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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
SERVIDAS PARA SER UTILIZADAS EN LA PLANTA FRUTÍCOLA
DEL SECTOR LA BOMBA DE ARAGUA DE MATURÍN, MUNICIPIO
PIAR ESTADO MONAGAS.
Trabajo Especial de Grado presentado como requisito parcial para optar al Título de
Ingeniero Civil
Autora: Br. Ariana C. Piña T.
Tutor: Ing. Roberto Castro
Asesora Metodológica: Dra. Morelia Santodomingo
Maturín, Abril 2011.
ii
DEDICATORIA
Dedico este arduo trabajo principalmente a Dios, que cada día y noche me
acompañó, me dio fe y mucha fortaleza para culminarlo.
A mis padres (Merys Tirado y Alexis Piña) por apoyarme y guiarme en la vida.
A mis hermanos (Daniel, Alecia y Alexa) porque no hay ni una sola cosa que haga
sin pensar en ellos y dejar una huella en sus vidas.
A mis abuelos (Jesus y Carmenza Tirado) por darme los mejores recuerdos, los
mejores ejemplos de mi vida.
A mi tía (Antonia Tirado) por darme el mejor ejemplo de lucha que cualquier
persona pueda dar.
A Victor Sotillo, por todo su apoyo, amor y constancia durante todo el desarrollo
de mi carrera.
iii
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios porque sin su amor y compañía no doy paso alguno en mi vida.
Gracias Señor por todo lo que tengo y lo que no!
A mis Padres, Merys Tirado y Alexis Piña quienes me guiaron y me acompañan
en todos los momentos de mi vida. Gracias! Los AMO!!!
A mis hermanos, especialmente a Alecia por todas las noches en las que me
acompañó, me hizo reír y me dio fuerzas cuando los necesitaba.
A mis abuelos Jesús y Carmenza Tirado quienes me enseñaron los verdaderos
valores de la vida.
A mis tíos Atilio Tirado, Eddier Tirado, Leopoldo Tirado, Aura García y Rosanna
Requiz por su apoyo y compañía en cada momento donde los necesitaba.
A toda mi familia, tíos y primos por todo el apoyo incondicional a lo largo de mi
carrera.
A toda la familia Sotillo quienes siempre me guiaron y dieron fuerza para seguir
adelante. Especialmente a Victor Sotillo, por su incondicional apoyo durante toda mi
carrera, Te Amo! mil gracias!
A mis profesores y guías Roberto Castro, Morelia Santodomingo y al Profesor
Raúl Parra por aportar su granito de arena a mi trabajo.
A mis Amigos Doris Carluccio y Dheybys Guerra por su apoyo incondicional
durante el desarrollo de mí Trabajo Especial de Grado.
Gracias a todos por creer en mí!
iv
Í N D I C E G E N E R A L
pp
LISTA DE CUADROS ……………………………………………………........ vii
LISTA DE FIGURAS ……………………………………………..…………… viii
RESUMEN…………………………………………………………………......... ix
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………. 1
CAPÍTULO
I. EL PROBLEMA………………………………………………………... 3
Contextualización del Problema…………….……………………………. 3
Objetivos de la Investigación…………………………………………….. 5
Objetivo General…………………………………………………..…… 5
Objetivos Específicos……………………………………………...…… 6
Justificación de la investigación…………………………..…………….. 6
II. MARCO REFERENCIAL…………………………………………….. 8
Antecedentes de la Investigación……..…………………………………. 8
Bases Teóricas………………………………….……………………….. 9
Comportamiento Hidráulico del Sistema…………….……………….. 9
Caudal de Consumo…………………………………………………... 9
Aguas que Infiltran al Colector……………………………………..… 11
Velocidad……………………………………………………………… 12
Pendiente de los Colectores…………………………...……………… 13
Principio de Bernoulli……………………………………...…………. 13
Utilización del Agua para Procesos Industriales…………..………… 14
Componentes Físicos-Químicos de las Aguas Residuales…………… 14
Contaminantes Químicos………………………………………….. 15
Contaminantes Físicos……………………………………..……... 15
Contaminantes Biológicos…………………………………..…….. 16
Tratamiento de Aguas Residuales……………………………………. 16
Tratamientos Preliminares…………………………………………. 16
Tratamientos Primarios……………………………………………. 16
Estanques Desnatadores…………………………………………. 17
Estanques de Doble Cámara o Imhoff…………..…………….… 17
Coagulación y Precipitación………………………………...…… 21
Tratamientos Secundarios…….……………………………...…….. 21
Filtros de Desbaste………………………………………..……... 22
Filtros Aireados Biológicos………………………………..……. 23
Biopercoladores………………………………………………… 23
v
Tasa de Carga Hidráulica…………..…………….……..…….. 25
Tasa de Carga Orgánica…………………………………..…... 26
Transferencia de Oxigeno……….…………………….……… 26
Recirculación……….………………………………….……… 26
Velocidad de Dosificación………….…………………..…….. 27
Temperatura…..………………………………….…….……… 27
Problemas Operacionales…..…………………………….…… 27
Instalaciones de Sedimentación Secundaria……..……….…... 27
Sedimentación Secundaria……..…….…………………………... 28
Tratamientos Terciarios…....……...…………………………..…… 29
Filtración…………………………………………………….…... 29
Remoción de Nutrientes…….…………………………………... 30
Desinfección……………………………………………………... 31
Medios Químicos………………………………………….……... 31
Medios Físicos……………………………………………..…….. 32
Cloración………………………………………………………… 33
Descloración…..……………………………………………..…... 33
Tratamiento con Ozono…...………………………………….….. 34
Tratamiento Ósmosis Inversa y Luz UV…..………………….… 35
Luz Ultravioleta……………………………………………….… 37 Costos Asociados a Sistemas de Distribución y Disposición de Agua….. 40
Sistema de Recirculación de Agua…………...……………………... 41
Planta de Tratamiento para Aguas Servidas………….……………... 43
Bases Legales………………………....………….……………………… 44
Sistema de Variable……..…….…………………….…………………… 50
Definición de Términos Básicos……..……………..……..…………….. 51
III. MARCO METODOLÓGICO…………………………………………. 53
Modalidad de Investigación……………………………………………… 53
Tipo de Investigación……………………………………………………. 54
Operacionalización de Variables…………………………………………. 54
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos……………………… 55
Técnicas de Análisis……………………………………………………… 57
IV. RESULTADOS…………………………………………………………. 58 Situación Actual del Sector La Bomba de Aragua de Maturín con Respecto
a los Sistemas de Cloacas Existentes……….…………………...…………… 58
Cálculo de Dotaciones……………………………………….….……… 60
Ubicación de la Planta de Tratamiento…..…………………………….. 62
Análisis Industrial de la Planta Frutícola…………………………….…… 63
Proceso Industrial………………………………………………..…….. 64
Elementos de la Planta de Tratamiento…………………………….…….. 67
Tanque Imhoff…………………………………………………………... 67
Biopercolador…………………………………………………………… 70
Sedimentador Secundario………………………………………………. 71
vi
Cámara de Desinfección………………………………………………... 74
Potabilización……………………………………………………………… 76
Diseño de la Planta………………………………………………………… 77
CONCLUSIONES………………………………………………………………. 97
RECOMENDACIONES....................................................................................... 98
REFERENCIAS…………………………………………………………………. 99
ANEXOS…………………………………………………………………………. 101
A. Planos de la Red de Cloacas……………………………………………… 102
B. Plano Topográfico………………………………………………………... 103
C. Planos de los Elementos de la Planta…………………………………….. 104
D. Plano de Implantación……………………………………………………. 105
vii
L I S T A D E C U A D R O S
CUADRO pp.
1 Costos Asociados al Sistema de Abastecimiento………………………… 40
2 Medidas Recomendables para Tanque Séptico de dos Cámaras………… 48
3 Sistema de Variables……………………………………………………... 50
4 Operacionalización de las Variables……………………………………... 55
5 Dotación según Nomas INOS……………………………………………. 60
6 Proyección de la Población………………………………………………. 61
7 Comparación de Cotas…………………………………………………… 62
8 Características del agua 1A……………………………………………..... 64
9 Factor de Capacidad Relativa……………………………………………. 80
10 Tiempo de Digestión en Días Según la Temperatura…………………….. 82
viii
L I S T A D E F I G U R A S
FIGURA pp.
1 Tanque Imhoff …………………………………………………………...… 20
2 Vista de la Parte Superior de un Biopercolador……………………………. 25
3 Vista de la Sección Longitudinal de un Sedimentador Secundario………… 29
4 Potabilización de Agua con Ozono…………………………………...……. 35
5 Potabilización de Agua con Osmosis Inversa y Luz Ultravioleta…..….…... 39
6 Distribución de la Red de Aguas Servidas………………………………..... 59
7 Proceso Industrial realizado en la Frutícola……………………….….....…. 67
8 Representación de la Planta de Tratamiento…………………….………...... 76
9 Cámara de Sedimentación………………………………….…………….… 79
10 Digestor de Lodos…………………………………………….…………….. 81
11 Lecho de Secado……………………………………………………………. 85
12 Generador de Ozono tipo NEO 25+25……………………………………... 95
ix
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
PARA SER UTILIZADAS EN LA PLANTA FRUTÍCOLA DEL SECTOR LA
BOMBA DE ARAGUA DE MATURÍN, MUNICIPIO PIAR, ESTADO
MONAGAS.
Línea de Investigación: Hidráulica e Instalaciones Sanitarias
Autora: Ariana C. Piña T.
Tutor: Ing. Roberto Castro
Asesora Metodológica: Dra. Morelia Santodomingo
Marzo, 2011
RESUMEN
La presente investigación se refiere al diseño de una planta de tratamiento de
aguas servidas basada en la reutilización de las aguas para el uso industrial en Aragua
de Maturín, Municipio Piar, Estado Monagas, con la finalidad de mejorar la calidad
del servicio de abastecimiento para el sector La Bomba, el cual se limita a una
Frutícola. El proyecto se orientó a través de la descripción de la situación actual de la
población con respecto al déficit de abastecimiento de agua, los procesos industriales
llevados a cabo en la Frutícola y el dimensionamiento de la planta de tratamiento
tomando en cuenta todos los factores que intervengan en el diseño y funcionamiento
de la misma. Para obtener la información se utilizó como técnica la entrevista no
estructurada, la revisión documental y la observación directa; la investigación estuvo
sustentada en un proyecto factible, de tipo proyectiva. La importancia de este
proyecto radica en la reutilización del agua servida, luego de ser sometida a un
tratamiento de potabilización avanzado. El sistema de tratamiento por ozono
garantiza un agua libre de impurezas con un nivel cien por ciento óptimo para ser
consumido por el hombre.
Descriptores: Aguas Servidas, Planta de Tratamiento, Proceso Industrial, Reutilización del
Agua.
1
INTRODUCCIÓN
Debido al creciente interés del hombre por la preservación del ambiente y
específicamente del agua, son cada vez más el número de países que reutilizan las
aguas servidas, luego de ser tratadas para diversos usos, en América Latina y el
Caribe solo se trata el 10% de la aguas servidas, lo que genera graves problemas de
contaminación de mares, ríos y lagos, sin embargo, en la actualidad se emplean los
sistemas de abastecimiento como los antes mencionados que aprovechan las aguas
residuales tratadas para ser reutilizadas y que por lo general son diseñados para uso
industrial o de irrigación y en otros casos hasta para el mismo consumo humano. Una
vez más la Ingeniería hace uso de la hidráulica para el beneficio del hombre, pero en
este caso alcanza un objetivo que actualmente inquieta al mundo y es la preservación
del medio ambiente.
Aragua de Maturín es una población en crecimiento con escasos recursos hídricos
y que posee un gran potencial de desarrollo. En la actualidad esta población solo
posee una industria, la cual es una Frutícola, sin embargo, el número de industrias
puede crecer a lo largo de los años, es por esto que Aragua de Maturín se encuentra
en el momento idóneo para implementar un diseño de un sistema de abastecimiento
de agua para uso industrial utilizando las aguas servidas tratadas en la Frutícola
ubicada en el sector La Bomba de la población, cuya actividad se basa en el
procesamiento de pulpa de frutas para la elaboración de jugos.
Al tratarse de productos del orden alimenticio lógicamente se requiere un
tratamiento apto y un control riguroso del mismo, pero sin lugar a duda el
significativo aporte que genera este sistema a la sociedad y al ambiente representa
también una posible solución a la problemática del abastecimiento de agua que evita a
los habitantes de Aragua de Maturín disfrutar de este recurso vital para todas sus
actividades. Este Proyecto de Investigación propone una solución a la problemática
de la población de Aragua de Maturín y plantea una posible vía al mantenimiento del
2
recurso más importante para el ser humano y es por esto que la ingeniería a través de
los conocimientos en hidráulica encontró el camino que permite guardar el agua para
generaciones futuras.
Este proyecto de investigación, se encuentra estructurado de la siguiente manera:
Capítulo I El Problema: se definen los hechos que se desean conocer en un
contexto operacional más amplio para darle solución a través de la propuesta
planteada, se establecen los objetivos de la investigación y se justifica el estudio.
Capítulo II Marco Referencial: los antecedentes de la investigación, las bases
teóricas, donde se establecieron los conceptos a partir de los cuales se construyó el
proyecto; los cuales constituyen el centro de estudio de la investigación, así como el
sistema de variables y la definición de términos.
Capítulo III Marco Metodológico: se describe la modalidad de la investigación
que se llevó a cabo; tipo de investigación, el nivel de la misma, la operacionalización
de las variables, población y muestra, determinó en qué o quienes se va a investigar el
evento; técnicas e instrumentos de recolección de datos, a través de esta se indicaron
las herramientas necesarias para obtener la información, las técnicas de análisis, y se
describió lo que se pretende obtener con la investigación.
Capítulo IV Resultados de los objetivos planteados. Por último se presentan las
conclusiones y recomendaciones de dicha propuesta.
3
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Contextualización del Problema
Para el hombre el agua es un elemento indispensable debido a que es la fuente de
vida para cualquier ser vivo, un tesoro de valor incalculable, mucho mayor que el del
oro o el petróleo, y esto es así porque de ella depende la estabilidad del planeta y la
continuidad de las especies que en él habitan.
Todo lo que perjudica al agua, repercute directamente sobre los ecosistemas que le
rodean, por ello hay que ser conciente de cómo se administra y se consume. Cuanta
más agua se emplee y despilfarre, más embalses y depuradoras harán falta; y es
precisamente la construcción y funcionamiento de estas instalaciones una importante
causa de deterioro medioambiental, pero que puede mejorar si se emplean sistemas
que permitan la mejor distribución del agua y su mejor utilización. Entre América
Latina y el Caribe sólo el 10% de las aguas son tratadas, el resto, se dirigen a lagunas,
ríos y mares causando su contaminación.
En el mundo antes de construir cualquier estructura el primer servicio tomado en
cuenta a la hora de diseñar es el abastecimiento de agua y no solo porque es de vital
importancia para el hombre sino que también para sus múltiples actividades,
incluyendo la construcción.
Un sistema de abastecimiento de agua comprende una serie de elementos que
trabajan en conjunto cumpliendo su función, que es distribuir el agua eficientemente a
un lugar determinado, pero detrás de este concepto se esconde el estudio que conlleva
este sistema para poder ser diseñado y luego ejecutado, son muchos los factores
tomados en cuenta para este diseño, un sistema de abastecimiento de agua es una
4
necesidad para cualquier urbanismo. Está claro que para el mundo contar con un
servicio de agua es fundamental para el desarrollo de cualquier actividad de la vida
diaria, pero acaso ¿son iguales las necesidades del hombre con respecto a ella que la
necesidad de la industria? El agua tratada especialmente para el consumo humano,
cuyo tratamiento representa una costosa inversión, también es utilizada en el mundo
de la industria para la limpieza de maquinarias y muchas otras funciones que
requieren otro tratamiento específico.
En Venezuela el agua también es tratada para cumplir con una condición apta para
el consumo humano, sin embargo, no toda el agua tratada es para tal fin, también es
utilizada en la industria y la agricultura dónde en la mayoría de los casos el agua que
éstas necesitan no requiere el mismo tratamiento riguroso empleado para el agua
destinada al consumo humano. Es precisamente en el caso de la industria y la
agricultura dónde se emplea normalmente la reutilización de las aguas servidas
tratadas.
La población de Aragua de Maturín, ubicada en el municipio Piar, estado Monagas
cuenta con una fuente de abastecimiento de agua que no es suficiente para cumplir
con la demanda de toda la población, es por esto que sus habitantes han optado por la
construcción de tanques de agua en sus casas, ya que no reciben la cantidad de agua
suficiente y el servicio del mismo es constantemente interrumpido. El Rio Aragua, es
la fuente de abastecimiento de la población y utiliza un sistema de bombeo que se
encuentra en buenas condiciones para cumplir su función pero que aun así el
crecimiento y desarrollo constante de Aragua de Maturín requiere de una fuente más
efectiva que cumpla de manera eficiente con toda la demanda de agua a toda la
población.
Aragua de Maturín posee un sector industrial limitado a una Frutícola ubicada en
el sector La Bomba de dicha población que forma parte de la compañía de alimentos
CASA cuya producción se basa en el procesamiento de frutas para la elaboración de
pulpa para jugo, la cual está ubicada en el sector La Bomba de dicha localidad, y
aunque su actividad industrial es pequeña, requiere de un abastecimiento de agua
5
efectivo para realizar todas sus actividades, que del 100 por ciento, un 95 por ciento
depende de este importante recurso.
El diseño de una planta de tratamiento de aguas servidas para ser utilizadas en la
industria ofrece una salida adecuada a la problemática que afronta Aragua de
Maturín, debido a que, el abastecimiento de agua potable para la población es
limitado, la implementación de una planta de tratamiento de aguas servidas que
permita reutilizar estas aguas para abastecer a la Frutícola sin hacer uso del agua
potable para el consumo humano, permite una posible solución a la problemática del
abastecimiento de agua en la zona, específicamente para sector industrial que contaría
con su propia fuente de abastecimiento, lo que representa tranquilidad para el
desarrollo de todas sus actividades sin utilizar el agua potable que corresponde al uso
doméstico, dando un gran aporte no solo a la población y a el sector industrial sino
que también a la conservación del agua.
