construcción de la laguna, solamente se intercepta esta capa en aproximadamente una tercera parte del costado occidental, por lo cual se decidió recubrir solamente este sector con geomembrana. Sobre los costados mencionados y, con profundidades inferiores a un metro, se presenta una capa de suelo limo arcilloso, con muestras de carbón. Se afirma que durante los sondeos no se encontró nivel freático. Sin embargo, también se afirma que es posible encontrar agua en los lentes areno-limosos. Por otra parte, (os ensayos de permeabilidad no son muy consistentes con lo esperado según las características físicas descritas. El consultor en suelos recomienda colocar una capa de arena de peña apisonada, de 5 cm. sobre el fondo, sobre la cual deberá colocarse una capa de polietileno, cal. 10 y recubrir ésta nuevamente con arena de peña apisonada con profundidad de 20 cm. Sobre los taludes, recomienda recubrir el polietileno con una capa de piedra pegada con mortero, de 15 cm.

La membrana que finalmente fue instalada en esta obra, tiene las mismas características de la de Sopó, o sea 0.2 mm. de espesor, fabricada en PVC. Sin embargo, a pesar de sus bajas especificaciones, se encuentra en estado aceptable, con excepción de algunas pequeñas rupturas en la laguna 2, originadas en daño mecánico, probablemente causado por animales. (FIG. 3)

En varios sectores de las márgenes se observa crecimiento de vegetación rastrera, la cual cubre parcialmente la membrana. Sí el mantenimiento de esta vegetación, con podas y control de ciertas malezas, se realiza en forma apropiada, puede resultar benéfica para la conservación de la geomembrana. En ambas lagunas se observa la presencia de abombamientos causados por gases. Según información verbal de personal de la CAR, que ha tenido la oportunidad de observar el comportamiento de la planta desde el inicio de su operación, la cantidad y las dimensiones de las burbujas ha venido disminuyendo paulatinamente. Se observa frecuentemente que, cuando una burbuja adquiere unas dimensiones suficientemente grandes, suele explotar repentinamente, para luego sumergirse de nuevo, una vez que los gases escapan. Esto debe ocasionar, como es lógico, un aumento notable en la percolación profunda de las aguas de la laguna y, a su vez, proporciona los espacios necesarios por los cuales pueden escapar los nuevos gases que se generen.

Se nota en esta planta una incidencia de olores men intensa que en la de Sopó. También se observa un color notablemente más clan i efluente final y una mayor presencia de algas.

Fig. 3. Vista del talud recubierto en la planta de Suesca. (fotografía cortesía del Ing. Alfredo Malagón)

GACHANCIPA

En la planta de tratamiento de este municipio se construyeron dos lagunas. Por las características de suelo y subsuelo, no se consideró necesaria la instalación de membrana impermeable.

Es importante anotar que aquí se observa una actividad de algas, aún mayor que la de la planta de Suesca. Simultáneamente, la incidencia de olores es prácticamente inexistente, por lo cual se puede deducir que predomina el proceso aeróbico de descomposición.

Las orillas de las lagunas se encuentran cubiertas con placa de concreto, la cual a tenido buen comportamiento.

SUBACHOQUE

En este municipio se construyeron tres lagunas. Una supuestamente anaeróbica, de mayor profundidad y dos facultativas. Se recubrió el fondo con geomembrana y,

23

sobre el borde superior, se le hizo anclaje con placa de concreto. Este tipo de anclaje no ha tenido un buen comportamiento, ya que se observa rompimiento longitudinal de la membrana a lo largo de la unión, en numerosos sectores.

La planta, por diversas razones, está en la actualidad suspendida en su funcionamiento. Sin embargo, es posible observar claramente el efecto de la generación de gases por debajo del fondo de las lagunas, los cuales forman numerosas burbujas, las cuales crecen hasta reventarse, siguiendo el mismo proceso observado en la planta de Suesca.