El sistema de abastecimiento proporciona la estabilidad del servicio de mayor
importancia para un urbanismo, especialmente para el hombre y sus múltiples
actividades con el beneficio adicional de un óptimo aprovechamiento del agua,
debido a que permite la utilización de las aguas residuales tratadas para uso industrial
que beneficiará a la población de Aragua de Maturín, específicamente al sector
industrial de la misma, que en la actualidad se limita a una Frutícola, pero que en el
futuro con el crecimiento y desarrollo de la localidad, este sistema sea utilizado para
muchas industrias.
Objetivos de la Investigación
Objetivo General
Diseñar una planta de tratamiento de aguas servidas para ser utilizadas en la Planta
Frutícola del sector La Bomba de Aragua de Maturín, Municipio Piar del Estado
6
Monagas, con la finalidad de proponer una solución a la problemática de
abastecimiento de agua en el sector industrial de la población.
Objetivos Específicos
1. Describir la situación actual del sector La Bomba de Aragua de Maturín con
respecto a los sistemas de cloacas existentes, con la finalidad de conocer el estado
actual del sistema de cloacas, espacio geográfico y topográfico disponible del sector.
2. Analizar el proceso industrial de la Frutícola para establecer el consumo de
agua requerido por ésta.
3. Establecer los diferentes componentes de la planta de tratamiento según las
características del agua requerida por la frutícola.
4. Dimensionar los componentes de la planta de tratamiento de aguas servidas,
para ser utilizadas en la Planta Frutícola ubicada en Aragua de Maturín, Municipio
Piar, Estado Monagas.
Justificación de la Investigación
El recurso hídrico está considerado como un bien esencial en el crecimiento
económico y desarrollo social del mundo, y es por esta razón, que se consideran a los
sistemas de abastecimiento de agua como el principal servicio con el que se debe
contar para la realización de un proyecto de construcción en un sitio determinado,
desde tiempos remotos el hombre siempre ha buscado lugares para establecerse donde
cuente con una fuente de agua para sus necesidades básicas, lo que permite
determinar indudablemente el valor de este elemento para la humanidad, sin embargo,
teniendo conocimiento de ello existen en la actualidad ciudades, poblaciones enteras
que no cuentan con un abastecimiento de agua que cubra sus necesidades y que no se
empleen sistemas que también permitirán la reutilización de este recurso natural tan
valioso para el hombre.
7
Una población como Aragua de Maturín que va en proceso de desarrollo requiere
de un sistema que solucione y prevea la problemática de insuficiencia del agua y que
les dé oportunidad a todos sus habitantes la disponibilidad de la misma para el uso
que este determine.
La implementación de este sistema de abastecimiento de agua con una red de
distribución que permita a los habitantes de Aragua de Maturín disponer del uso
correspondiente del agua para el tipo de actividad que se desarrolle genera un gran
beneficio no solo a la comunidad, sino que también beneficia al ambiente permitiendo
la reutilización este importante recurso.
8
CAPÍTULO II
MARCO REFERENCAL
En este capítulo se detalla los aspectos básicos que deben tomarse en
consideración para el diseño de la planta de tratamiento de aguas servidas para ser
reutilizadas en el sector industrial, algunos costos asociados y todo lo referente a lo
que constituye la unidad de estudio, se hace mención a investigaciones realizadas
anteriormente y que tienen relación con el que se registra en este documento, las
bases teóricas que le dan contexto, se realiza el sistema de variables que representan
el concepto de estudio y finalmente la definición de términos que facilitan al lector, la
comprensión de los contenidos que se manejan en el mismo.
Antecedentes de la Investigación
Pérez E. Mary C. (2007), Sistema Sanitario para la Recolección de Aguas
Servidas con Disposición Final en el Sector el Zorro de la Parroquia de Boquerón,
Municipio Maturín, Estado Monagas. Trabajo especial de grado, presentado en el
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”, para optar al título de
Ingeniero Civil cuyo objetivo general era Diseñar un Sistema Sanitario para la
Recolección de Aguas Servidas con Disposición Final en Sector el Zorro de la
Parroquia de Boquerón con la finalidad de proteger la salud de la población y mitigar
el impacto ambiental. Este trabajo especial de grado da un gran aporte a la presente
investigación ya que se enmarca en un sistema de recolección de aguas servidas y
contiene la información necesaria con respecto a las disposiciones de las aguas,
sistemas de colectores, entre otros, que le servirán de soporte a este proyecto.
9
Subero, Yonaidis (2007), Diseño de un Sistema de Tratamiento de Aguas Servidas
en el Sector del Casco Central de la Ciudad de Tucupita, Municipio Tucupita, Estado
Delta Amacuro. Trabajo especial de grado, presentado en el Instituto Universitario
Politécnico “Santiago Mariño”, para optar al título de Ingeniero Civil cuyo objetivo
general era Diseñar un Sistema de Tratamiento de Aguas Servidas en el Sector del
Casco Central de la Ciudad de Tucupita, Municipio Tucupita, Estado Monagas con el
propósito de reducir el grado de contaminación del caño Manamo. Este trabajo de
investigación aporta todos los lineamientos y normativas para el diseño de un sistema
de tratamiento de aguas servidas que es el punto de partida del presente trabajo de
grado, además también se recomienda una planta de tratamiento bajo los criterios
adecuados de diseño, lo que representará una orientación para el tipo de planta de
tratamiento de aguas servidas adecuada a la requerida en el proyecto de investigación
en curso.
Polo, Mario E. (2006), Propuesta de Diseño de un Modelo de Estación de Bombeo
para Aguas Negras en Suelos de Alto Nivel Freático, Ubicado en Uracoa, Municipio
Uracoa, Estado Monagas. Trabajo especial de grado, presentado en el Instituto
Universitario Politécnico “Santiago Mariño”, para optar al título de Ingeniero Civil
cuyo objetivo era Proponer un Diseño de una Estación de Bombeo para Aguas Negras
en Suelos de Alto Nivel Freático en Uracoa con la finalidad de resolver el problema
de insalubridad existente en el municipio. En el presente trabajo de grado se requerirá
de un sistema de bombeo para vencer ciertas pendientes, y en la investigación
anteriormente mencionada, el autor propone una estación de bombeo señalando
algunos criterios de diseño que serán útiles dentro de ésta investigación.
Bases Teóricas
Comportamiento Hidráulico del Sistema
Para determinar los cálculos necesarios para un sistema de recolección es
necesario determinar o conocer una serie de elementos que contribuirán con el buen
funcionamiento del mismo.
10
Cantidad Estimada de Aguas Negras o caudal de Consumo.
Para diseñar un alcantarillado deben estudiarse previamente algunos aspectos de la
comunidad o población. La estimación del caudal de aguas negras comprende la
determinación de varios aportes de la manera más exacta posible para lograr un
diseño ajustado a las condiciones reales. La cantidad de aguas negras está referida a la
cantidad y que se va a utilizar, cuyo flujo debe estar estimado con visiones futuras,
también se puede ver afectada por el aumento acelerado de la población, densidad,
demanda, entre otros aspectos que deben ser tomados en cuenta.
Las aguas negras dependen de la cantidad de agua que se consume o usa, que
generalmente es menor, ya que muchas de las aguas de abastecimiento son empleadas
solo para el consumo humano en sus diferentes actividades. La cantidad de aguas
negras provenientes del consumo humano constituye el primer aporte a considerar,
representa la mayor cantidad de agua que reciben los colectores cloacales. Además de
esto. Se debe tomar en cuenta las horas picos u horarios máximos debido a que en
estos períodos el abastecimiento de agua es mayor, por lo tanto el caudal que se
incorpora a la red aumenta. Es importante considerar este factor para el cálculo del
caudal de consumo, así como también el número de habitantes y el área de la zona en
estudio.
La fórmula para el cálculo del caudal de consumo es:
Donde:
Qmed = Gasto medio diario del sistema de abastecimiento de agua del desarrollo
urbanístico.
K = Coeficiente de población (variable según a servir.
R = Coeficiente de gasto de reingreso (0.80)
ARD = Gasto de agua residual domiciliaria.
AP = Gasto de agua potable
11
De esta fórmula se podrá obtener el caudal de consumo como uno de los aportes
para posteriormente obtener el caudal unitario del proyecto.
Aguas que Infiltran al Colector.
Las aguas de infiltración son aquellas que pueden penetrar en el colector bien sea
aguas que se encuentran en el subsuelo, juntas defectuosas tubos agrietados, entre
otros, los cuales influyen en el caudal para el diseño debido a que estas afectan
directamente a todos los componentes del sistema perturbando así su optimo
funcionamiento, por lo que su consideración al momento del diseño es de vital
importancia sobre todo en terrenos muy húmedos.
Menitt (1.984) coincide que:
Las alcantarillas situadas en terrenos húmedos con un alto nivel del
manto freático cerca del lecho de una corriente tienen más infiltraciones
que las alcantarillas en otros lugares. Como la infiltración aumenta la
carga de las aguas negras, resulta indeseable (p .22-7)
En todos aquellos lugares con alto nivel freático, es necesario considerar la
infiltración de agua, por lo tanto hay que hacer las consideraciones necesarias para la
escogencia de la tubería, de esta forma se evitaría la penetración del agua a los
conductores y como lo refleja el autor, la adición o el incremento de aguas a la
tubería resultaría desventajoso.
Tanto las condiciones del subsuelo como las características de las tuberías (juntas
o uniones) son los factores que hacen posible la infiltración.
Menitt (Ob, Cit) agrega: “El diseño de la alcantarilla debe especificar juntas que
permitan poca o ninguna infiltración y se deben construir las juntas cuidadosamente
en el campo” (p. 22-7)
Los planteamientos anteriores permiten destacar que es importante al realizar el
montaje de tuberías, tener cuidado de que las juntas se coloquen bien, de tal manera
que no se produzcan infiltraciones que de una u otra forma incida en el aumento de la
cantidad de agua que se encuentra en la tubería.
12
El cálculo del caudal por aporte de la infiltración constituye otro elemento que
permitirá obtener el caudal unitario de proyecto y que por las razones antes expuestas
deben ser tomadas en consideración.
Velocidad
Uno de los aspectos de la dinámica de fluidos es el comportamiento de los flujos
de fluidos, es decir, el movimiento de estos últimos. La conservación de la masa
de fluido a través de dos secciones, la velocidad media del fluido en una sección
dada, las pérdidas que se originan por dicha velocidad o comportamiento del fluido
conforman el conjunto de aspectos que no solo se pueden estudiar sino que también
determinar y así se puede establecer el material, diámetro, accesorios y otros
elementos que conformen el sistema de abastecimiento y disposición de aguas para
un urbanismo. La velocidad es un factor muy importante y necesario de determinar;
depende del flujo, del diámetro o características de la tubería.
Arocha (1983) señala que:“Esta velocidad reviste especial importancia toda vez
que debe producir el arrastre o acarreo de los sólidos, es decir, no debe producirse la
sedimentación de sólido a lo largo de los colectores” (p.53)
Para estimar la presión satisfactoria se emplea la formula de Manning:
Donde:
n = Coeficiente que depende de la rugosidad de la superficie del conducto.
D = Diámetro de la tubería en metros
S = Pendiente del conductor
Generalmente n es de 0,013 para tuberías de concreto. Con esta fórmula se podrá
determinar velocidades estimadas, siempre y cuando se conozcan las pendientes y el
diámetro de las tuberías.
13
Pendiente de los Colectores
La pendiente es un factor que está íntimamente ligado a la topografía del terreno y
a las velocidades mínimas permitidas. La topografía del terreno permite obtener la
colocación de los conductos de tal manera que estos permitan el desplazamiento de
las aguas.
Arocha (Ídem) expresa: “ La pendiente de los colectores cloaca les es
principalmente en función de la topografía de la zona a desarrollar procurando el
menor costo de la excavación" (p. 56)
Ahora bien, lo antes mencionado indica la importancia del estudio del terreno, en
donde se colocaran los colectores cloacales a fin de adaptarlos al terreno en estudio.
Las excavaciones dependerán de las condiciones topográficas del terreno pero se debe
procurar que las mismas no sean muy profundas para evitar gastos mayores. La
velocidad está íntimamente ligada a las pendiente por lo tanto estas deberán ser de tal
manera que produzcan la velocidad establecida dentro de los parámetros previamente
acordados en las normas.
Principio de Bernoulli
El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli describe el
comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente.
Expresa que un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación
por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo
largo de su recorrido
La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de
Bernoulli) consta de estos términos:
Donde:
V = velocidad del fluido en la sección considerada.
g = aceleración gravitatoria
14
z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
P = presión a lo largo de la línea de corriente.
ρ = densidad del fluido.
Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:
Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de
corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del
fluido.
Caudal constante
Flujo incompresible, donde ρ es constante.
La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo
irrotacional.
Utilización de Agua para Procesos Industriales
En zonas industriales el consumo de agua varía mucho según el tipo de industria
que se trate y por lo general el ingeniero proyectista no tiene información de las
industrias que se van a establecer en el lugar, por lo tanto no conoce sus
correspondientes dotaciones. Al respecto se han realizado estudios a zonas
industriales, tales como Acueducto de Ciudad Guayana, de Ciudad Losada, diversos
sectores privados, etc., y como resultado de ellos, es un valor aceptado que el
consumo medio de una parcela industrial es el orden de 1 lps/ha bruta. Las normas
indican que la dotación para parcelas industriales deberá estar comprendida entre los
valores de 0.80 y 1.20 lps/ha, pero este coeficiente no se puede aplicar a industrias
que sean grandes consumidoras de agua; tales como: cervecerías, embotelladoras,
entre otras. En estos casos es necesario averiguar el consumo específico de estas
industrias.
Componentes Físico-Químicos de las Aguas Residuales
Las aguas residuales pueden estar contaminadas por desechos urbanos o bien
proceder de los variados procesos industriales. La composición y
15
su tratamiento pueden diferir mucho de un caso a otro, por lo que en los residuos
industriales es preferible la depuración en el origen del vertido que su depuración
posterior.
Contaminantes Químicos
Estos componen tanto productos químicos orgánicos como inorgánicos. El aspecto
fundamental de la contaminación de productos orgánicos es la disminución del
oxigeno como resultante de la utilización del existente en el proceso de degradación
biológica, llevando con ello a un desajuste y a serias perturbaciones en el medio
ambiente. En el caso de compuestos inorgánicos el resultado más importante es su
posible efecto tóxico, más que una disminución de oxigeno. Sin embargo, hay casos
en los cuales los compuestos inorgánicos presentan una demanda de oxigeno,
contribuyendo a la disminución del mismo.
Contaminantes Físicos:
- Cambios térmicos, la temperatura es un parámetro muy importante por su
efecto en la vida acuática, en las reacciones químicas, velocidades de reacción
y en la aplicabilidad del agua a usos útiles, como el caso de las aguas
provenientes de las plantas industriales, relativamente calientes después de ser
usadas en intercambiadores.
- El color el cual determina cualitativamente el tiempo de las aguas residuales,
es por ello que si el agua es reciente esta suele ser gris; sin embargo como
quiera los compuestos orgánicos son descompuestos por las bacterias, él
oxigeno disuelto en el agua residual se reduce a cero y el color cambia a
negro.
- La turbidez originada por los sólidos en suspensión.
- Espumas, detergentes y la radioactividad.
16
Contaminantes Biológicos
Estos son los responsables de las transmisiones de las enfermedades como el
cólera y la tifoidea.
Los contaminantes de las aguas residuales son normalmente una mezcla compleja
de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni practico ni posible
obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas servidas.
Es por esto que las aguas residuales dependiendo de la cantidad de estos
componentes se clasifican en fuerte, medio y débil. Debido a que la concentración
como la composición va variando con el transcurso de tiempo, con los datos
siguientes solo se pretende dar una orientación para la clasificación de las aguas
servidas.
Tratamiento de Aguas Residuales
Tratamientos Preliminares
Es la fase de homogenización del efluente, en el cual se recibe en una fosa de
bombeo o tranquilla de distribución, con una permanencia de 15 a 20 minutos. Antes
de entrar al receptáculo, se coloca un tamiz o rejilla que contiene objetos indeseables
(plásticos, papeles), permitiendo adicionalmente, la fragmentación de la materia
orgánica, al igual que tiene con finalidad eliminar materiales que perjudican y están
constituidas generalmente por rejas cribos de barros y desarenados.
Tratamientos Primarios
Según Gustavo R. Mejias:
Su finalidad es la remoción de sólidos suspendidos y esto puede ser por
medio de la sedimentación, filtración, flotación, floculación y
precipitación. Las principales unidades para esta fase son las fosas
17
sépticas, el tanque Imhoff, sedimentadores primarios, reactores
anaeróbicos de flujo accedente, coagulación y precipitación” (p. 14)
Estanques sedimentadores, clasificadores y densificadores
Consiste en la remoción por sedimentos de sólidos suspendidos sediméntales de
naturaleza floculantes y de densidades mayores que el agua pero menores que la
arena.
Estanques desnatadores
Consiste en la remoción de partículas solidas o liquidas de densidades menores a
las del los líquidos que las contiene o en otras palabras, la aplicación del
conocimiento de las leyes de asentamiento o flotación de partículas discretas en
suspensiones diluidas.
Estanques de doble cámara o Imhoff
El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la
remoción de sólidos suspendidos. Para comunidades de 5000 habitantes o menos, los
tanques Imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domésticas,
ya que integran la sedimentación del agua y la digestión de los lodos sedimentados en
la misma unidad, por ese motivo también se les llama tanques de doble cámara.