Como medida correctiva aplicable a este caso y a otros similares, en los cuales el fenómeno se esté presentando con similar incidencia, recomendamos el siguiente procedimiento, aplicable con mayor facilidad en láminas de Pvc, por la relativa facilidad de pegado. Se trata de cortar una pequeña porción de material; de la misma clase y características del que se quiere reparar, de unos 200 a 400 centímetros cuadrados, con forma semicircular, para que sirva a manera de lengüeta. En la parte superior, o cerca de ésta, en la burbuja, se pega la lengüeta por su extremo recto, de tal manera que el resto de ella se levante libremente. Se practica entonces una pequeña incisión, por debajo de la lengüeta y en la zona que queda recubierta por esta, una vez que se deja libre, de tal manera que se permita la salida del gas. Una vez evacuado el gas, la lámina volverá a su posición original y la lengüeta quedará actuando a manera de válvula, la cual podra servir para parmitir la evacuación de nuevos gases, posteriormente generados.

4. EL CASO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE CHOCONTA

4.1. CARACTERISTICAS GENERALES.

La planta de tratamiento de Chocontá, consta de dos lagunas facultativas rectangulares: la primera de 100 m. x 9b m., con profundidad total de 2.5 m. y profundidad de lámina de agua de 2 m.; la segunda de 160 m. x 120 m., con profundidad total de 2 m. y profundidad de lámina de 1.45 rn.

El estudio de suelos recomendó la instalación de lámina plástica impermeable, debido a que, a la profundidad proyectada, se presentan algunas formaciones permeables. Sin embargo no se hicieron otras consideraciones al respecto.

El análisis para tomar una decisión sobre la necesidad de impermeabilizar las lagunas, para llegar ai planteamiento de una serie de alternativas que finalmente

24

eviten ia ocurrencia de problemas similares a los presentados en Sopó, Suesca y Subachoque, con la consiguiente inoperancia futura del sistema, tuvo varios aspectos. Por una parte se hizo un reconocimiento del área y sus alrededores, la cual permitió constatar que no existen en el área cercana, circundante, explotaciones en operación, de aguas subterráneas, ni para uso humano, ni para uso agrícola, por lo cual no hay actualmente posibilidad de causar problemas de contaminación.

Se investigó, por otra parte, la clase de aguas que se proyecta tratar en estas lagunas. La información obtenida en la Alcaldía municipal indica que las aguas serán básicamente provenientes de uso doméstico de la cabecera municipal, con la excepción de un hospital, que sólamente representa un bajo porcentaje del total.

Se indagó sobre las posibilidades futuras de que esta planta sea utilizada para tratar residuos de posibles industrias que se llegaren a instalar a corto o mediano plazo. Para el efecto se buscó la posibilidad de consultar algún ejemplar del Plan Municipal de Desarrollo, el cual no se encontró disponible. Sin embargo, se obtuvo información verbal proveniente de funcionarios de la Oficina de Planeación Municipal y del titular del despacho de la Secretaría de Obras del Municipio. Esta información confirmó que ni existen en la actualidad, ni se planea el establecimiento en un futuro cercano, de industrias que puedan amenazar con la producción de substancias o elementos contaminantes de especiales características, que puedan ofrecer un peligro grave de contaminación.

Se analizó igualmente la posición de las lagunas con respecto al río Bogotá. Por su relativa cercanía en determinado punto, cerca de 40 m., se puede pensar que existe una remota posibilidad de contaminación, por transmisión subterránea de agua parcialmente tratada al río. Esta posibilidad es aún más remota, si se tiene en cuenta que la zona de la planta más cercana al río corresponde a la laguna N° 2, en la cual el agua ya ha sufrido un proceso prolongado de estabilización y oxidación, tanto más completo, en cuanto se acerca al borde del río.

Las razones anteriores llevaron a la conclusión general de que la impermeabilización de estas lagunas no es de primordial importancia.

Sin embargo, para efectos comparativos, y teniendo en cuenta que la geomembrana para ser instalada, ya se encuentra en el lugar de la planta, se plantearon diversas alternativas de solución, con los costos adicionales que cada una de estas representa.

Como criterio general, considerando que la geomembrana dispuesta para esta obra es de polietileno de alta densidad, calibre 30 mil (0.75 mm.), y de acuerdo con los criterios esbozados en el numeral 2.1.2.1., se decidió que su instalación, ya sea total

25

o parcial, no justifica que sea recubierta con ningún tipo de material, pero que resulta aconsejable colocarla sobre un geotexil del tipo no tejido ypunzonado.

4.2. ALTERNATIVAS PARA PREVENCIÓN DE PROBLEMAS

Las alternativas planteadas se resumen en la siguiente forma:

Alternativa 1.

No instalar geomembrana en ninguna parte del área del fondo de las lagunas.

A lternativa 2.

Instalación de geomembrana únicamente sobre las superficies inclinadas de los taludes, protegida por su parte inferior con un geotextil del tipo no tejido, de 160 gr./m2.

Esta alternativa tiene como costo adicional, únicamente el correspondiente a la adquisición e instalación del geotextil, sobre un área de aproximadamente 3.600 m2.

El costo adicional por ese concepto es de cerca de $4.000.000

Se consideró también la posibilidad de adicionar esta alternativa con la construcción de líneas de tubería para drenaje subterráneo, a lo largo de los taludes, para evitar el posible corte del nivel freático con las superficies de aquéllos. Pero un análisis riguroso, de las posibilidades de que esto ocurriera y de las ventajas y desventajas de esta obra adicional, llevó a la conclusión de que debía descartarse.

Entre otras consideraciones se tuvo en cuenta el hecho de que, durante todo el tiempo de construcción, no se ha observado que la zona de saturación del suelo haya ascendido por encima del nivel del fondo de la laguna, nivel que fue excavado en ciertas áreas desde hace considerable tiempo. Esto indica que los ascensos del nivel freático a las cotas consideradas son muy esporádicos y no deben permanecer por periodos largos.

A lternativa 3.

Remodelación del fondo de las lagunas, proporcionando una pendiente hacia un eje central, de 0.5%, e instalación de la geomembrana sobre la totalidad del fondo

26

aquéllas, protegida por su lado inferior con un geotexül del tipo no tejido, de 250 gr./m2.

Esta alternativa tiene un costo adicional de aproximadamente $165.000.000

A lternativa 4.

Esta alternativa, incluye las mismas obras de la alternativa 3, adicionando la construcción de un sistema de drenaje subsuperficial, con drenes tipo francés, o sea construcción de zanjas de aproximadamente 0.5 m. de profundidad en su iniciación, con pendiente longitudinal de 0.5%, y anchura transversal Mínima de 0.3 m., para control del nivel freático en toda la extensión.

Se requieren tres líneas de drenaje por cada laguna, regularmente repartidas. Las zanjas se rellenan con piedra del tipo conocido como “bola de río”, y se forran en sus paredes y fondo con un geotexül tejido, de especificación comercial, T 1400.

Los drenes subterráneos van conectados, por su extremo más alto, a columnas rellenas con el mismo material, las cuales comunican todo el sistema con la atmósfera exterior, para facilitar evacuación de gases.

Por su extremo inferior, los drenes desembocan en una linea principal que por su nivel no tiene capacidad para evacuar por gravedad. Por esta razón, la linea principal conduce a un cárcamo de bombeo desde el cual se impulsan las aguas recolectadas hacia el rfo.

El costo adicional total correspondiente a esta alternativa, asciende a aproximadamente $185.000.000.

CONCLUSIONES

El análisis y discusión de los diferentes aspectos relacionados con las alternativas presentadas, en conjunto con el personal ejecutivo de la CAR, llevó a la conclusión de escoger la alternativa 2, como la más apropiada.

La instalación de los geosintéticos se deberá hacer siguiendo las normas y especificaciones esbozadas en el numeral 2.1.2.1.

Como complemento, se entrega con este informe una plancha en la cual se presentan los planos correspondientes.