Los tanques Imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes
mecánicas; sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales
pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena para
posteriormente cumplir su función de tratamiento mediante la temperatura adecuada
para la digestión de lodos, en el caso de países templados el calentamiento del tanque
es inducido. Según Tchobanoglous:
Con el peso de los años muchos fabricantes han desarrollado versiones
mecanizadas del tanque Imhoff. Aunque estas versiones modernas sean
18
eficientes, la simplicidad mecánica del tanque Imhoff sin calentamiento
se pierde. Tratamientos de Aguas Residuales en Pequeñas Poblaciones
(p. 328).
El tanque Imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres
compartimentos:
- Cámara de sedimentación.
- Cámara de digestión de lodos.
- Área de ventilación y acumulación de natas.
Durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de
sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos
resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando
a la cámara de digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del
sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas
suspendidas de sólidos, producto de la digestión, interfieran en el proceso de la
sedimentación. Los gases y partículas ascendentes, que inevitablemente se producen
en el proceso de digestión, son desviados hacia la cámara de natas o área de
ventilación.
Según el Artículo 74 de la Ley de Residuos sólidos señala que:
Los lodos producidos por las plantas de tratamiento de aguas o
tratamientos residuales no tóxicos o peligrosos podrán ser dispuestos en
los sitios de disposición final. La aceptación de lodos en los sitios de
disposición final estará supeditada a una caracterización previa de los
mismos, realizada por un laboratorio registrado en los organismos
competentes en la materia.
El tanque Imohoff tiene como ventajas que:
- Contribuye a la digestión de lodo, mejor que en un tanque séptico,
produciendo un líquido residual de mejores características.
- No descargan lodo en el líquido efluente, salvo en casos excepcionales.
19
- El lodo se seca y se evacúa con más facilidad que el procedente de los tanques
sépticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad.
- Las aguas servidas que se introducen en los tanques Imhoff, no necesitan
tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separación de
las arenillas.
- El tiempo de retención de estas unidades es menor en comparación con las
lagunas.
- Tiene un bajo costo de construcción y operación.
- Para su construcción se necesita poco terreno en comparación con las lagunas
de estabilización.
- Son adecuados para ciudades pequeñas y para comunidades donde no se
necesite una atención constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos
requisitos para evitar la contaminación de las corrientes.
También poseen desventajas como:
- Son estructuras profundas (>6m).
- Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y deben tomarse
precauciones cuando el nivel freático sea alto, para evitar que el tanque pueda
flotar o ser desplazado cuando esté vació.
- El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgánica y microbiológica.
- En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea
correcto.
Conocidas las ventajas y desventajas del tanque Imhoff, quedará a criterio del
ingeniero encargado del proyecto si es conveniente emplear esta unidad, en la
localidad donde se desea tratar las aguas residuales de uso doméstico, como un
complemento para el tratamiento de estas.
Cabe resaltar que esta alternativa resulta adecuada en caso no se cuente con
grandes áreas de terreno para poder construir un sistema de tratamiento de aguas
20
residuales domésticas, como es el caso de las lagunas de estabilización, además de
que el tanque Imhoff deberá está instalado alejado de la población, debido a que
produce malos olores.
El tanque Imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce la DBO
de 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque Imhoff se extraen
periódicamente y se conducen a lechos de secados. Debido a esta baja remoción de la
DBO y coliformes, lo que se recomendaría es enviar el efluente hacia una laguna
facultativa para que haya una buena remoción de microorganismos en el efluente.
El tanque Imhoff representado en la figura 1 es de tipo convencional de forma
rectangular y se divide en tres compartimientos:
a) Cámara de sedimentación.
b) Cámara de digestión de lodos.
c) Área de ventilación y cámara de natas.
Además de estos compartimientos se tendrá que diseñar el lecho de secados de
lodos.
Figura 1: Tanque Imhoff típico según Alcantarillado y Tratamiento de Aguas Negras (1961).
Tomado de: Harold E. Babbitt.
21
Para retirar los lodos es común utilizar métodos manuales con maquinaria que
permita excavar dentro del tanque, es esta la razón del por qué se recomienda que la
profundidad del tanque no sobrepase los 5 metros, sin embargo en la figura 1, se
muestra un novedoso sistema de presión para retirar los lodos por bombeo.
Coagulación y precipitación
Indica una capacidad para remover entre un 60 y un 85 por ciento de los sólidos
suspendidos trayendo como consecuencia reducciones para la demanda bioquímica de
oxigeno de orden de un 40 al 70 por ciento, dependiendo de la apreciable variedad de
los líquidos residuales.
Tratamiento Secundario
El tratamiento secundario es designado para substancialmente degradar el
contenido biológico de las aguas residuales que se derivan de la basura humana,
basura de comida, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales e
industriales trata el licor de las aguas residuales usando procesos biológicos
aeróbicos. Para que sea efectivo el proceso biótico, requiere oxígeno y un substrato en
el cual vivir. Hay un número de maneras en la cual esto está hecho. En todos estos
métodos, las bacterias y los protozoarios consumen contaminantes orgánicos solubles
biodegradables (por ejemplo: azúcares, grasas, moléculas de carbón orgánico, etc.) y
unen muchas de las pocas fracciones solubles en partículas de flóculo. Los sistemas
de tratamiento secundario son clasificados como película fija o crecimiento
suspendido.
En los sistemas fijos de película –como los filtros de roca- la biomasa crece en el
medio y el agua residual pasa a través de él. En el sistema de crecimiento suspendido
–como fangos activos- la biomasa está bien combinada con las aguas residuales.
Típicamente, los sistemas fijos de película requieren superficies más pequeñas que
para un sistema suspendido equivalente del crecimiento, sin embargo, los sistemas de
22
crecimiento suspendido son más capaces ante choques en el cargamento biológico y
provee cantidades más altas del retiro para el DBO y los sólidos suspendidos que
sistemas fijados de película.
Filtros de desbaste
Los filtros de desbaste son utilizados para tratar particularmente cargas orgánicas
fuertes o variables, típicamente industriales, para permitirles ser tratados por procesos
de tratamiento secundario. Son filtros típicamente altos, filtros circulares llenados con
un filtro abierto sintético en el cual las aguas residuales son aplicadas en una cantidad
relativamente alta. El diseño de los filtros permite una alta descarga hidráulica y un
alto flujo de aire. En instalaciones más grandes, el aire es forzado a través del medio
usando sopladores. El líquido resultante está usualmente con el rango normal para los
procesos convencionales de tratamiento.
Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para
usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que
remueven substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas de
material y puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y
en última instancia a gas nitrógeno.
Se utiliza la capa filtrante de goteo utilizando plantas más viejas y plantas
receptoras de cargas más variables, las camas filtrantes son utilizadas donde el licor
de las aguas residuales es rociado en la superficie de una profunda cama compuesta
de coke (carbón, piedra caliza o fabricada especialmente de medios plásticos). Tales
medios deben tener altas superficies para soportar los biofilms que se forman. El licor
es distribuido mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote
central. El licor distribuido gotea en la cama y es recogido en drenes en la base. Estos
drenes también proporcionan un recurso de aire que se infiltra hacia arriba de la
cama, manteniendo un medio aerobio. Las películas biológicas de bacteria,
protozoarios y hongos se forman en la superficie media y se comen o reducen los
contenidos orgánicos. Este biofilm es alimentado a menudo por insectos y gusanos.
23
En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento
que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biotico que
proporciona el substrato requerido.
El reactor biológico de cama móvil (MBBR, por sus siglas en inglés) asume la
adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios
activos para que se adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un
sistema de crecimiento. Las ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son:
1) Mantener una alta densidad de población de biomasa
2) Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la
concentración del licor mezclado de sólidos (MLSS)
3) Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos (RAS).
Filtros aireados biológicos
Los filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con
reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye
usualmente un reactor lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión
o apoyados por una capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es
soportar altamente la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del
filtro. La reducción del carbón y la conversión del amoniaco ocurre en medio aerobio
y alguna vez alcanzado en un sólo reactor mientras la conversión del nitrato ocurre en
una manera anóxica. BAF es también operado en flujo alto o flujo bajo dependiendo
del diseño especificado por el fabricante.
Biopercoladores
Los biopercoladores son unidades de tratamientos biológicos que dentro del sistema
global de tratamiento de aguas residuales tienen la labor de renovar la materia
orgánica mediante la metabolización de esta a cargo de una población bacteriana
(Zooglea), adherida a un medio de soporte, traduciéndose esto a un efluente con una
concentración menor de DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno). Este efluente
24
continuará con la cadena de tratamiento, hasta cumplir con las especificaciones
técnicas para su descarga final.
En el caso de las aguas residuales, ricas en materia orgánica, y el oxigeno
necesario para la síntesis celular (crecimiento bacteriano), la biopelícula de
microorganismos aeróbicos (Zooglea) inicia el desdoblamiento de la materia orgánica
obteniéndose, al igual que los demás procesos aeróbicos de tratamiento de aguas
residuales, la remoción de la materia orgánica mediante su conversión a masa celular,
CO2 y H2O, que se traduce en una purificación de las aguas residuales que conforma
el nuevo efluente que ya sea el caso necesitará tratamientos posteriores si las
especificaciones técnicas lo demanden.
El producto de crecimiento bacteriano en el medio de soporte, hará que la Zooglea
aumente su espesor hasta llegará a un límite en que las bacterias interiores no
recibirán el oxigeno requerido, ni los nutrientes necesarios para su supervivencia por
lo que morirán y terminaran de desprender a la bio-película del medio. Este hecho
hace necesario un proceso de sedimentación que se haga cargo del material
desprendido.
Algunas generalidades de los Biopercoladores:
- Este tipo de tratamiento de aguas residuales es utilizado en poblaciones hasta
30.000 habitantes.
- Los costos de inversión inicial son bajos, comparados con otros tratamientos
aeróbicos.
- El tipo de medio filtrante a utilizar determinará las tasas orgánicas e
hidráulicas a aplicar, influyendo esto en la eficiencia del proceso de remoción
de DBO.
- La eficiencia del sistema puede variar entre un 65 y 95% de efectividad
dependiendo de las características de las aguas residuales y de las cargas
hidráulicas y orgánicas que se apliquen.
- No requiere del personal altamente calificado para controlar su operación, ya
que es bastante simple cuando se compara con otros tratamientos de agua
físico-químicos o biológicos.
25
El medio filtrante para un biopercolador puede variar, en la figura 2 se observa un
biopercolador con un medio filtrante de polietileno, sin embargo es mas usado en
Latinoamérica un medio filtrante de rocas y grava gruesa.
Figura 2: Vista de la Parte Superior de un Biopercolador. (Tratamiento de Aguas Residuales en
Pequeñas Poblaciones, p. 434)
Según Tchobanoglous (p. 435), para el diseño del proceso del Biopercolador se
deben tomar algunas consideraciones:
Tasa de Carga Hidráulica
La Tasa de carga hidráulica es un parámetro de diseño y operación empírico que
se relaciona con el flujo, la tasa de cizallamiento superficial y el tiempo de retención
hidráulica. En general la tasa de carga hidráulica se reporta en unidades de volumen
en aguas residuales incluyendo la recirculación, por unidad de área de la sección
Horizontal por día. Dado que la mayoría de los biopercoladores de medio rocoso
están entre 1 y 2 m de profundidad, la tasa de carga volumétrica que se utiliza en
algunos países se puede convertir fácilmente a flujo por unidad de área-tiempo.
26
Tasa de Carga Orgánica
La carga de material de desecho de los biopercoladores, se caracteriza por la tasa
de carga orgánica en términos de kilogramos de DBO por metro cúbico-día (Kg
DBO/m3.d). No hay parámetros para la carga de sólidos, y la remoción de sólidos en
los biopercoladores no se ha caracterizado en forma predictiva alguna.
Transferencia de Oxígeno
En general el aire se suministra a los biopercoladores a través de corrientes
naturales de aire, que resultan de las diferencias de temperaturas entre el ambiente y
el aire interior. Los biopercoladores con medio plástico requieren con frecuencia del
uso de aire comprimido que suministra una corriente de aire forzada. La tasa de
transferencia máxima en los biopercoladores con corrientes naturales de aire es de
cerca de 28 g/m2.día, lo que corresponde a la tasa de absorción por concentraciones
de DBOU aplicadas de cerca de 400 mg/L. Muchos desechos industriales son
considerablemente más fuertes que 400 mg/L DBOU, y pueden ocurrir condiciones
anóxicas dentro de los biopercoladores originando así olores desagradables. Los
problemas de olores han llevado a que se cubran los percoladores y el olor se
conduzca hacia filtros de olor de tiempo o hacia otras instalaciones para el control de
olores a base de turba o carbón activado.
Recirculación
La recirculación de efluente en sistemas de carga alta, incluyendo en aquellos con
medio de filtrados plásticos, puede ser desde un punto anterior o posterior al tanque
de sedimentación. La recirculación antes de la sedimentación ofrece la ventaja de que
la células desprendidas se mezclan con el agua residual que entra, mejorando la
velocidad de reacción, pero también tiene la desventaja de aumentar la posibilidad de
taponar la unidad. La recirculación luego de la sedimentación aumenta la carga del
27
tanque de sedimentación y tiende a diluir el agua residual sin añadir un reactivo, pero
no tiene el potencial de taponamiento de la recirculación antes de la sedimentación.
Ambas configuraciones ofrecen un flujo homogéneo.
Velocidad de Dosificación
La velocidad de dosificación se puede ajustar para obtener un crecimiento
continuo y uniforme de la biomasa y un desprendimiento del exceso de la misma
como función de la taza de carga orgánica. Es posible aproximar la velocidad de paso
multiplicando la tasa de carga orgánica expresada como DBO/103pie
3 por un factor
de 0.1 a 0.12.
La Temperatura
La temperatura del agua residual es más importante que la temperatura del aire. El
efecto de la temperatura en el desempeño de los biopercoladores se explica ajustando
el coeficiente de la tasa de remoción con un valor de θ de 1.035.
Problemas Operacionales
Los problemas operacionales incluyen el crecimiento excesivo de algas, llevando
así a la obstrucción de filtros, el desarrollo de malos olores debido a la falta de
transferencia de oxígenos, la reproducción de moscas y la infestación de caracoles e
insectos coleópteros.
Instalaciones de Sedimentación Secundaria
Todo el lodo proveniente de los sedimentadores secundarios de biopercoladores se
lleva hacia las instalaciones de procesamiento de lodos. El diseño de estos tanques es
28
similar a los tanques de sedimentación primaria, excepto por la tasa de carga
superficial que se basa en el flujo de la planta mas el flujo de recirculación menos el
flujo inferior (con frecuencia ignorado). Las cargas superficiales sugeridas y las tasas
de cargas de sólidos para los tanques de sedimentación que siguen a los
biopercoladores oscilan entre 1 y 4 m3/m
2.d y 0.08 a 0,4 Kg DBO5/m
3.d,
respectivamente para biopercoladores de tasa baja y de 10 a 40 m3/m
2.d y 0.4 a 0.80
Kg DBO5/m3.d para biopercoladores de tasa alta.
Sedimentación secundaria
Los objetivos de los sedimentadores secundarios para lodos activados son:
producir un efluente suficientemente clarificado y concentrar los sólidos biológicos
para minimizar la cantidad de lodos que se habrán de manejar. Los sedimentadores
secundarios deben diseñarse como parte integral del sistema de lodos activados.
Los sólidos biológicos en los lodos activados son de naturaleza floculenta y a
concentraciones menores a 1000 mg/l aproximadamente tienen una sedimentación
floculenta. Sin embargo, la mayoría de los reactores biológicos operan a
concentraciones que exceden de 1000 mg/l y el espesamiento en el sedimentador
secundario produce incluso concentraciones mayores. Los tanques de sedimentación
secundaria se caracterizan por tener una sedimentación de suspensiones concentradas.
Se define una suspensión concentrada como aquella en la cual los campos de
velocidad de las partículas se traslapan con los de sus vecinas y ocurre un
desplazamiento significativo del agua hacia arriba conforme las partículas se
sedimentan; esta circunstancia, junto con otros factores, actúa evitando la
sedimentación independiente.
Las partículas sedimentan por grupos, a la misma tasa, sin importar las diferencias
en tamaño de las partículas individuales. La velocidad colectiva de las partículas
depende de varios factores; de éstos el más obvio es la concentración de la
suspensión, ya que la velocidad es inversamente proporcional a la concentración.
En los sedimentadores secundarios la concentración de sólidos debe incrementarse
29
de la cantidad X que se tiene en el reactor a la cantidad Xu que se presenta en el flujo
inferior del sedimentador; en este tránsito las velocidades de sedimentación cambian,
presentándose zonas con diferentes características, fenómeno conocido como zonas
de sedimentación.
La figura 3, consiste en el corte longitudinal del sedimentador secundario que y se
observa la forma semi cóncava en la base que permite el deslizamiento de los lodos
para su posterior remoción.
Figura 3: Vista de la sección longitudinal de un Sedimentador Secundario
(www.engineeringfundamentals.net)
Tratamiento Terciario
El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del
efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor
(mar, río, lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser
usado en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el
proceso final, es siempre llamada pulir el efluente.
Filtración
La filtración de arena remueve gran parte de los residuos de materia suspendida.
El carbón activado sobrante de la filtración remueve las toxinas residuales. El
30
tratamiento de lagunas proporciona el establecimiento necesario y fomenta la mejora
biológica de almacenaje en charcos o lagunas artificiales. Se trata de una imitación de
los procesos de autodepuración que somete un río o un lago al agua residual de forma
natural. Estas lagunas son altamente aerobias y la colonización por los macrophytes
nativos, especialmente cañas, se dan a menudo. Los invertebrados de alimentación
del filtro pequeño tales como Daphnia y especies de Rotifera asisten grandemente al
tratamiento removiendo partículas finas. El sistema de lagunaje es barato y fácil de
mantener pero presenta los inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de
ser poco capaz para depurar las aguas de grandes núcleos.