27

5. PLAN DE ACCION A SEGUIR

5.1. MONITOREO DE LA CAUDAD DE AGUAS SUBTERRANEAS EN SITIOS DE POSIBLE CONTAMINACION

Con el objeto de establecer unos criterios claros sobre los efectos reales de las lagunas de estabilización en acuíferos cercanos, en las diferentes circunstancias que se presentan, como son la impermeabilización con membrana, la no impermeabilización, la presencia de nivel freático en directo contacto con las aguas residuales o la existencia de una zona de aireación, por debajo del fondo de la laguna, es necesario diseñar un pian de seguimiento y monitoreo de la calidad de agua en acuíferos en los cuales existan o puedan construirse a bajo costo sistemas de captación de las aguas subterráneas.

5.1.1. Primeros ensayos comparatrfvos de análisis de aguas subterráneas cercanas a lagunas de oxidación, que operan actualmente.

Con el objeto de tener una visión aún muy preliminar de la posible contaminación de aguas subterráneas, se tomaron en desarrollo de este trabajo, muestras de agua en dos sitios cercanos a las plantas de tratamiento de Sopó y Suesca.

En el primer caso, se tomó una muestra en un pozo protundo, de unos 60 m. de profundidad, localizado a unos 400 m. hacia el norte de la laguna de oxidación. Este pozo se utiliza para riego, en un cultivo de flores para exportación, conocido con el nombre de El Palomar, localizado en la Hacienda San Carlos. Los resultados del agua del pozo (v. apéndice), muestran niveles de DBO y DQO, bajos y enormemente inferiores a los del afluente a la laguna de oxidación de Sopó. Sin embargo, el pozo presenta un contenido de sólidas disueitos relativamente alto y, aunque el contenido de bacterias coliformes es unas 100.000 veces inferior al de la laguna, la presencia de éstas puede significar en principio, cierta probabilidad de contaminación por causa de la laguna. Desde luego que este es un primer ensayo aislado en el cual no fue posible, por limitaciones de tiempo y presupuesto, analizar ia incidencia de otras posibles fuentes de contaminación, además de no poseer registros históricos de ia calidad del agua en el pozo, antes de la construcción de la planta de tratamiento.

En el caso de Suesca, se detectó la presencia de un aljibe de poca profundidad (aproximadamente 6 m.), localizado a unos 80 m. al sur de la laguna de oxidación, utilizado para consumo humanó por familias de bajos recursos habitantes de la zona, quienes lo explotan mediante extracción manual del agua.

28

En este caso se detectó también un Índice relativamente bajo de DQO, comparado con las aguas de la laguna, pero una presencia relativamente importante de bacterias coliformes. Como en el caso de Sopó, este resultado preliminar no permite ninguna conclusión definitiva sobre la posible influencia directa de las aguas de la planta de tratamiento en el aculfero semisuperfícial que alimenta el aljibe, a pesar de su cercanía, debido a la falta de medios y de información para analizar otras posibles fuentes de contaminación del aculfero o directamente del aljibe, el cual puede recibir numerosas impurezas y cuerpos extraños desde la superficie del terreno.

5.1.2. Programa de seguimiento y monttoreo para futuros casos

Es necesario trazar un plan concreto de acción para moriitorear los efectos de las plantas en las aguas subterráneas. Este pian es posible realizarlo, tanto en las plantas exsistentes, actualmente en funcionamiento, como pueden ser las mencionadas en este informe, como en otras, que se encuentren actualmente en Ja etapa de diseño, y que por lo tanto permitan iniciar un proceso de registro y análisis de datos en los aculferos cercanos, desde antes de la construcción y puesta en marcha de la planta.

Para el efecto, se deberán detectar, por un lado, los pozos profundos existentes en lugares cercanos, generalmente pertenecientes a explotaciones agrícolas intensivas o, en otros casos, en los cuales la correlación con las plantas puede ser de mucha mayor importancia, cuando son utilizados para proveer agua de uso doméstico en conglomerados urbanos y rurales.

Por otra parte, en el caso de que existan aculferos de poca profundidad, cercanos a las lagunas, como en el caso de Suesca, resulta factible, por el bajo costo, la construcción de pozos poco profundos, de amplio diámetro, construidos especialmente para el efecto, los cuales pueden ser preservados de cualquier otra fuente de contaminación, para garantizar la veracidad y confiabilidad de los resultados obtenidos.

Los diseños experimentales deben incluir las diferentes condiciones de localización del nivel freático y por lo tanto zona de saturación, en contacto o separada de las aguas residuales. Es necesario evaluar cuidadosamente el efecto de la zona de aireación, interpuesta entre las aguas en proceso de estabilización y los aculferos, para corroborar o complementar los resultados reportados por numerosos investigadores en otras latitudes. Se deberá llegar a determinar el espesor mínimo que, para nuestras condiciones debe tener dicha zona de flujo no saturado y, con base en unos criterios definitivos, se podrá comparar, para cada caso, el sistema de impermeabilización por medios artificiales con el sistema de creación y mantenimiento permanente de zonas de aireación por debajo del fondo de las lagunas de tratamiento.

29

BIBLIOGRAFIA

1. American society o f Agricultural Engineers. 1995. Standards for Engineering Practice. Soil and W ater Resource Management. Instalaiion o f Flexible membrane Linings. St. Joseph, Michigan, U. S. A.

2 . ____________________________________. 1995. Standards for EngineeringPractice. Soil and W ater Resource Managment. Design and Construcción o f Subsurface Drains. St. Joseph, Michigan, U. S. A.

3. Bouma, J. 1974. Innovative on-site Soil Disposal and Treatment systems for Septic Tank Effluent. En Proceedings o f the National Home Sewage Disposal Symposium A.S.A.E. St. Joseph, Michigan, U. S. A.

4. Canter, L. W. y R. C. Knox. 1991. Septic Tank System Effects on Ground Water Quality. Lewis Publishers Inc. Chelsea, Mich. U.S.A.

5. Concannon, T. J. Jr. y E. J. Genetelli. 1971. Grounwater Polution due to High Organic Manure Loadigs. En Procc. of the International Symposium on Livestock Wastes. A.S.A.E. St. Joseph, Michigan, U. S. A.

6 . Green K. M. y D. O. Cliver. 1974. Removal of Virus from Septic Tank Effluent. En Proceedings o f the National Home Sewage Disposal Symposium. A.S.A.E. St. Joseph, Michigan, U. S. A.

7. Hoeks, J. 1976. Pollution of Soil and Grounwater from Land Disposal o f Solid Wastes. Institute for Land and Water Management Research. Tech. Bull. 96 Wageningen, The Netherlands. 86 pp.

8. Hoeks, J. 1977. Mobility o f Pollutants in Soil and Groundwater near Waste Disposal Sites. Institute for Land and W ater Management Research. Tech. Bull. 96 Wageningen, The Netherlands

9. Koemer, Robert, M. 1986. Designing with Geosynthetics. Prentice Hall. Englewood Cliffs. New Jersey, U.S.A.

10. Luthin, James N. 1966. Drainage Engineering. John Wiley & Sons, Inc. New York.

30

11. ft/lagdoff, F. R. y J. Bouma. 1974. The Development o f Soil Clogging in Sand Leached with Septic Tank Effuent. En Proceedings of the National Home Sewage Disposal Symposium A.S.A.E. St. Joseph, Michigan, U. S. A.

12. Magdoff, F. R., D. R. Keeney, J. Bouma y W. A. Ziebell. 1974. Columns Representing Mound-type Disposal Systems for Septic Tank Effluent II. Nutrient Transformations and Bacterial Populations. J. Env. Qua!., Vol 3, N° 3:228-234.

13. Nordstedt, R. A., L. B. Baldwin y C. C. Hortenstine. 1971. Multistage Laggon System for Treatment o f Dairy Farm Waste. En Procc. o f the International Symposium on Livestock Wastes. A.S.A.E. St. Joseph, Michigan, U. S. A.

14. U. S. Public Health Service. 1967. Manual of Septic Tank Practice. Publication 526, U. S. Government Printing Office, Washington, D. C.