Remoción de nutrientes
Las aguas residuales poseen nutrientes pueden también contener altos niveles de
nutrientes (nitrógeno y fósforo) que eso en ciertas formas puede ser tóxico para peces
e invertebrados en concentraciones muy bajas (por ejemplo amoníaco) o eso puede
crear condiciones insanas en el ambiente de recepción (por ejemplo: mala hierba o
crecimiento de algas). Las malas hierbas y las algas pueden parecer ser una edición
estética, pero las algas pueden producir las toxinas, y su muerte y consumo por las
bacterias (decaimiento) pueden agotar el oxígeno en el agua y asfixiar los peces y a
otra vida acuática. Cuando se recibe una descarga de los ríos a los lagos o a los mares
bajos, los nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas perdiendo
muchos peces sensibles a la contaminación en el agua. La retirada del nitrógeno o del
fósforo de las aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitación química o
biológica.
La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del
amoníaco a nitrato (nitrificación que implica nitrificar bacterias tales como
Nitrobacter y Nitrosomonus), y entonces mediante la reducción, el nitrato es
convertido al gas nitrógeno (desnitrificación), que se lanza a la atmósfera. Estas
conversiones requieren condiciones cuidadosamente controladas para permitir la
formación adecuada de comunidades biológicas. Los filtros de arena, las lagunas y las
31
camas de lámina se pueden utilizar para reducir el nitrógeno. Algunas veces, la
conversión del amoníaco tóxico al nitrato solamente se refiere a veces como
tratamiento terciario.
La retirada del fósforo se puede efectuar biológicamente en un proceso llamado
retiro biológico realzado del fósforo. En este proceso específicamente bacteriano,
llamadas Polyphosphate que acumula organismos, se enriquecen y acumulan
selectivamente grandes cantidades de fósforo dentro de sus células. Cuando la
biomasa enriquecida en estas bacterias se separa del agua tratada, los biosólidos
bacterianos tienen un alto valor del fertilizante. La retirada del fósforo se puede
alcanzar también, generalmente por la precipitación química con las sales del hierro
(por ejemplo: cloruro férrico) o del aluminio (por ejemplo: alumbre). El fango
químico que resulta, sin embargo, es difícil de operar, y el uso de productos químicos
en el proceso del tratamiento es costoso. Aunque esto hace la operación difícil y a
menudo sucia, la eliminación química del fósforo requiere una huella
significativamente más pequeña del equipo que la de retiro biológico y es más fácil
de operar.
Desinfección
La desinfección del agua es necesaria como uno de los últimos pasos en
la planta de tratamiento de, para prevenir que esta sea dañina para nuestra salud.
Muchas veces, tratándose de agua de manantiales naturales o de pozo,
la desinfección es el único tratamiento que se le da al agua para obtener un agua menos
contaminada.
La desinfección puede hacerse por medios químicos o físicos:
Los compuestos químicos más utilizados para la desinfección del agua son:
Hipoclorito de sodio (NaClO), Ácido hipocloroso (HClO), Clorito de
sodio (NaClO2). El cloro es uno de los elementos más comunes para la
32
desinfección del agua. El cloro se puede aplicar para la desactivación de la
actividad de la gran mayoría de los microorganismos, y es relativamente barato.
Dióxido de cloro (ClO2)
Ozono (O3)
Halógenos: Yodo
Metales: cobre (Cu2+
), plata (Ag+)
Permanganato (KMnO4)
Jabones y detergentes
Sales de amonio
Peróxido de hidrógeno
Medios Físicos
Los procesos físicos más utilizados para la desinfección del agua son:
Generación de ácido hipocloroso mediante proceso de hidrólisis (sin aditivos).
Luz ultravioleta
Fotocatálisis
Radiación electrónica
Rayos gamma
Sonido
Calor
Los desinfectantes no solo deben matar a los microorganismos sino que deben
además tener un efecto residual, que significa que se mantienen como agentes activos
en el agua después de la desinfección para prevenir el crecimiento de los
microorganismos en las tuberías provocando la re-contaminación del agua. El cloro
es un desinfectante que tiene ciertos limitantes en términos de salubridad y seguridad,
pero al mismo tiempo tiene un largo historial como un desinfectante efectivo. Antes
de decidir si el cloro reúne las condiciones para su uso por parte de una municipalidad
es necesario entender las ventajas y desventajas de este producto.
33
Cloración
Para su desempeño óptimo, un sistema de desinfección con cloro debe operar con
flujo en pistón y ser muy turbulento para lograr una mezcla inicial en menos de un
segundo. El objetivo de un mezclado apropiado es el fomentar la desinfección al
iniciar una reacción entre el cloro libre en la corriente de solución de cloro con el
nitrógeno amoniacal. Esto previene que concentraciones elevadas de cloro persistan y
formen otros compuestos clorinados.
Otro proceso importante que contribuye a una desinfección óptima es el contacto.
La cámara de contacto debe ser diseñada con vértices redondeados para prevenir
áreas sin circulación y deflectores que minimicen el flujo en corto circuito. Este
diseño proporciona un tiempo de contacto adecuado entre los microorganismos y el
cloro a una concentración mínima durante un periodo de tiempo específico.
El grado de desinfección requerido de cualquier sistema de desinfección por
cloración puede ser obtenido mediante la variación de la dosis y el tiempo de
contacto. La dosis de cloro varía con base en la demanda de cloro, las características
del agua residual y los requisitos de descarga del efluente. La dosis generalmente
tiene un rango de 5 a 20 miligramos por litro (mg/L). La Tabla 2 describe algunas de
las características del agua residual y su impacto en la cloración. Hay otros factores
que aseguran condiciones óptimas de desinfección; estos incluyen la temperatura, la
alcalinidad y el contenido de nitrógeno.
Descloración
Luego de la desinfección el cloro residual puede persistir por muchas horas en el
efluente. La mayoría de los gobiernos estatales no permiten el uso del cloro cuando se
hacen descargas a aguas receptoras en estado natural debido a sus efectos en las
especies acuáticas, a menos que se minimicen estos efectos, para lo cual debe hacerse
la descloración del agua residual. La descloración es el proceso de remoción de los
residuos libres y combinados de cloro para reducir la toxicidad residual luego de la
34
cloración y antes de su descarga. El dióxido de sulfuro, el bisulfito de sodio, y el
metabisulfito de sodio son los compuestos comúnmente usados como químicos de
descloración. El carbón activado también ha sido utilizado. El total del cloro residual
puede ser normalmente reducido a un nivel no tóxico a la vida acuática.
Los sistemas de cloración/descloración son más complejos de operar y mantener que
los sistemas de cloración.
Tratamiento con Ozono
Además de las infecciones debidas a contaminantes orgánicos o bióticos, existen
numerosos compuestos inorgánicos (físicos, químicos o radiactivos), transportados
por las aguas de los abastecimientos, que provocan diversas enfermedades,
constituyendo un problema de Salud Pública. Así pues, el agua que utilizamos para el
consumo humano ha de pasar previamente por un proceso de potabilización que
elimine los agentes perjudiciales para la salud.
Las técnicas de ozonización, por su gran eficacia desinfectante y escasa
residualidad, son utilizadas en el tratamiento de aguas potables desde hace décadas,
tanto en Europa como en América. De hecho, las ETAP de los embalses de Valmayor
y Santillana, del Canal de Isabel II de Madrid, utilizan la ozonización en una de sus
etapas de potabilización.
Algunas ventajas de la utilización de este sistema son:
- Eliminación de Bacterias, Virus, Hongos, Protozoos y Parásitos.
- Diseñado para Higiene Alimentaria (APPCC).
- Tratamientos integrales de Legionela.
- Elimina olores y sabores.
- Acción desinfectante del agua.
- Eliminación del biofilm en tuberías, torres de refrigeración, balsas de
humectación, etc.
35
- Elimina la flora microbiana de productos frescos.
- Lavado y eliminación de gases tóxicos, nocivos, peligrosos y mal olientes.
- Desinfección de productos en industrias conserveras.
Como se muestra en la figura 4 al utilizar Ozono para el tratamiento de agua se
requiere la previa filtración de la misma, es por esta razón que se emplea un filtro que
permite que el agua pase al generador de ozono con la menor cantidad de sólidos y
cloro.
Figura 4: Potabilización de Agua con Ozono. Fuente: Elaborado por el autor
El generador de Ozono tiene un alto consumo de electricidad debido a que es por
el alto voltaje que es capaz de generar el proceso para la producción de O3.
Tratamiento con Ósmosis Inversa y Luz Ultravioleta:
La Osmosis Inversa consiste en separar un componente de otro en una solución,
mediante las fuerzas ejercidas sobre una membrana semi-permeable. Su nombre
proviene de "osmosis", el fenómeno natural por el cual se proveen de agua las células
vegetales y animales para mantener la vida.
36
En el caso de la Osmosis, el solvente (no el soluto) pasa espontáneamente de una
solución menos concentrada a otra más concentrada, a través de una membrana semi-
permeable. Entre ambas soluciones existe una diferencia de energía, originada en la
diferencia de concentraciones. El solvente pasará en el sentido indicado hasta
alcanzar el equilibrio. Si se agrega a la solución más concentrada, energía en forma
de presión, el flujo de solvente se detendrá cuando la presión aplicada sea igual a
la presión Osmótica Aparente entre las 2 soluciones. Esta presión Osmótica Aparente
es una medida de la diferencia de energía potencial entre ambas soluciones. Si se
aplica una presión mayor a la solución más concentrada, el solvente comenzará a fluir
en el sentido inverso. Se trata de la Osmosis Inversa. El flujo de solvente es una
función de la presión aplicada, de la presión osmótica aparente y del área de la
membrana presurizada.
Los componentes básicos de una instalación típica de osmosis inversa consisten en
un tubo de presión conteniendo la membrana, aunque normalmente se utilizan varios
de estos tubos, ordenados en serie o paralelo. Una bomba suministra en forma
continua el fluido a tratar a los tubos de presión, y, además, es la encargada en la
práctica de suministrar la presión necesaria para producir el proceso. Una válvula
reguladora en la corriente de concentrado, es la encargada de controlar la misma
dentro de los elementos (se denominan así a las membranas convenientemente
dispuestas).
Hoy en día, hay 3 configuraciones posibles de la membrana: el elemento tubular,
el elemento espiral y el elemento de fibras huecas. Más del 60% de los sistemas
instalados en el mundo trabajan con elementos en espiral debido a 2 ventajas
apreciables:
- Buena relación área de membrana/volumen del elemento.
- Diseño que le permite ser usado sin dificultades de operación en la mayoría de
las aplicaciones, ya que admite un fluido con una turbiedad más de 3 veces
mayor que los elementos de fibra hueca.
Este elemento fue desarrollado a mediados de la década del 60, bajo contrato de la
oficina de aguas salinas. En la actualidad estos elementos se fabrican con membranas
37
de acetato de celulosa o poliamidas y con distinto grados de rechazo y producción.
- Hay razones para justificar esta creciente supremacía, ya que la osmosis
inversa reúne características de excepción, como:
- Permite remover la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) disueltos
en el agua (hasta el 99%).
- Remueve los materiales suspendidos y microorganismos.
- Realiza el proceso de purificación en una sola etapa y en forma continua.
- Es una tecnología extremadamente simple, que no requiere de mucho
mantenimiento y puede operarse con personal no especializado.
- El proceso se realiza sin cambio de fase, con el consiguiente ahorro de
energía.
- Es modular y necesita poco espacio, lo que le confiere una versatilidad
excepcional en cuanto al tamaño de las plantas: desde 1 m3/día, a 1.000.000
m3/día.
La osmosis inversa puede aplicarse en un campo muy vasto y entre sus diversos
usos podemos mencionar:
- Abastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de poblaciones.
- Tratamiento de efluentes municipales e industriales para el control de la
contaminación y/o recuperación de compuestos valiosos reutilizables.
- En la industria de la alimentación, para la concentración de alimentos (jugo de
frutas, tomate, leche, etc.).
- En la industria farmacéutica, para la separación de proteínas, eliminación de
virus, etc.
Luz Ultra Violeta
La desinfección de agua por radiación ultravioleta UV es un procedimiento
físico, que no altera la composición química, ni el sabor ni el olor del agua. La
seguridad de la desinfección UV está probada científicamente y constituye una
alternativa segura, eficaz, económica y ecológica frente a otros métodos de
38
desinfección del agua, como por ejemplo la cloración.
La radiación UV constituye una de las franjas del espectro electromagnético y
posee mayor energía que la luz visible. La irradiación de los gérmenes presentes en el
agua con rayos UV provoca una serie de daños en su molécula de ADN, que impiden
la división celular y causan su muerte. La luz ultravioleta, a la onda germicida de
253.7 nanómetros, altera el material genético (DNA) en las células para que los
microbios, virus, mojo, alga y otros microorganismos no puedan reproducirse. Los
microorganismos están considerados muertos y se les elimina el riesgo de
enfermedad.
La principal aplicación de los equipos UV es la desinfección de agua. Cualquier
industria que utilice agua en su proceso industrial es susceptible de usar estos
equipos. Los equipos UV también están indicados para tratamientos de superficies y
aire.
Ventajas:
- El UV no genera subproductos de desinfección como trihalometanos (THM) y
bromato, que son considerados cancerígenos.
- El UV no altera el sabor, olor, color y pH del agua.
- El UV no requiere la adición de productos químicos. El UV es un equipo
compacto, fácil de instalar y casi no requiere mantenimiento
- Por otro lado, los sistemas de desinfección domésticos de bajo costo que
ofrecemos, solucionan con éxito los problemas de agua del
- Provee desinfección sin el uso de químicos
- Reduce bacteria, virus y protozoa en un 99.99%
- Arranques electrónicos proveen un voltaje estable
- Avisa cuando requiere mantenimiento
- Fabricado en acero inoxidable 304 pulido
- Fácil de operar y mantener
Las aplicaciones a las que están destinadas los equipos se enumeran a
continuación:
39
Aplicaciones
- Agua de pozo
- Agua superficial
- Agua municipal
- Procesamiento de alimentos
- Hospitales
- Acuacultura
- Electrónicos
- Farmacéuticos
- Hoteles
- Embotelladoras de agua
Una vez pasado el agua por un tratamiento primario, ésta se potabiliza mediante
un tratamiento compuesto por un filtro a presión, un equipo de ósmosis inversa, una
lámpara de luz UV para luego ser almacenada y estar lista para el consumo. En la
figura 5 se aprecia un esquema de éste proceso.
Figura 5: Potabilización de agua con Ósmosis Inversa y Luz Ultravioleta. Fuente: Elaborado por
el autor.
40
Costos Asociados a Sistemas de distribución y disposición de Agua
Álvaro Palacios Ruíz alega: “…la infraestructura de los servicios sanitarios
representa aproximadamente el 20% del costo total de un urbanismo” (p. 24-25).
Cuadro 1.
Costo directo de construcción de un urbanismo residencial en el área
Metropolitana de Caracas (1998-2000)
Actividad Principal Monto Actividad
(Bs)
% Del Costo
Total Obra
Costo Unitario
(Bs/m2)
Movimiento de Tierra 1.605.000.000,00 40,47 4.864,00
Sistema de Acueductos 165.000.000,00 04,16 500,00
Sistema de Cloacas 91.000.000,00 02,30 276,00
Sistema de Drenajes 547.000.000,00 13.79 1.658,00
Obras Civiles Electricidad 173.000.000,00 04,36 524,00
Obras Civiles Teléfonos 110.000.000,00 02,77 333,00
Instalaciones Eléctricas 157.000.000,00 03,96 476,00
Sistema Gas Directo 39.000.000,00 00,98 118,00
Aceras y Brocales 158.000.000,00 03,98 479,00
Pavimento Asfáltico 243.000.000,00 06,13 736,00
Reforestación Taludes 178.000.000,00 04,49 539,00
Construcción Parques 95.000.000,00 02,40 288,00
Arborización Parques 20.000.000,00 00,50 61,00
Señalización Vial 12.000.000,00 00,30 36,00
Planta de Tratamiento
de Aguas Negras
90.000.000,00 02,27 273,00
Acueducto Externo 283.000.000,00 07,14 858,00
Costo Total 3.966.000.000,00 100,00 12.019,00
Tomado de Álvaro Palacios Ruíz, (p. 24-25).
Según la información suministrada por el cuadro anterior la suma de la
construcción de la Planta de Tratamiento y el Acueducto Externo arroja un resultado
41
de 1131,00 Bs/m2 y se aprecia que éste comprende un porcentaje alto en relación a
los distintos tipos de obras que se llevan a cabo en la construcción de un urbanismo.
Sistemas de Recirculación de Agua
El costo del agua está aumentando constantemente, se espera que el precio del
agua potable pronto se doble. Muchos procesos industriales requieren del agua pero
no necesariamente un agua tratada, por lo que la reutilización de aguas servidas
tratadas ofrece una alternativa para las industrias que permite ahorrar este preciado
recurso y su recirculación utilizando la misma agua de la industria que dependiendo
de su funcionamiento existen varias opciones para el reciclaje del liquido:
- La industria de procesamiento de alimentos y bebida requiere una enorme
cantidad de agua. Uno de los principales problemas es la cantidad de agua
residual continuamente producida en las plantas de tratamientos. El agua es usada
como ingrediente, agente de limpieza, para hervir y enfriar, para transportar y
acondicionar las materias primas. El agua de proceso usada en la industria de la
alimentación (contenido de sal medido por la conductividad eléctrica <
3.000μS/cm y DQO<700 mgO2/l) puede ser desalinizada y los compuestos
orgánicos pueden ser eliminados para alcanzar los requerimientos de calidad
necesarios para que el agua pueda ser reutilizada. Los estándares de la industria
de la alimentación especifican que el agua de proceso que se pretende reutilizar
(incluso si es para limpieza) debe ser al menos de igual calidad que el agua
potable.