31

CORPORACION AUTONOMA REGIONAL OE CUNOINAMARCA

SUBOIRECCION C IE N T IF IC A D IV IS IO N DE EVALUACION TECNICA

! *

E

ífr f c n i

' s c a l s i

REPORTE OE RESULTADOS ANALITICOS

PROGRAMA:MUNICIPIO:FECHA DE RECOLECCION: MUESTREAOOR:

CONTROL PLANTA DE TRATAMIENTOSOPOOCTUBRE 18 DE 1 99 6Angela Rodriguez M.

DE SOPO

PARAMETRO (HUMUS1

MUESTRA NQ |

1 31 3 1 3 1 4 1»

Aceites y Grasas mg/L 33,4 3,6

Cloruros mg/L-Cl 40,6 1 6 ,6

Conductividad MmhoS/cm 1222 836

DBO (5d-20QC) mg/L~03 89 1

DÚO mg/L-Oj 249 25

SAAM mg/L-LAS 4,3 ND

Fósforo Orto mg/L-PO4 1 ,2 3,0

I Fósfor Orgánico mg/L-po4 1 ,2 1 0 ,2

| Fósforo total mg/L-PO* 2,4 1 3 ,2

1 N-amoniacal |

mg/L-N 7.5 7 ,1

1 N-nitratoj mg/L-N 1,52 0 ,7

1 N-nitrito mg/L-N ND ND

i N-Orgáníco |

mg/L-N 8,4 2 ,8

N-kjeldahl total mg/l-N j15,9 9,9

Oxigeno disuelto I mg/L-üj 1,6 2,1

pH Unidades 6 ,.3 6,6

Plomo " mg/L-Pb ND ND

Sólidos totales mg/L 304 248

Sól. Suspend, fijos mg/L 6 2

Sól. disueltos mg/L 232 238

Sól. suspendidos mg/L 72 10

Sól. Susp.Volátiles mg/L 66 8

| Coliformes Totales NMP/100 mi. 43xl06 43x10Coliformes Fecales NMP/100 mi. <30X10S 23x10Temperatura agua BC 15 16Temperatura aire QC 17 17Tipo de agua --- Resid, Domest. PozoCaudal 1. p. s. 13,2

Hora de toma — 12:15 12:50

ND; No Detectable

SiriOS DE MUESTREO

1313: Afluencia a la Planta de tratamiento Sopó1314: Conflexpo Finca El Palomar pozo profundo para riego a 500 m. de la

planta de tratamiento.

m om aoa!iiiai«iwuiara«j!«au«u‘«uayuBu,uui¡n«auuui:;u:u:::uuuuun:um~ai;m¡;r

GUSTAVO PEORAZA POVEDA C o o rd in a d o r L a b o r a t o r io A m b ie n ta l

FECHA DE REPORTE: octubre 5 de 1996

Rosa H.

Tipo de agua Aljibe

Caudal 1. p . s .

Hora de toma —hM»uittuumio«iwiiiwaHim uaiuiuiiiauattuiinn¡myiiii:isn;i:iim tHUi!umiuuiiii¡iicuaiJti;(wm«iwHiiiiiufmHi;!;r:uiui:i:iuu.¡;::::u{;):niiiiu¡j;i;ui¡i;!tiii:ii¡i¡;n

14:20imuutmutuummj lumumiwtmuHumwn.tuwsuuL

NO: No Detectable

SITIOS DE HUESTREO

1315: Aljibe (profundidad 6 m.j

:Knu;RTauju:muiuv:n:»:uu::ni:u:nunr.n:t»m»RNninmimKUu:i:u:nmiviannnii»>us:uu>3iWUim3Ui:mmtu»tmuRninnnRinni»ctnBnmansa.

GUSTAVO PEDRAZA POVEDA C o o rd in a d o r L a b o r a t o r io A m b ie n ta l

FECHA 0E REPORTE: octubre 5 de 1996

Rosa H.

O /7 -0 ? b L b -7 CClf^CLxjócS?^

j T ¿

/ J 0 i / - / * Í 6 ¿ .

f*[a a c Á&- / #

entro de Documentación Ambiental'1 '.¡MU. • »1,

02452