- Para el vertido de aceites minerales en las aguas superficiales y sistemas
residuales, la mayoría de los gobiernos tienen requerimientos especiales para la
calidad del agua residual. La resolución holandesa para vertidos, por ejemplo,
permite una concentración máxima de 20 mg/l de aceite mineral, y 100 mg/l de
partículas no resueltas. Por medio de un separador de agua-aceite, una gran
cantidad de aceite puede ser eliminada del agua residual. Sin embargo, las
42
soluciones agua/aceite químicamente estables deben ser tratadas de una manera
especial. Estas soluciones pueden ser purificadas por medio de filtración de
membrana (ultrafiltración). Para eliminar los compuestos orgánicos que
permanecen en el filtrado se puede usar ozono. Las investigaciones muestran que
el pre-tratamiento con ozono hace posible la reutilización del filtrado de la
ultrafiltración como agua de proceso.
- La producción en la horticultura de invernadero en Europa todavía no es tan
eficiente en el aprovechamiento del agua como podría ser. Los sistemas de
crecimiento sin suelo (cultivos hidropónicos) se están volviendo comunes en la
horticultura de la mayoría de los países europeos, aunque aún no a gran escala en
todos los países. Las ventajas de los sistemas de crecimiento sin suelo frente a los
cultivos que crecen en el suelo son:
- El crecimiento y la cosecha son independientes del tipo de suelo del área de
cultivo;
- Mejor control del crecimiento mediante el uso de agua de mejor calidad y una
mejor fertilización;
- Incremento de la calidad de los productos;
- Operación libre de patógenos mediante el uso de sustratos diferentes al suelo y/o
control más fácil de los patógenos del suelo.
En la mayor parte de los casos se adoptan sistemas abiertos o de dejar correr el
agua. En tales sistemas abiertos, la solución nutriente que sobra se lava libremente al
suelo y aguas superficiales. Por motivos económicos y ambientales se pueden aplicar
sistemas cerrados sin suelo. Estos sistemas cerrados son más eficientes con el uso de
agua y fertilizantes, y provocan menor daño al medio ambiente. La desventaja de los
sistemas cerrados es el riesgo de una dispersión rápida de los patógenos del suelo
debido a la recirculación de la disolución nutriente. Para eliminar estos patógenos, se
pueden usar diversos métodos de desinfección.
El tratamiento con ozono puede ser usado para desinfectar el agua de drenaje. El
ozono es el segundo esterilizante más potente que se conoce y su función es la
destrucción de las bacterias, virus y olores. Un aporte de 10 gramos de ozono por
43
hora y metro cúbico de agua es suficiente para matar todos los patógenos.
Otra forma de desinfectar el agua de drenaje es el uso de radiación UV. La
radiación ultra violeta (o UV) es un proceso demostrado para la desinfección del
agua, aire y superficies sólidas contaminadas microbiológicamente. Para eliminar las
bacterias y los hongos se recomienda una dosis energética de 100 mJ/cm2. Para los
virus se recomienda una dosis de 250 mJ/cm2. Cuando se aplica un tratamiento por
calor, una solución se calienta durante 30 segundos a una temperatura de 95˚C. A esta
temperatura se mata a todos los patógenos. Una desventaja del tratamiento por calor
es el consumo de gas. También el agua templada de drenaje contiene menos oxígeno.
- Escasez de agua, deterioro de la calidad del agua y las restricciones medio
ambientales, han conducido a un creciente interés en muchas partes del mundo
por el tratamiento de las aguas residuales. El principal problema en el reciclaje de
aguas residuales son los requerimientos de calidad del agua, que cada vez son más
estrictos, y el coste asociado con conseguir dicha calidad. La reutilización de agua
para la agricultura es muy ventajosa porque los tratamientos de aguas residuales
son a menudo moderados, las aguas residuales contienen nutrientes para las
plantas y el suelo, las zonas agrícolas pueden estar cerca de las plantas de
tratamiento de aguas y se aumentan los ingresos mediante la venta de las
cosechas.
Planta de Tratamiento para Aguas Servidas
Una planta de tratamiento es un conjunto de equipos y dispositivos diseñados y
construidos para remover, transformar o eliminar los contaminantes del agua residual,
de tal manera, que permita su vertido sin degradar al ambiente. Los diversos procesos
utilizados en el tratamiento del agua residual se fundamentan en los principios
naturales físicos, químicos y biológicos del autodepuración de los cuerpos de agua. El
tratamiento se realiza en espacios pequeños, unidades separadas y especificas para
cada etapa de remoción o transformación y en menos tiempo que la autodepuracion.
En una planta típica de tratamiento integral de aguas municipales, consta de cuatro
44
procesos de tratamiento; Tratamiento preliminar, destinado a la eliminación de
residuos fácilmente separables y en algunos casos un proceso de pre-aireación;
Tratamiento primario que comprende procesos de sedimentación y tamizado;
Tratamiento secundario que comprende procesos biológicos aerobios y anaerobios y
físico-químicos (floculación) para reducir la mayor parte de la DBO; Tratamiento
terciario o avanzado que está dirigido a la reducción final de la DBO, metales pesados
y/o contaminantes químicos específicos y la eliminación de patógenos y parásitos.
Bases Legales
Artículo 83 de la Constitución Nacional (1999)
La Salud es un derecho social fundamental obligación del estado, que lo
garantizará como parte del derecho a la vida. El estado promoverá y desarrollará
políticas orientadas a elevar la calidad de vida, el bienestar colectivo y el acceso a los
servicios. Todas las personas tienen derecho a la protección de la salud, así como el
deber de participar activamente en su promoción y defensa y el de cumplir con las
medidas sanitarias y saneamiento que establezca la ley, de conformidad con los
tratados y convenios internacionales suscritos y ratificados por la república.
El presente, indica el deber del estado de mantener y resguardar el medio ambiente.
Este proyecto abarca el diseño de una planta de tratamiento de aguas servidas para ser
reutilizadas, por lo que cumple y sigue lo indicado en el artículo.
Artículo 28 de la Ley Penal del Ambiente:
El que vierta o arroje materiales no biodegradables, sustancias, agentes biológicos
o químicos, afluentes o aguas residuales no tratadas según la disposición técnica
45
dictada por el ejecutivo nacional, objetos o desechos de cualquier naturaleza en los
cuerpos de las aguas, sus riberas, cauces, cuencas, mantos acuíferos, lagos, lagunas o
demás depósitos de agua incluyendo los sistemas de abastecimiento de agua capaces
de degradarla, envenenarlas o contaminarlas, será sancionado con prisión de tres (3)
meses a un (1) año y trescientos (300) a mil días de salario mínimo.
La planta de tratamiento para aguas servidas permite que el afluente de la misma
esté en condiciones aptas para ser vertidas en causes de cualquier tipo, sin embargo
en el caso que se plantea en este proyecto dicho afluente estará apto para el consumo
humano.
Ley Penal del Ambiente:
Artículo 36 El que construya obras o utilice instalaciones sin las autorizaciones y en
contravención a las normas técnicas que rigen la materia, susceptibles a causar
contaminación grave del medio lacustre, marino o costero será sancionado con arresto
de tres (3) a seis (6) meses y multa de trescientos (300) a seiscientos (600) días de
salario mínimo.
Ya que el proyecto se basa en la construcción de una instalación sanitaria, al
momento de ejecutarse deberá basarse en todas las normativas y procedimientos
correspondientes y deberán manejar la permisología que indique la presente ley.
Normas Sanitarias. Gaceta Oficial Nº 4.044 Extraordinario de la Gaceta Oficial de
la República de Venezuela Año CXV – Mes XI Caracas; Jueves 8 de Septiembre de
1988 Nº 4.044.
“Normas Sanitarias Para Proyectos, Construcción, Reparación, Reforma y
Mantenimiento de Edificaciones”. Capítulo XXXIV
De los sistemas particulares para el tratamiento y disposición de aguas
servidas
Artículos 497: La instalación de sistemas particulares para el tratamiento de aguas
servidas a base de tanques sépticos se permitirá para aquellas edificaciones adecuado
46
servicio de agua cuando no sea posible de dispones de un sistema cloacal en
condiciones de prestar servicio de acuerdo a lo establecido en los artículos 100 y 101,
y siempre que la disposición final de las aguas tratadas pueda realizarse sin constituir
un peligro para la salud pública.
Artículo 498: Cuando se emplee un tanque séptico deberá ubicarse en un sitio donde
no ofrezca riesgo de contaminación a las fuentes de abastecimiento de agua para
consumo humano donde permita una pendiente aceptable para la instalación de las
cloacas de la edificación y demás elementos del sistema de disposición propuesto
donde sea fácil su inspección, operación y mantenimiento, y donde resulte factible la
disposición final de las aguas tratadas debiéndose guardar las distancias mínimas
indicadas en la tabla 52.
Artículo 499: Los tanques sépticos de forma rectangular se diseñaran de manera que
su largo sea de 2 a 3 veces el ancho cualquiera que sea la forma del tanque, se
recomienda que la altura útil desde el nivel del fondo hasta la superficie del líquido
no sea menor de 1,20 m, ni mayor de 1,60 m.
Artículo 500: La capacidad útil (volumen de líquido) de un tanque séptico se
determinará de acuerdo con las siguientes cifras:
a. Para viviendas: se calculará el número de personas a razón de dos ocupantes por
dormitorio de 8,50 m2 o más y un ocupante dormitorio de menos de 6,50 m2. Con el
total de personas se determinará el volumen útil de acuerdo con las tablas 48 y 49.
b. Para oficinas: 0,07 m2 por cada 10 m2 de área útil del local.
c. Para industrias: 0,10 m2 por obrero o empleado y por turno de trabajo de 8 horas.
Las aguas residuales industriales se considerarán separadamente.
d. Para escuelas (externados): 0,06 m2 por alumno.
e. Para residencias estudiantiles y similares: 0,30 m3, por persona.
47
Artículo 501: Los tanques para plantas de tratamiento deberán ser estructuras
impermeables y resistentes para soportar las cargas muertas y móviles o que puedan
quedar sometidos, hechos de concreto o de ladrillos bien cocidos enlucidos
anteriormente con mortero de cemento u otro material impermeabilizante.
Artículo 502: Los tanques sépticos de una sola cámara deberán llenar, además los
siguientes requisitos:
a. La entrada y salida deberán hacerse por medio de tubos en forma de T de hierro
fundido o de asbesto-cemento de 10 cm. (4”) de diámetro como mínimo, o mediante
tabiques. El extremo inferior de la T o del tabique de entrada deberá quedar a un
mínimo de 0,15 m, por debajo del nivel del líquido. El extremo inferior de la T o del
tabique de salida deberá quedar a 40% de la profundidad del líquido por debajo de su
nivel.
b. El fondo del tanque séptico deberá tener pendientes del 10% hacia el punto de
descarga o extracción de lodos. Donde las características topográficas del terreno lo
permitan, la extracción de lodos podrá hacerse por gravedad; en caso contrario, se
hará por la parte superior a través de la correspondiente boca de visita o limpieza.
c. Todo tanque séptico estará provisto de una boca de visita de 0.60 m ubicada
directamente encima del sitio donde convergen las pendientes en el fondo.
d. En la losa de cubierta y encima de las T deberán proveerse tapas cuadradas o
circulares de 0.30 m para la limpieza de dichas T.
e. En caso de drenaje por gravedad, deberá usarse en el fondo tubería de 10 cm.
48
a 15 cm. (4” a 6”) de diámetro, con pendiente mínima de 2% dotada de una llave de
paso de cierre hermético.
La construcción de un tanque séptico puede ser estandarizado de acuerdo al
siguiente cuadro, tomando en cuenta el número de habitantes para el que se desea
diseñar el tanque.
Cuadro 2.
Medidas Recomendables para Tanque Séptico de dos Cámaras
Personas Volumen
útil
Largo
primera
cámara
Largo
segunda
cámara
Ancho Profundidad
útil
Cámara
de aire
L1 L2 A P C
m3 m M m m m
26-30 9.00 2.45 1.20 1.70 1.50 0.40
31-35 10.50 2.75 1.30 1.80 1.50 0.40
36-40 12.00 2.80 1.35 2.00 1.50 0.40
41-50 15.00 3.15 1.55 2.20 1.50 0.40
51-60 18.00 3.25 1.60 2.40 1.60 0.40
61-70 21.00 3.50 1.70 2.60 1.60 0.40
71-80 24.00 3.85 1.85 2.70 1.60 0.40
81-90 27.00 4.20 2.00 2.80 1.60 0.40
91-100 30.00 4.20 2.10 3.00 1.60 0.40
NOTA: Si en la vivienda se instalan trituradores de desperdicios, lavadoras automáticas de ropas y
otros artefactos similares que incrementen la cantidad de aguas servidas, los volúmenes indicados en
estas Tablas deberían incrementarse en un 60%. (20% por los primeros y 40% por los segundos).
Artículo 504: Cuando se considere conveniente construir un tanque séptico de
características distintas a lo establecido en este capítulo, el proyecto deberá ser
sometido a la consideración de la autoridad sanitaria competente.
49
Artículo 505: En edificaciones tales como hospitales, hoteles, restaurantes, estaciones
de servicio y otros donde se produzca mucha grasa, deberán instalarse trampas o
separadores de grasa a fin de evitar que ésta pase a los tanques de la planta de
tratamiento. Estas trampas deberán diseñarse y construirse de conformidad a lo
previsto en el capítulo correspondiente de estas normas.
Artículo 506: Los métodos de disposición del afluente del séptico podrán ser:
sumideros, zanjas de absorción, zanjas filtrantes, filtros de arena superficiales y filtros
de arena subsuperficiales.
Artículo 507: La descarga del efluente del séptico deberá hacerse en forma tal, que el
líquido se distribuya uniformemente en el sistema de disposición, para cuyo fin
deberán emplearse tanquillas de distribución.
Artículo 508: Las tanquillas de distribución deberán ubicarse después del tanque
séptico, en un lugar que permita la adecuada alternabilidad en el uso de las diversas
zonas en que pueda estar dividido el sistema de disposición, de ser necesario, y la
uniforme distribución del efluente, así como también la limpieza de las mismas.
Artículo 509: las tuberías de distribución al sistema de disposición deberán instalarse
a un mismo nivel dentro de la tanquilla, con su rasante a una altura de dos a cinco
centímetros por encima del fondo.
Artículo 10: podrán usarse tanquillas de distribución de forma rectangular, cuadrada o
circular siempre que la menor dimensión transversal no sea inferior a 0.60 m, de
acuerdo a los modelos insertos en el apéndice 57.
Artículo 11: cuando en instalaciones importantes el efluente del tanque se disponga
por métodos distintos al de los sumideros, se colocará un tanque dosificador con un
sifón automático a fin de obtener una descarga intermitente y una distribución
uniforme del afluente en el sistema de disposición seleccionado.
Todos los parámetros de diseño del proyecto, en cuanto a tanquillas de
distribución, tanques sépticos, instalaciones, sumideros o sistemas de tratamientos
particulares, corresponden a todos los criterios establecidos en los artículos anteriores
y se apegan rigurosamente a la presente ley.
50
Sistema de Variables
Según Hurtado (2000) “La definición de variables consiste en anunciar las
características del evento, especificando las relaciones entre dichas características, de
modo tal que el resultado es una comprensión global y abstracta de lo definido”
(p.143)
Cuadro 3.
Conceptualización de Variables
Objetivo Variable Conceptualización
Describir la situación actual
de Aragua de Maturín con
respecto a los sistemas de cloacas
existentes, con el objetivo de
determinar la producción de
aguas residuales y los volúmenes
disponibles para uso industrial.
Situación Actual Panorama actual en el
sistema de cloacas en
Aragua de Maturín
Analizar el proceso industrial de
la Frutícola para determinar las
etapas del proceso y establecer
los consumos y calidad de agua
requeridos en cada una de ellas.
Proceso Industrial Tipos de procesos que se
llevan a cabo en la
Frutícola.
Establecer los diferentes
componentes de la planta de
tratamiento según las
características del agua requerida
por la frutícola mediante la
elaboración de los planos
correspondientes.
Componentes Tipos de elementos de la
planta que determinará el
funcionamiento de ésta.
Elaborar el diseño de una planta
de tratamiento de aguas servidas,
para adecuar el agua tratada por
las lagunas de oxidación de
Aragua de Maturín
Planta de Tratamiento Sistema de tratamiento para
aguas servidas.
51
Definición de Términos Básicos
Acometida: Enlace de una red de conducción ya sea eléctrico, de gas o de agua, entre
otros, de una edificación con la red externa. En instalaciones eléctricas se usa
“alimentación” y en sanitarias “aducción”. (Instalaciones Eléctricas de Baja Tensión
en Edificios de Viviendas, Carrasco Sánchez Emilio, P. 38)
Agua potable: Llamamos agua potable al agua que podemos consumir o beber sin
que exista peligro para nuestra salud. El agua potable no debe contener sustancias o
microorganismos que puedan provocar enfermedades o perjudicar nuestra salud.
(http://mimosa.pntic.mec.es/~vgarci14/agua_potable.htm.)
Aguas servidas: Las aguas servidas o aguas negras son los desechos líquidos
provenientes del uso doméstico, comercial e industrial. Llevan disueltas o en
suspensión una serie de materias orgánicas e inorgánicas. Provienen de la descarga de
sumideros, fregaderos, inodoros, cocinas, lavanderías (detergentes), residuos de
origen industrial (aceites, grasas, curtiembres, etc.). Donde existen sistemas de
alcantarillado todas confluyen a un sistema colector de aguas cloacales, que debería
terminar en una planta de tratamiento.
(http://www.peruecologico.com.pe/lib_c26_t04.htm)
Bacteriológicos: ensayo hechos al agua para comprobar o destacar la cantidad de
bacterias presentes en el agua destinada al consumo.
(http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.)
Bombeo: Las estaciones de bombeo son estructuras destinadas a elevar un fluido
desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor.
(http://es.wikipedia.org/wiki/Estaci%C3%B3n_de_bombeo)
Captación del Agua: Es la acción de recolectar y almacenar agua de una variedad de
fuentes para uso benéfico.
(http://ag.arizona.edu/azaqua/AquacultureTIES/publications/Spanish%20WHAP/GT3
%20Water%20Harvesting.pdf )
52
Caudal: En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una
unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico que pasa por
un área dada en la unidad de tiempo. (http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido))
Conducción: Se denomina obras de conducción a las estructuras que transportan el
agua desde la captación hasta la planta de tratamiento o a un reservorio.
(http://www.uns.edu.pe/civil/bv/descarga/reglamentos/Capta_Agua.htm)
Consumo: Cantidad de agua marcada por un hidrómetro que indica la medida
mensual de agua gastada por un abonado.
(http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.)
Distribución: Esta actividad es la que se lleva a cabo desde la salida de agua de los
tanques de almacenamiento hasta las conexiones a cada uno de los abonados.
(http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.)
Rebombeo: El agua que previamente se ha bombeado de un pozo o naciente se
vuelve a bombear para trasladarla a otro sitio generalmente de almacenamiento.
(http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.)
Sobrepresión: Presiones mayores a las presiones de trabajo en las tuberías o
accesorios de las redes. (http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.)
Tratamiento: Proceso que se le da al agua para hacerla potable.
(http://www.munisc.go.cr/muniscweb/aqueductInfoPage5.action.
53
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
Este capítulo se refiere a la manera como se llevará a cabo metodológicamente la
investigación, los procedimientos, las técnicas de investigación, la población, los
procedimientos para la recolección de información, procesamiento de información
recolección y tabulación de datos para abordar el objetivo principal de la
investigación.
Modalidad de la Investigación
La modalidad de la investigación es de fuentes mixtas, de campo y documental,
Hurtado (2000) señala que “el diseño de la investigación hace explícito los aspectos
operativos de la misma se refiere a donde y cuando se recopila la información así
como la amplitud de la información recopilada” (p. 215) por lo que se recogen del
mismo lugar de los hechos los datos necesarios para realizar la evaluación planteada,
con el objeto de compararlos con otros estudios llevados a cabo sobre el tema.
Según el planteamiento de Hurtado el presente trabajo de investigación es de
campo debido a que fue necesario realizar visitas en la localidad donde las muestras
fueron tomadas y recolectadas, registrando ordenadamente según las datos obtenidos
en la visita. Es de tipo documental porque se soporta a la recopilación y análisis de
información para la selección de estrategias y actividades relacionadas con la
54
ejecución que permitieron alcanzar decisiones deseadas y adecuadas con el uso de
referencias y antecedentes investigativos que sirvieron como documentos para el
desarrollo del proyecto.
Tipo de Investigación
La investigación es de tipo proyectiva, ya que se plantea la elaboración de un
Diseño de un Sistema de Abastecimiento de Agua para Uso Industrial Utilizando
Aguas Servidas Tratadas en Aragua de Maturín, Municipio Piar, Estado Monagas que
propone una solución viable para resolver la problemática de abastecimiento de agua
en la población. Según Hurtado J. (2000) explica: “En este tipo de investigación el
investigador pretende sustituir un estado de cosas actual, por otro estado de cosas
deseado. La investigación proyectiva se inicia con las fases exploratorias y
descriptivas, pero no se limita a eso, intenta además proponer y cambiar”
Operacionalización de Variables
La operacionalización de las variables es un elemento que da un gran aporte al
desarrollo de la investigación. Según Hurtado “la operacionalización es un proceso
que le permite al investigador identificar aquellos aspectos perceptibles de un evento,
que hacen posible dar cuenta de la presencia o inmensidad de este.” (p. 135). La
operacionalización de variables, es fundamental porque a través de ella se precisan
los aspectos y elementos que se quieren conocer, cuantificar y registrar con el fin de
llegar a conclusiones. En el cuadro siguiente observa el proceso de
operacionalización de las variables para esta investigación.
55
Cuadro 4.
Operacionalización de Variables
Variable Dimensión Indicador
Situación Actual Sistema de recolección Unidades de descarga
Sistema de Descarga
Proceso Industrial Procesamiento de Frutas Lavado
Cortes y Descasques
Despulpado
Envasado y Sellado
Congelamiento
Componentes Elementos de la Planta Estructuras de Entrada
Rejillas
Desarenadores
Planta de Tratamiento Tipo de Sistema Tratamiento Primario
Tratamiento Secundario
Tratamiento Terciario
Técnicas e Instrumentación y Recolección de datos
Según Arias (1997) los instrumentos de recolección son las distintas formas o
maneras de obtener la información”. (p. 355) Para llevar a cabo esta investigación se
aplicaron diversas técnicas de recolección de datos. La selección de las técnicas y
recolección de datos implica determinar con que procedimiento se obtuvo la
información que se necesita para llevar a cabo la investigación. Para la presente
investigación las técnicas que se utilizaron son: la entrevista no estructurada, revisión
documental y la observación directa.
Hurtado (2002), define la observación como: “Un proceso de atención,
recopilación, selección y registro de información para el cual el investigador se apoya
56
en sus sentidos”. (p. 449). Se empleó esta técnica ya que está basada en escuchar y
mirar algo con atención, esta se convierte en técnica científica, cuando responde a un
objeto de investigación bien formulado, cuando es planificada y sigue criterios de
confiabilidad y validez. Con esta técnica el investigador obtuvo una visión real y
amplia que permitió definir los datos principales en la investigación.
Por otra parte se utilizó la entrevista, que permitió la comunicación con el personal
del consultorio objeto de estudio, Hurtado la define como: “una especie de
interrogatorio en el cual las preguntas se formulan a diferentes personas, manteniendo
siempre el mismo orden y con los mismos términos” (p. 451). En la entrevista se
desea obtener la opinión del entrevistado con respecto al estado actual del sistema, los
objetivos de la investigación, los objetivos personales y los procedimientos
informales.
En la presente investigación la entrevista será de tipo No Estructurada, Tamayo
(2000) la define como: “aquella en la que la pregunta puede ser modificada y
adaptarse a las situaciones y características particulares del sujeto. El investigador
puede seguir otras pautas al preguntar”. (p. 125). El autor sugiere que las entrevistas
no estructuradas, son las que no siguen un patrón de preguntas para la recolección de
datos; por consiguiente estas permitieron conocer el manejo de los procesos
establecidos en la Frutícola donde la entrevista se les realizará a los trabajadores.
Con respecto a la revisión documental, Hurtado (2002) señala que: “ Es el proceso
mediante el cual un investigador recopila, revisa, analiza, selecciona y extrae
información de diversas fuentes, acerca de un tema en particular, con el propósito de
llegar al conocimiento y compresión más profundo del mismo” (p. 90). La autora
propone que la revisión documental y bibliográfica del presente proyecto estará
sustentada por el uso de fuentes secundarias: libros, revistas del ámbito de
57
informática entre otros. Además, de otras fuentes de documentación primaria como
los trabajos y ponencias realizados por expertos relacionados con esta investigación.
Técnicas de Análisis de Datos
Hurtado (2000), establece, con relación a las técnicas de análisis de los datos
obtenidos, lo siguiente:
El análisis, constituye un proceso que involucra la clasificación, el
procesamiento y la interpretación de la información obtenida durante la
recolección de datos. La finalidad del análisis es llegar a conclusiones
específicas en relación al evento de estudio, y de dar respuesta a la
pregunta de investigación… (p. 505).
Por tal motivo, para realizar el análisis de los datos recopilados se utilizaron la
técnica de análisis de contenido, para lo cual el autor anteriormente citado expone,
que la misma “integra diversos recursos que permiten abordar los eventos de estudio,
hechos, situaciones, textos, autores, video, cine, con el interés de profundizar en su
comprensión” (p.506). De acuerdo a lo expresado se procedió a clasificar, procesar e
interpretar la información a través de la determinación de la fuente de los datos y la
muestra para el análisis. A su vez en la investigación, se aplicó el análisis descriptivo
a los datos obtenidos.
58
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
Situación Actual del Sector La Bomba de Aragua de Maturín con Respecto a los
Sistemas de Cloacas Existentes.
El sector La Bomba se encuentra ubicado en la población de Aragua de Maturín,
Municipio Piar, Estado Monagas, su principal actividad económica es la agricultura y
la ganadería, cuenta con una población de aproximadamente 800 habitantes y un
índice de crecimiento poblacional anual de 2.5%, su abastecimiento de agua no
cumple de manera correcta su funcionamiento, debido a falta de mantenimiento.
Sin embargo existe un pozo ubicado en terrenos de la frutícola, donde se encuentra
un llenadero de camiones cisternas destinado a abastecer de agua al sector. Este pozo
se utiliza también para dotar de agua a la Frutícola CASA S.A. la cual es la única
industria ubicada en la zona. En lo que respecta al sistema de aguas servidas en el
sector, este no es suficiente y adicionalmente no se posee ningún sistema de
tratamiento que permita la descarga de dichas aguas evitando la contaminación al
ambiente y atenta con la salud de sus habitantes.
Según el análisis realizado a través de la revisión documental y de campo la
distribución de aguas servidas en la zona está dividido en dos redes, una red principal
que pertenece a la misma red del Pueblo de Aragua de Maturín a la cual solo el
15.62% de la población del sector La Bomba se encuentra empotrada y descarga sin
ningún tipo de tratamiento a un cauce ubicado en la zona céntrica de la población,
59
que corresponde a la red principal, el 26.25% son viviendas que no posee ningún tipo
de servicios de cloacas y un 58.13% se encuentra empotrada a una red que descarga
en un tanque séptico ubicado en el sector, el cual no recibe el mantenido adecuado y
una descarga para la cual fue diseñado ya que no cumple con los parámetros que
determinan su buen funcionamiento, debido a que sus dimensiones son de 7,48 de
largo por 7,20 de ancho. Según las Normas Sanitarias para Edificaciones, Capítulo
XXXIV, Artículo 499, señala que:
“Los tanques sépticos de forma rectangular se diseñaran de manera que
su largo sea de 2 a 3 veces el ancho. Cualquiera que sea la forma del
tanque se recomienda que la altura útil desde el nivel del fondo hasta la
superficie del líquido no sea menor de 1.20 metros, ni mayor de 1.60
metros.”
En la figura 6 se representa la distribución actual de la red de aguas servidas del
Sector La Bomba y la ubicación de la planta de tratamiento de aguas servidas y la
Frutícola.
60
Figura 6: Distribución de la red de aguas servidas, viviendas empotradas a ellas y
ubicación de la planta de tratamiento. Fuente: Elaborado por el autor.
La planta de tratamiento de aguas servidas que comprende al tratamiento primario,
se ubicó cerca del tanque séptico que actualmente se encuentra operando para tomarlo
como parte de la planta que se proyecta para el sector La Bomba a una distancia de
500 metros de la Frutícola.
Cálculo de Dotaciones
Para el cálculo de dotación se toma en consideración que en el sector La Bomba
no existe un servicio con medidores de agua y se aplica la dotación de 400 LPD por
cada habitante ya que la población del sector es menor a 20.000 habitantes.
Cuadro 5
Dotación según normas INOS
Población Servicio con medidores
Lts/persona/día
Servicio sin medidores
Lts/persona/día
Hasta 20.000 habitantes 200 400
De 20 a 50.000 habitantes 250 500
Más de 50.000 habitantes 300 600
Fuente: Abastecimiento de Agua. Teoria & Diseño. Tomado de Arocha (1980) Pág. 4
CUADRO 3
Según Arocha, (1980):
“estos rangos de valores permiten flexibilidad en la estimación, por lo
cual el criterio y buen juicio en la selección de este factor es elemento
importante para un buen diseño”. Tomando en consideración las
referidas normas para la zona de estudio”, se estimó una dotación 400
lts/día/persona.”
61
El cálculo de la población a atender en un período de diseño de 30 años se realizó
bajo la modalidad del método de crecimiento geométrico de la población, para ello
utilizamos la siguiente ecuación.
Pf= Pi*(1+r)n
Pf: población final
Pi: Población inicial.
r: Tasa promedio anual de crecimiento (2,5%).
Pf = 620personas x (1 + 0.025)30
= 1300.49 ≈ 1301 habitantes
El número de habitantes proyectado en el sector La Bomba para un período de 30
años es de 1301 habitantes por 400 LPD establecidos por la norma para una dotación
sin medidores de agua el resultado obtenido se muestra en el cuadro 6.
Cuadro 6
Proyección de la Población 2040
POBLACIÓN HABITANTES DOTACIÓN (lts/día) DOTACIÓN (lts/día)
La Bomba 1301 400 520.400
La dotación total calculada para el año 2040 es de 520.400 lts/día con la que se
pudo determinar el caudal de diseño de la planta de tratamiento siguiendo los
siguientes parámetros:
La dotación total para el consumo general: 520.400 lts/día
Conocida la dotación total para el consumo general del sector, se calculará el
caudal medio de la siguiente manera:
62
K: Coeficiente que en función de la población contribuyente
El caudal máximo de diseño es de 18,06 LPS, éste es el caudal en potencia
con que se cuenta para abastecer la Frutícola.
Ubicación de la Planta de Tratamiento
La planta de tratamiento de aguas estará dividida en dos etapas, una primera etapa
destinada para la planta de tratamiento de aguas servidas que se dispondrá al Suroeste
del sector La Bomba, ésta etapa estará compuesta por dos Tanques Imhoff, dos
Biopercolador, dos Sedimentadores Secundarios y una Cámara de Desinfección;
Estos elementos se instalarán en un área estimada de una (1) hectárea de terreno.
La segunda etapa corresponde a un tratamiento de potabilización que consta de un
Filtro a Presión y un equipo de Ozono que se dispondrán dentro del área de la planta
frutícola para luego ser almacenada.
En el cuadro 7 se muestra una comparación de cotas con respecto al nivel
altimétrico entre el sitio estudiado para la ubicación de planta de tratamiento y la
Frutícola ubicada a 500 metros de la planta de tratamiento de aguas servidas.
Cuadro 7: Comparación de Cotas, Entre la Ubicación de la Planta de
Tratamiento y la Disposición Final del Agua Tratada (Frutícola).
Planta de Tratamiento Frutícola Distancia
256* 237** 500,00 mt
(*) Punto más alto.
(**) Punto más bajo.
La diferencia de cotas es de 19 metros de altura del terreno de ubicación de la
63
planta de tratamiento de aguas servidas con respecto a la Frutícola, lo que indica que
la planta estará a un nivel más alto y esto beneficia el proceso de la planta ya que
genera la suficiente pendiente para abastecer a la Frutícola que se encuentra a un
nivel más bajo.
Análisis Industrial de la Planta Frutícola
La Planta Procesadora de frutas ubicada en el sector La Bomba de Aragua de
Maturín inicia sus operaciones en el año 2005 bajo el respaldo de la Corporación de
Abastecimiento y Servicios Agrícolas (CASA), esta planta tiene la capacidad para
procesar frutas como mango, lechoza, guayaba, parchita, tamarindo, fresa y durazno
con altos estándares de calidad. Su misión es servir a los venezolanos, contribuir con
la generación de empleos directos e indirectos y llevar productos al mercado nacional.
Las principales fuentes de abastecimiento de materia prima para la planta, proceden
de todo el Estado Monagas, en extensiones de siembras calculadas en
aproximadamente 1500 hectáreas, que equivalen a un abastecimiento permanente de
10.800 toneladas anuales.
La Frutícola genera un total de 70 empleos directos y está instalada sobre un área
de 86.000m2 de los cuales 15.000 están completamente construidos. Su capacidad de
procesamiento se ubica en 50.000 Kilos diarios, divididos en dos líneas de
producción, una que procesa frutas para obtener pulpas pasteurizadas y congeladas,
en envases metálicos de 180 Kilos y otra para manufacturar pulpas de frutas.
El abastecimiento de agua de la Frutícola proviene directamente de un pozo
perforado de 14 pies con una capacidad para producir 14 LPD, éste recurso es de vital
importancia para el desarrollo del proceso industrial que se lleva a cabo en esta
planta, sin embargo, el mismo pozo, como ya se menciono, es utilizado para abastecer
a parte del sector La Bomba que carece del suficiente suministro de agua que le
corresponde.
El proceso industrial que se lleva a cabo en la Planta Frutícola requiere de 37.860
64
LPD y que la calidad de agua alcance los niveles mínimos de calidad para que esta
pueda ser utilizada en el procesamiento de las frutas, según las Normas para la
Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o
Efluentes Líquidos, del decreto 883.
Artículo 3°. Las aguas se clasifican en:
Tipo 1: Aguas destinadas al uso doméstico y al uso industrial que requiera de agua
potable, siempre que ésta forme parte de un producto o sub-producto destinado al
consumo humano o que entre en contacto con él, es decir, el agua Tipo 1 es el agua
que se encuentre apta para ser consumida por el hombre, de manera directa o
indirectamente a través del consumo de alimentos.
Sub-Tipo 1A: Aguas que desde el punto de vista sanitario pueden ser acondicionadas
con la sola adición de desinfectantes. El agua 1A es aquella que requiere de algún
acondicionador como el cloro, para que esta pueda ser consumida por el hombre.
Cuadro 8
Características del agua 1A
Parámetro Límite o rango máximo
Oxígeno disuelto (O.D) mayor de 4,0 mg/l (*)
PH 6,0 - 8,5
Color real Menor de 50 U Pt-Co
Turbiedad Menor de 25 UNT
Fluoruros Menor de 1,7 mg/l
Organismos Coliformes Totales Promedio mensual menor a 2000 NMP
por cada 100 ml.
(*) Este valor también se podrá expresar como porcentaje de saturación, el cual debe ser mayor de 50%. Tomado
de Abastecimiento de Agua. Teoria & Diseño. Arocha (1980) (p. 11).
El agua consumida actualmente por la Frutícola es de Tipo 1A cuyas
características mostradas en el cuadro 8 es un agua que necesita de un tratamiento de
acondicionamiento para poder ser consumida. En el caso de la Frutícola es adecuada
el agua mediante la implementación de cloro.
65
Proceso Industrial
-Higiene y sanidad en planta: Naturalmente el sitio donde se vaya a realizar la
desinfección debe estar ordenado e higienizado. Esta limpieza del sitio se inicia con
la ordenación de los elementos presentes. Se elimina todo el sucio presente en el piso
y áreas vecinas como techos, paredes, puertas, rejillas y sifones. Esta limpieza se
realiza comenzando por las áreas altas (techo) e ir bajando hasta terminar en el piso y
los sifones.
Sigue un jabonado con detergentes o jabones que ablandan y retiran el sucio. Se
termina con un enjuague a fondo. Si la operación ha sido bien hecha el aroma del
ambiente debe ser a limpio. Además de las áreas, debe existir la higienización de los
operarios, material y equipos que entraran en contacto con la fruta. Entonces las
operaciones explicadas antes se repiten con el mismo cuidado para guantes y botas de
operarios y equipos.
-Recepción de la Materia Prima: Esta es una operación que reviste una importancia
grande en cualquier actividad productiva industrial. Consiste en recibir del proveedor
la materia prima requerida, en este caso las frutas, de acuerdo a las especificaciones
entregadas de antemano por la industria, es decir, la aceptación de que la condición
del material está de acuerdo con las exigencias de la empresa y su proceso. Esta
operación implica el compromiso de un pago por lo recibido y debe tenerse el
cuidado de especificar claramente si lo que cumple con los requisitos es el todo o
parte del lote que se recibe, en orden de fijar el monto a pagar por el mismo.
-Pesado: Esta es una de las operaciones de mayor significación comercial, pues en
esta se cuenta, el volumen comprado, el volumen de la calidad adecuada para el
proceso, para la cuantificación del rendimiento. Se efectúa con cualquier tipo de
balanza de capacidad apropiada y de precisión a las centenas o decenas de gramo.
66
-Desinfección: la limpieza y desinfección se realiza sumergiendo las frutas en un
tanque de inmersión con agua a temperaturas entre 45°C y 60°C.
-Selección: Se hace para separar las frutas sanas de las ya descompuestas. Se efectúa
sobre una banda, elevador o mesa de inspección y disponiendo de recipientes donde
los operarios puedan colocar la fruta descartada. Para decidir cuáles frutas rechazar,
son utilizados la vista y el olfato de un operario. El debe ser muy consciente de su
labor e influencia que este tiene en la calidad de la pulpa final. Hay ciertas frutas
costosas que por su tamaño grande pueden pasar la prueba pero deben ser
"arregladas" retirando cuanto antes las fracciones dañadas.
- Cocción: Las frutas lavadas se introducen en un “Cocinador” en acero inoxidable.
El tiempo de cocción dependerá del tipo de fruta, por ejemplo, el tiempo de cocción
del durazno es de 15 a 20 minutos, sin embargo el de la lechoza es de 45 minutos.
- Refinadora: Las frutas son llevadas a una refinadora que separa la semilla y la
concha permitiendo obtener solo la pulpa de la fruta. Una vez obtenida la pulpa se
pasa por tamices para obtener una mejor calidad de esta.
- Almacenado: La pulpa es almacenada en un tanque de almacenamiento en acero
inoxidable, de capacidad de 4000 lts.
-Control de Calidad: Esta operación permite evaluar el ph, color, olor, sabor, textura
y grados brigh, mediante un proceso manual en un laboratorio, con la finalidad de
estudiar si estas son aptas para salir al mercado.
Para mejor efectividad los operarios se colocan en diferentes equipos que se
encarguen, unos de cortar la fruta y otros de separar la pulpa o semilla. Estas masas
obtenidas se deben cubrir con tapas o materiales plásticos para prevenir
contaminaciones u oxidaciones del medio ambiente.
67
-Envasado: El envasado se realiza mediante un proceso de pasteurización, se
envuelve la pulpa caliente en bolsas de polietileno que luego son selladas y
posteriormente colocadas en embases de 180 Kg. Luego se deja reposar doce (12)
horas para luego refrigerarlo en cavas a temperaturas de 0°C a 8°C.
Figura 7: Proceso Industrial realizado en la Frutícola. Fuente: El Autor.
Elementos de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Para el diseño de la planta de tratamiento de aguas servidas se establecerán los
elementos de acuerdo con las necesidades básicas de la población. Tomando como
punto de partida el séptico que se encuentra operando en el sector se
predimensionará:
Tanque Imhoff
Para el dimensionamiento de tanque imhoff se tomarán en consideración los
criterios de la “Guía para el diseño de Tanque Sépticos, Tanques Imhoff y Lagunas
68
de Estabilización” Realizada en Colombia por Normas Panamericanas de
Instalaciones Sanitarias. El tanque Imhoff es un elemento de tratamiento primario, tal
como fue referido en el capítulo II apto para ser utilizado en poblaciones hasta 5000
habitantes, lo que lo hace ser seleccionado en esta planta de tratamiento.
Diseño del sedimentador
Caudal de diseño, m3/hora
- Área del Sedimentador (As, en m2)
As = área del sedimentador en m2
Qmasdía = caudal máximo diario.
Cs = Carga Superficial, igual a 6,75 m3/m
2xhora
- Volumen del Sedimentador, (Vs, en m3)
R: Periodo de retención hidráulica, entre 1,5 a 2,5 horas (recomendable 2 horas).
- Longitud Mínima del Vertedero de Salida (Lv, en m)
69
Qmax: Caudal máximo diario de diseño, en m3/día.
Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m3/m x día,
(recomendable 250).
Diseño del Digestor:
- Volumen de Almacenamiento y Digestión, (Vd, en m3)
Donde:
70 = litros de lodo por persona y por día (l/p x día)
Fcr = Factor de Capacidad Relativa.
P = Población.
Lechos de Secados de Lodos
En primer lugar se calculará la cantidad de lodos producidos en el sector:
- Población.
- Peso promedio de sólidos producidos por persona.
- El coeficiente de rendimiento por kilogramos de lodos (Y), es de 0,6 Kg,
entonces.
- Área del Lecho de Secado
A = Y x D x P x F x N x C
Donde:
70
Y = Peso del Lodo Producido por día.
D = Densidad del lodo.
P = Porcentaje de humedad en el lodo.
F = Factor de conversión para pasar a metros cúbicos en m3/Lts = 1/1000
N = Número de días secado de lodos = 30 días
C = Número de capas por metro cúbico en m2/m
3
Biopercolador
El biopercolador constituirá el tratamiento primario de la planta de tratamiento,
éste es seleccionado por poseer equipos fáciles de ubicar en el mercado y por su fácil
operación. Mientras no se desarrollen los parámetros de diseño apropiados para las
condiciones climáticas de Venezuela, en base a estudios a escala piloto y de
confiabilidad estadística, los filtros percoladores serán dimensionados en base a la
siguiente fórmula según las normas INOS:
√
Donde:
E1 = Eficiencia del filtro en %
W = Carga díaria de DBO5 remanente después del tratamiento primario en
Kg/DBO5/día.
A = área superficial del filtro m2
H = profundidad del filtro en m.
F = factor de recirculación
71
Donde:
R = gasto recirculado en m3/sg.
I = gasto del afluente del filtro m3/sg.
Primero se calculará W1 (Carga de DBO5):
(
)
Posteriormente se calcula el volumen:
Para determinar el diámetro se calcula el área mediante la siguiente fórmula y luego
se despeja el diámetro:
- Chequeo para la Carga Orgánica
La Carga Orgánica debe estar entre (0,08 – 0,4) Kg DBO5/m2 x día
OK
Sedimentador Secundario
Para el dimensionamiento del sedimentador secundario se tomará en consideración
72
que el tipo de afluente es de un Biopercolador. Para el cálculo del tiempo de retención
se utilizará la siguiente fórmula:
T = 30 + 1,25 (62,6L - 10,4)
Dónde:
L: carga orgánica del filtro en Kg DBO5/m3.d
- Volumen del Tanque Sedimentador:
Vs = Qmax x Tr
- Área Superficial del Sedimentador Secundario
La rata de desbordamiento (R.D.S) recomendada es de 55 m3/m
2xdía con la
finalidad de garantizar la remoción de partículas con baja velocidad de asentamiento.
- Dimensiones del Sedimentador:
Como está establecido en la norma, las dimensiones del sedimentador rectangular
corresponde a la relación 3:1 Largo/Ancho.
- Profundidad
- Despumador:
73
El sedimentador secundario tendrá una pantalla delante del vertedero de salida
para prevenir el escape de sólidos flotantes y un mecanismo recolector para la
extracción de los sólidos atrapados por la pantalla. La pantalla estará sumergida en el
agua 20 cm debajo de la cresta del vertedero.
- Barrelodos:
Los barrelodos en el tanque de sedimentación secundaria serán del tipo tubular con
boquillas de succión que asegure la remoción rápida de los lodos sedimentados a
intervalos no mayores de 15 minutos. Se proveerán además deflectores o paletas que
empujarán el lodo hacia los orificios de succión. Algunas especificaciones para el
Barrelodos:
a.- Ensambles: los mecanismos diseñados para la rápida remoción de los lodos
biológicos tendrán los componentes siguientes: brazos de tipo tubular con paletas y
boquillas de succión, montado sobre un múltiple cilíndrico de eje vertical, mecanismo
de accionamiento central por encima del agua, pozo de difusión del afluente, puente
de acceso, despumador y canal de espumas, sistema de alarma por sobrecarga y los
anclajes. Todos los engranajes deberán ser herméticos y el acero estructural debajo
del agua tendrá un espesor mínimo de 6,35 cm (1/4”).
El mecanismo central de propulsión sustentará y rotará a una jaula que transmitirá
el par motor al múltiple, a su vez el múltiple soportará a los brazos tubulares que
llevarán las boquillas de succión de paletas deflectoras.
b.- Accionamiento: el mecanismo de accionamiento consistirá en el motor, el
reductor, la mesa rotativa con engranaje perimetral, piñón, bases, sistema de
protección por sobrecarga y el sistema de transmisión de cadena. El motor será de
tipo para servicio a la intemperie, con caja terminal sellada y de potencia adecuada
para el servicio.
74
c.- Recolector de Lodo: En la parte inferior de la jaula rotativa se montará un
múltiple de acero al cual se conectarán los brazos fabricados en acero de 6,35 mm
(1/4”). Los brazos estarán en posición paralela con el piso del tanque. Cada brazo
tendrá una serie de orificios de entrada en forma tal que en cada revolución el brazo
limpie completamente el fondo del estanque. El extremo interior de los brazos verterá
el flujo de lodos a la cámara formada por el múltiple, el cual estará conectado a la
tubería de extracción. Los brazos estarán conectados al múltiple por medio de bridas.
La separación y la abertura de las boquillas será tal que provoquen una extracción
uniforme de los lodos en toda la extensión del tanque.
Cámara de Desinfección
El tiempo de retención que se utilizará en la cámara de contacto será de 15
minutos y en primer lugar se calcula el volumen de agua que circulará por la cámara:
- Volumen
- Dimensiones de la Cámara de Contacto
- Profundidad Útil = 1,00 m debido a que esto permite comodidad para su
mantenimiento.
- Ancho Útil
- Largo Útil
75
- Largo por Canal
- Largo Total
- Requerimientos de Cloro
El agua residual tratada, requiere una dosis de 10 mg/l de cloro para alcanzar a
caudal medio un residual de al menos 1 mg/l.
- Requerimientos de Tabletas de Hipoclorito
Se utilizará Hipoclorito de Calcio al 70%
- Cantidad de Tabletas a Dosificar Diario (CTDD) Cada tableta contiene
250g.
76
El proceso llevado a cabo por cada elemento seleccionado para esta primera etapa
de la planta de tratamiento comprende un tratamiento primario, en la figura 8, se
señala la posición y el orden esquematizado de la planta.
Figura 8: Representación de la Planta de Tratamiento. Fuente: El autor.
En primer lugar el agua pasará al tanque imhoff que realizará un proceso de
sedimentación primaria para luego pasar al biopercolador que no es más que un
proceso biológico que atrapa en el medio filtrante materia orgánica, una vez tratada el
agua por el biopercolador pasa a un proceso de sedimentación secundaria para luego
pasar a la cámara de contacto. Como se aprecia en la figura los sólidos del
sedimentador descargarán a los lechos de secado para su posterior caracterización.
Una vez finalizado el proceso, el agua está lista para ser potabilizada.
Potabilización
Para el proceso de potabilización se tomaron en cuenta dos alternativas, la primera
77
tratar el agua por ósmosis inversa y la segunda alternativa consiste en aplicar ozono
para potabilizarla. El tratamiento escogido por mayor para la potabilización fue el
ozono con la finalidad de aminorar costos y gasto en mantenimiento. La ósmosis
inversa requiere de un riguroso mantenimiento debido al rápido desgaste de la
membrana interna que este posee para poder realizar el proceso lo que aumenta su
costo.
Diseño de la Planta
1.- Tanque Imhoff
Diseño del Sedimentador:
- Caudal de Diseño, m3/hora
- Área del Sedimentador (As, en m2)
As = área del sedimentador en m2
Qmasdía = caudal máximo diario.
Cs = Carga Superficial, igual a 6,75 m3/m
2xhora
a: 2,50 m
l: 4,00 m + 0,20 x 4 (de los tabiques) = 4,80 m
p: 1,50 m
78
La norma establece una profundidad mínima de 1,50 m. en la zona de sedimentación.
- Volumen del Sedimentador, (Vs, en m3)
R: Periodo de retención hidráulica, entre 1,5 a 2,5 horas (recomendable 2 horas).
Vs = 65,02 m3/hora x 2 horas = 130,04 m3
- El fondo de la zona de sedimentación, en la sección transversal tendrá una
tolva en forma de V y la pendiente de los lados respecto a la horizontal tendrá
60°.
- En el fondo de la tolva se deja una abertura para paso de los sólidos
removidos hacia el digestor, esta abertura será de 0,15 a 0,20 m. (Ver figura 9
p.73).
- Uno de los lados deberá prolongarse, de 15 a 20 cm, de modo que impida el
paso de gases y sólidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador,
situación que reducirá la capacidad de remoción de sólidos en suspensión de
esta unidad de tratamiento.
- Área Tranversal del Sedimentador:
AT = 1, 50 m x 2,50 m = 3,75 m
AT (de la tolva) = 2,50 m x 2,17 m = 5,43 m2
79
Vs´ = 5,43 m2 x 4 m = 21,72 m
3
Comparando el volumen anterior con Vs´
Vs´´ = Vs – Vs´ = 130,04 m3 – 21,71 m
3 = 108,33 m
3
- -El área de Ventilación será de 0,75 m de ancho
- -La relación largo ancho será de 3:1, para el área superficial será de 2,50 m de
ancho por 7,50 m de largo.
a: 2,50 m
l: 7,50 m
p’’: 3,67 m
En la figura 9 se muestra el área transversal de la cámara de sedimentación, dónde
se aprecia la pendiente que debe llevar las paredes inferiores y la separación mínima
que permitirá que los lodos pasen a la cámara de digestión.
80
Figura 9: Cámara de Sedimentación. Tomado de “Guías para el diseño de Tanque Sépticos, Tanques
Imhoff y Lagunas de Estabilización” (p. 15).
- Longitud Mínima del Vertedero de Salida (Lv, en m)
Qmax: Caudal máximo diario de diseño, en m3/día.
Chv: Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m3/m x día,
(recomendable 250).
Diseño del Digestor:
- Volumen de Almacenamiento y Digestión, (Vd, en m3)
Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de Lodos (Cámara inferior)
se tendrá en cuenta el siguiente cuadro:
Cuadro 9: Factor de capacidad relativa
Temperatura °C Factor de Capacidad Relativa (fcr)
81
5 2,0
10 1,4
15 1,0
20 0,7
˃25 0,5 Tomado de “Guías para el diseño de Tanque Sépticos, Tanques Imhoff y Lagunas de Estabilización”
(p. 16)
Donde:
70 = litros de lodo por persona y por día (l/p x día)
Fcr = Factor de Capacidad Relativa.
P = Población.
Vd = 70 x 1301 Hab x o,5 = 45,54 m3
1000
p”= 45,54 = 1,38 m
4,40 x 7,50
- Dimensiones del Digestor:
Tomando en cuenta al ancho de la zona de aireación y el espesor de la estructura, se
tiene
a’ = 4,80 m (tomando en cuenta los tabiques)
l’ = 7,50 m
b = 0,75 m (Área de Ventilación)
c = 1,50 m (Profundidad del Sedimentador)
d = 2,17 m (Profundidad de la Tolva)
e = 0,50 m (Zona libre)
f = 1,38 m
g = 1,10 m
82
Profundidad = 6,65 m
Figura 10: Digestor de Lodo. Fuente: El Autor.
En la figura 10 se muestra el área transversal del tanque Imhoff y se señala los
parámetros constructivos de la misma, tales como:
- El fondo de la cámara de digestión tendrá la forma de un tronco de pirámide
invertida (tolva de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos.
- Las paredes laterales de esta tolva tendrán una inclinación de 15° a 30° con
respecto a la horizontal.
- La interface lodo líquido deberá estar 0,50 m por debajo del fondo del
sedimentador.
- Tiempo Requerido para Digestión de Lodos
El tiempo requerido para la digestión de lodos varía con la temperatura, para esto
se empleará el cuadro 10:
Cuadro 10: Tiempo de digestión en días según la temperatura.
Temperatura °C Tiempo de Digestión en Días
5 110
83
10 76
15 55
20 40
˃25 30 Tomado de “Guías para el diseño de Tanque Sépticos, Tanques Imhoff y Lagunas de Estabilización”
(p. 17)
La temperatura promedio en Aragua de Maturín supera los 25 °C, por lo tanto el
tiempo de retención a usarse es de 30 días para retirar los lodos de la cámara de
digestión.
- Frecuencia del Retiro de Lodos
Los lodos digeridos deberán retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia
de retiros de lodos se usarán los valores consignados en el cuadro 10.
La frecuencia de remoción de lodos deberá calcularse en base a estos tiempo
referenciales, considerando que existirá una mezcla de lodos frescos y lodos
digeridos; estos últimos ubicados al fondo del digestor. De este modo el intervalo de
tiempo entre extracciones de lodos sucesivas deberá ser por lo menos el tiempo de
digestión a excepción de la primera extracción en la que se deberá esperar el doble de
tiempo de digestión.
Extracción de Lodos:
El diámetro mínimo de la tubería para la remoción de lodos será de 200 mm y
deberá estar ubicado 15 cm por encima del fondo del tanque. Para la remoción se
requerirá de una carga hidráulica mínima de 1,80 m. Los lodos removidos se
descargaran a lechos de secado.
Área de Ventilación y Cámara de Natas:
Para el diseño de la superficie libre entre las paredes del digestor y el
sedimentador (zona de espuma o natas) se tendrán en cuenta los siguientes criterios:
84
- El espaciamiento libre hasta el nivel del lodo será de 0,60 m como mínimo.
- La superficie libre total será por lo menos 20% de la superficie total del
tanque, es decir, serán de 1m2 para cada lado.
- El borde libre será como mínimo de 0,30 cm.
- El ancho de la abertura será de 0,60 m.
Lechos de Secados de Lodos
En primer lugar se calculará la cantidad de lodos producidos en el sector:
- Población: 1301 hab
- Peso promedio de sólidos producidos por persona: 0,4 Kg
El coeficiente de rendimiento por kilogramos de lodos (Y), es de 0,6 Kg, entonces:
- Área del Lecho de Secado
Donde:
Y = Peso del Lodo Producido por día: 150 Kg
D = Densidad del lodo: 1,5 kg/l
P = Porcentaje de humedad en el lodo: 1.8
F = Factor de conversión para pasar a metros cúbicos en m3/Lts = 1/1000
N = Número de días secado de lodos = 30 días
C = Número de capas por metro cúbico en m2/m3 = 8
85
A = 150 Kg x 1,5 l/Kg x 1,8x(1/1000)m3 x 30 dìas x 8 m2/m3 = 97,20 m2
- Dimensiones del Lecho de Secado
El lecho de secado tendrá un área de 97,20 m2, distribuidos de la siguiente manera:
- Ancho: 6 m
- Largo: 16,20 m
- Profundidad del lecho = 1 m.
- El lecho está dividido en tres capas de 30 cm cada una (arena, grava y piedra) y
terminación en forma cónica que favorece la recolección mediante una tubería
perforada de 6”.
Figura 11: Lecho de Secado. Tomado de “Guías para el diseño de Tanque Sépticos, Tanques Imhoff y
Lagunas de Estabilización” (p. 20)
- Medio de Drenaje
El medio de drenaje es generalmente de 0,30 de espesor y debe tener los siguientes
componentes:
- El medio de soporte recomendado está constituido por una capa de 15 cm.
Formada por ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una separación
de 2 a 3 cm. llena de arena.
86
- La arena es el medio filtrante y debe tener un tamaño efectivo de 0,3 a 1,3
mm., y un coeficiente de uniformidad entre 2 y 5.
- Debajo de la arena se deberá colocar un estrato de grava graduada entre 1,6 y
51 mm (1/6” y 2”) de 0,20 m de espesor.
- Características de Construcción:
- Se utilizará concreto tipo 2 para las paredes del tanque.
- El espesor de las paredes serán de 20 cm.
- Se recomienda la construcción de 3 tanques con las mismas características,
con la finalidad de que se permita el mantenimiento o reparación de alguno
sin que se paralice la actividad.
- Se usará concreto hidrófugo y pintura epóxica.
2.- Biopercolador
Dimensionamiento de un Biopercolador Convencional de Dos Etapas de 2,5
metros de profundidad:
Q = 6,02 l/sg x 86400 sg = 520,13 m3/d
- Área del Biopercolador
CH = Según INOS está entre (1 – 4) , Se trabajará en este caso con el
promedio de ambas: 2,5 .
87
- Factor de Recirculación.
R = Gasto de Recirculación. Se utilizará un factor de R = 1,5 m3/sg.
I = Gasto afluente del filtro = 0,006
Primero se calculará W1 (Carga de DBO5):
(
)
- Cálculo de las Eficiencias (E1): (El efluente 1)
√
√
H = Profundidad del Filtro.
F = Factor de Recirculación.
- Volumen
- Diámetro
88
- Chequeo para la Carga Orgánica
La Carga Orgánica debe estar entre (0,08 – 0,4) Kg DBO5/m2 x día
OK
El Biopercolador contará con un medio filtrante compuesto por 8 capas de grava y
piedra picada de 20 cm de espesor.
Los Biopercoladores serán del mismo tamaño debido a que es más económico y
más fácil para métodos constructivos.
3.- Sedimentador Secundario
Para el dimensionamiento del sedimentador secundario se tomará en consideración
que el tipo de afluente es de un Biopercolador. Para el cálculo del tiempo de retención
se utilizará la siguiente fórmula:
La carga Orgánica
T = 30 + 1,25 (62,6L - 10,4)
T = 30 + 1,25 ((62,6 x 0,174) – 10,4) = 30,69 min ≈ 0,51 horas
Dónde:
L: carga orgánica del filtro en Kg DBO5/m3.d
- Volumen del Tanque Sedimentador:
89
Vs = Qmax x Tr
Vs = 65,02 m3/hr x 0,51 hr = 33,16 m
3
- Área Superficial del Sedimentador Secundario
La rata de desbordamiento (R.D.S) recomendada es de 55 m3/m
2xdía con la
finalidad de garantizar la remoción de partículas con baja velocidad de asentamiento.
- Dimensiones del Sedimentador:
Como está establecido en la norma, las dimensiones del sedimentador corresponde
a la relación 3:1 Largo/Ancho, donde:
Ancho = 3,60 m
Largo = 10,85 m
Largo/Ancho = 3,01
- Profundidad
La profundidad del tanque no será inferior a 2 m y se dejará un borde libre de 50
cm.
90
4.- Cámara de Desinfección:
Para llevar a cabo el proceso de desinfección se diseñara una cámara de contacto
de cloro para un tiempo de contacto (Tc) de 15 minutos a caudal máximo.
Qmax = 6,02 l/sg ≈ 0,3612 m3/min ≈ 520,128 m
3/día
- Volumen
- Dimensiones de la Cámara de Contacto
- Profundidad Útil = 1,00 m
- Ancho Útil = 0,65 m
- Largo Útil
- Número de Canales = 6
- Largo por Canal
- Largo Total
91
- Requerimientos de Cloro
El agua residual tratada, requiere una dosis de 10 mg/l de cloro para alcanzar a
caudal medio un residual de al menos 1 mg/l.
- Requerimientos de Tabletas de Hipoclorito
Se utilizará Hipoclorito de Calcio al 70%
- Cantidad de Tabletas a Dosificar Diario (CTDD) Cada tableta contiene
250g.
5. Dimensionamiento de Pozos Húmedos para Estaciones de Bombeo
El pozo húmedo tendrá un tiempo de residencia de 30 minutos a caudal máximo y
5 minutos mínimo a caudal medio.
Qmed = 6,02 l/sg ≈ 361,20 l/min ≈ 0,36 m3/min
Qmax = 18,06 l/sg ≈ 1083, 6 l/min ≈ 1,08 m3/min
Se instalaran dos bombas de 6,02 LPS valor que viene a ser el caudal medio del
bombeo.
92
- Volumen máximo del pozo húmedo a caudal máximo:
Tr = 30 min
Vmax = Qmax x Tr
Vmax = 1,08 m3/min x 30 min = 32,51 m
3
- Volumen mínimo del pozo húmedo a caudal medio:
Tr = 5 min.
Vmínimo = Qmed x Tr
Vmínimo = 0,36 m3/min x 5 min = 1,80 m
3
La estación de bombeo será de dos pozos húmedos, de planta rectangular donde la
cámara de aquietamiento será central, rectangular y separa los pozos húmedos. La
profundidad mínima del agua será mayor o igual a 0,60 m.
En un primer dimensionamiento se supondrá el volumen total requerido como el
de los dos pozos húmedos y las cámaras de aquietamiento se ubicarán antes de la
cámara de bombeo para estabilizar el flujo que succionarán las bombas. Por razones
prácticas se supondrá el volumen requerido por arriba de 0,60 m necesitados para la
refrigeración de la bomba.
A la cámara de aquietamiento llega el agua servida por medio de un tubo desde la
tanquilla de entrada de la estación de bombeo. El ancho y el largo de la cámara de
bombeo de cada bomba no serán menores a 0,60 m por razones de mantenimiento.
- Dimensiones Tentativas de la Estación de Bombeo
Vt = Volumen total requerido
Vt = 32,51 m3
Se fijará la profundidad del agua por seguridad en:
93
P = 1,38 m
A esta profundidad se le descontarán los 0,60 mínimos requeridos para la
refrigeración de las bombas.
P útil = 0,78 m
At = área transversal de la estación m2
At = a2
a = 6,46 ≈ 6,50
Se construirá una estación de 6,50 m de lado.
- Orificios de Paso Entre la Cámara de Aquietamiento y la Cámara de Bombas
Cada orificio deberá dejar pasar el caudal de bombeo a la menor velocidad de
arrastre.
Velocidad de arrastre = 0,60 m/sg
Se construirá un orificio cuadrado:
√ √
94
Se construirá un orificio de 0,10 m de lado por bomba.
Potabilización de Agua
Para la etapa de potabilización de agua se seleccionó el tratamiento por Ozono,
debido a que es el sistema más utilizado debido a su mayor durabilidad y el poco
espacio que ocupa relacionándolo con el de Ósmosis Inversa ya que las membranas
que posee éste último se deterioran constantemente.
La técnica se basa, fundamentalmente, en lograr un tiempo de contacto adecuado
del agua, con la cantidad adecuada de ozono. Concentraciones de entre 0.5 y 0.8 mg/l
de ozono durante unos tres o cuatro minutos son suficientes para conseguir una
calidad de agua excepcional y desinfectada. Tras el tratamiento, el ozono se
descompone en oxígeno tras varios minutos no dejando ningún tipo de residual, pero
por consiguiente, tampoco existirá ningún residual desinfectante que pudiera prevenir
el crecimiento bacteriológico.
En los casos en los que sea necesario asegurar que el agua de consumo ha sido
recién tratada con ozono, el sistema de ozonización se realizará en un depósito con un
caudal de recirculación, en donde mediante un inyector vénturi se añadirá la
producción de ozono adecuada, esta cantidad de ozono y por tanto, la concentración
de ozono residual en el depósito depende, en primer lugar, de las características de
producción del equipo, y en segundo lugar, del tiempo de funcionamiento y parada
del mismo. Es decir, mediante el temporizador, es posible aumentar y disminuir el
tiempo de producción y de parada consiguiendo en estado estacionario una mayor o
menor concentración de ozono. Para sistemas más complejos de regulación y control
puede instalarse una sonda de medición de ozono residual en el agua que actúe
directamente sobre la producción del equipo para alcanzar el valor de consigna
preestablecido como el ideal de concentración de ozono en el agua.
Las ventajas del tratamiento de agua con Ozono son:
- Desinfección bacterial e inactivación viral.
95
- Oxidación de inorgánicos como hierro, manganeso, metales pesados ligados
orgánicamente, cianuros, sulfures y nitratos.
- Oxidación de orgánicos como detergentes, pesticidas, herbicidas, fenoles,
sabor y olor causados por impurezas.
- Desinfección e inactivación viral.
- Oxidación de Inorgánicos.
- Oxidación de Orgánicos.
- Eliminación de Turbidez.
- Eliminación de olores, colores y sabores.
El equipo a utilizar recomendado: Ozonizador Industrial – NEO 25+25:
Es un sistema de ozonización elaborado para la adecuada filtración y
purificación de grandes caudales de agua. Provee agua de la mejor calidad en todos
los grifos de industrias, edificios, colegios, hoteles, hospitales, etc. Dimensiones: de
600x400x230 mm. Consume 497 W. Capacidad: 500 litros por hora. Usos: Industrial
y doméstico.
96
Figura 12: Generador de Ozono tipo NEO 25+25
Previo al generador de Ozono se utilizará un filtro a presión para evitar que el
generador se tape con partículas suspendidas.
- Filtro a Presión:
Dentro de los filtros que se utilizan lecho de material filtrante se encuentras los
llamados filtros a presión, en los cuales se pueden operar a altas velocidad debido a la
utilización de diversos estratos de material filtrante de diferentes granulometrías o
tamaños. El principio de estos filtros radica en las capas inferiores, de partículas más
gruesas, sirven de soporte a las capas superiores cuyas partículas son más finas. Una
vez más la calidad del filtrado va a depender de material más fina, que es la que se
ubicaría en la parte superior del filtro.
La razón de colocar estratos de diferentes granulometrías a lo largo del filtro, no es
otra si no la de impedir que las partículas más finas, que al fin y al cabo son las que
determinan la calidad del filtrado, atraviesan el lecho filtrante y pueden llegar al
fondo del filtro; de allí sería muy fácil que pasaran por entre el sistema de
distribución, transponiendo el filtro y ocasionando, además de la perdida de material
filtrante, posibles daños a sistemas de bombeo y otros por la presencia de dicho
material.
97
CONCLUSIONES
Una vez realizado el proceso de investigación y cálculo para desarrollar el diseño
de una planta de tratamiento de aguas servidas para ser utilizadas en la planta
frutícola de Aragua de Maturín, Municipio Piar, Estado Monagas, se concluyó lo
siguiente:
- El área de terreno a utilizarse para la construcción de la planta de tratamiento
es de una (1) hectárea y su ubicación con respecto a la frutícola es de 500
metros de distancia y 19 metros en cuanto a la diferencia de altura, lo que
permite mayor comodidad para su construcción y funcionamiento.
- El caudal de agua que necesita la Frutícola es de 37.860 LPD y el caudal
potencial de producción de la planta de tratamiento es de 520.400 LPD lo que
indica que puede ser cubierta la demanda de agua por parte de la Frutícola.
- La planta de tratamiento de aguas servidas estará compuesta por un tanque
imhoff, un biopercolador, un sedimentador secundario y una cámara de
desinfección. La potabilización del agua se hará por un tratamiento de ozono.
Estos elementos fueron seleccionados ya que en conjunto cumple con el
tratamiento requerido para que un agua servida, luego de tratada pueda ser
reutilizada para riego lavado de frutas y equipos.
- Todos los cálculos de la planta de tratamiento para aguas servidas se basaron
bajo los parámetros de las normas INOS.
98
RECOMENDACIONES
Para el buen funcionamiento de la Planta de Tratamiento diseñada, se recomienda:
- Capacitar personal para la operación y el mantenimiento de la planta.
- Evaluar el afluente periódicamente, con la finalidad de llevar un control de la
calidad del agua a ser tratada por la planta de potabilización y el buen
funcionamiento de esta.
- Realizar la ingeniería de detalle para concluir el proyecto de las plantas de
aguas servidas y de potabilización.
- La planta posee dos estaciones de bombeo que deberán ser seleccionadas en la
ingeniería de detalle del proyecto.
- Realizar un estudio de suelos en el área de ubicación de la planta de
tratamiento de aguas servidas.
99
REFERENCIAS
Arias, F. (1999). El Proyecto de la Investigación. (3ra edición). Caracas,
Venezuela: Editorial Episteme.
Arocha R., S. (1983). “Abastecimiento de Aguas, Teorías y Diseño”. Edición Vega,
Primera Edición.
Crites, Ron y George Tchobanaglous (2000), “Tratamiento de Aguas Residuales en
Pequeñas Poblaciones” Editorial Mac Graw Hill, Colombia.
Hurtado, J. (2000). Metodología de la Investigación Holistica. (2da edición).
Caracas, Venezuela: Fundación Sypal.
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”. (2006). Manual de Trabajo
de Grado. Caracas.
Metcalf and Hedí (1995), Ingeniería de Aguas Residuales. Tratamiento, Vertido y
Reutilización”, Mc Graw-Hill; Madrid, Tercera Edición.
Normas Sanitarias para Proyecto, Construcción, Reparación, Reforma y
Mantenimiento de Edificaciones. (1988).Gaceta Oficial de la República de
Venezuela, 4044,
Palacios Ruíz A., (2008). Acueductos, Cloacas Y Drenajes, “Criterios Para El
Diseño Hidráulico de Instalaciones Sanitarias en Desarrollos Urbanos
Universidad Católica Andrés Bello, Segunda Edición.
Pérez E. Mary C. (2007), Sistema Sanitario Para La Recolección de Aguas Servidas
con Disposición Final en el Sector El Zorro de la Parroquia de Boquerón,
Municipio Maturín, Estado Monagas. Trabajo especial de grado, presentado en
el Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”, para optar al título de
Ingeniero Civil.
Polo, Mario E. (2006), Propuesta de Diseño de un Modelo de Estación de Bombeo
para Aguas Negras en Suelos de Alto Nivel Freático, Ubicado en Uracoa,
Municipio Uracoa, Estado Monagas. Trabajo especial de grado, presentado en
el Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”, para optar al título de
100
Ingeniero Civil.
Subero, Yonaidis (2007), Diseño de un Sistema de Tratamiento de Aguas Servidas en
el Sector del Casco Central de la Ciudad de Tucupita, Municipio Tucupita,
Estado Delta Amacuro. Trabajo especial de grado, presentado en el Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”, para optar al título de Ingeniero Civil.
101
ANEXOS
102
ANEXO A
Plano de la Red de Cloacas del Sector la Bomba de Aragua de Maturín,
Municipio Piar, Estado Monagas.
103
ANEXO B
Plano Topográfico del Sitio Dispuesto para la Ubicación de la Planta de
Tratamiento de Aguas Servidas.
104
ANEXO C
Planos de los Elementos de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas.
105
ANEXO D
Plano de Implantación.
![Tesis Definitiva 2[2]](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/5571f85549795991698d301b/tesis-definitiva-22.jpg)
