La depuración de aguas residua=
les.
Estudios de soluciones para el municipio de Ambato. Ecuado=
r.
Santiago
Andrés Ortiz Montero. [1], Galo Wilfrido Núnez
Aldás. [2] , Alex Gustavo López Arboleda. [3] &
Alex Xavier Frías Torres. [4]
<=
/o:p>
Recibido: 19-05-2021 / Revisado: 30-05-2021 /Aceptado: 23-06-2021/
Publicado: 05-07-2021
<=
span
style=3D'font-size:12.0pt;line-height:107%;font-family:"Times New Roman",se=
rif;
mso-ansi-language:ES'>Abstract=
=
Introduction. The qua=
lity
of wastewater treatment is essentially important for the protection of the
environment and the survival of life on the planet. In the city of Ambato.
Ecuador does not have an adequate strategy and technology that meets the
parameters established by the regulatory entity for these purposes. Obje=
ctive
Provide a proposal for a solution containing the design of a station for
the purification and improvement of the quality of wastewater in the city of
Ambato. Methodology. The methodology was descriptive, prospective
diagnosis, accompanied by theoretical and empirical methods. Results. 1.
The design of a station for the purification of wastewater in the city of
Ambato is provided. Ecuador; Its characteristics allow to guarantee its
reliability and usefulness in solving the problem under study. 2. The
wastewater treatment processes differ in each case, given their differences=
in
origin-effluents, agricultural drains, municipal or industrial discharge,
implying a correct selection of the technology to be used. 3. It should be
planned to incorporate sludge treatment into wastewater treatment, making up
the comprehensive set of water and sludge treatment. 4. The effectiveness of
the Biodisco alternative is evident, constituti=
ng the
solution with the best performance in terms of technologies and benefits. <=
b>Conclusions.
The selection of the technology to be used in wastewater treatment plants m=
ust
be coupled with environmental, economic and long-term sustainability concep=
ts,
as an essential component for compliance with the parameters established by=
the
regulatory entity for the protection of the environment. environment and
quality of life on the planet. 2. Among the most effective solutions with t=
he
best performance, the Biodiscos solution altern=
ative
should be evaluated, due to its high degree of technological effectiveness =
and
its contribution to the practical solution.
Keywords:
wastewater, purification, wastewater treatment process.
Resumen
Introducción. =
La
calidad en la depuración de las aguas residuales, es esencialmente importan=
te
para la protección del medio ambiente y la supervivencia de la vida en el
planeta. En la ciudad de Ambato. Ecuador, no se cuenta con una estrategia y
tecnología adecuada que cumpla con los parámetros establecidas por la entid=
ad
reguladora para estos fines. Objet=
ivo.
Aportar una propuesta de solución contentiva del diseńo de una estación par=
a la
depuración y mejoramiento de la calidad de las aguas residuales en la ciuda=
d de
Ambato. Metodología. La metodo=
logía
fue descriptiva, diagnóstica de corte prospectivo, acompańada de métodos
teóricos y empíricos. Resultados.<=
/b> 1.
Se aporta el diseńo de una estación para la depuración de las aguas residua=
les
en la ciudad de Ambato. Ecuador; sus características permiten avalar su
confiabilidad y utilidad en la solución del problema objeto de estudio.2. L=
os procesos=
de
tratamiento de las aguas residuales, difieren en cada caso, dado sus
diferencias de origen-efluentes, de drenes agrícolas, descarga municipales o
industriales, implicando una correcta selección de la tecnología a emplear.=
3. Se
debe prever incorporar al tratamiento de aguas residuales, la depura=
ción
del lodo, conformando el conjunto integral de tratamiento de agua y
lodo.4. Resulta evidente la efecti=
vidad
de la alternativa de Biodisco, constituyendo la
solución con mejor rendimiento en cuanto a tecnologías y beneficios. Conclusiones. La selección de la
tecnología a utilizarse en las plantas depuradoras de aguas residuales, debe
estar acoplada con las concepciones ambientales, económicas y de sostenibil=
idad
a largo plazo, como componente esencial para el cumplimiento de los parámet=
ros
establecidos por la entidad reguladora para la protección del medio ambient=
e y
la calidad vida en el planeta. 2. Dentro de las soluciones más efectivas y =
con
mejor rendimiento se debe evaluar la alternativa de solución de Biodiscos, debido a su alto grado de efectividad
tecnológica y su contribución a la solución práctica.
Palabras
claves: aguas residuales, depuración, proceso=
de
tratamientos de aguas residuales.
Introducción
La contaminación del agua plantea amenazas para la
salud y la calidad de vida. La falta de agua de buena calidad perjudica tan=
to
al medio ambiente como al medio acuático y por consiguiente la calidad de v=
ida
en el planeta. Se coincide con autores precedentes que, si no se logra un
adecuado tratamiento de las aguas contaminadas, la descomposición de la mat=
eria
orgánica y compuestos amoniacales del agua residual, originaria el consumo =
de
oxígeno disuelto en el agua, por lo cual se produciría malos olores, habría=
un elevado
número de patógenos e incluso aumentaría la eutrofización de las aguas caus=
ado
por los altos contenidos de fosforo y nitrógeno.
Según plantean Raschid & =
Jayakody
(2008), las aguas residuales constituyen una combinación de efluentes
domésticos, conformadas por aguas negras- constituidas de excremento, orina=
y
lodos fecales; aguas grises, que incluyen aguas servidas de lavado y bańos;
agua de locales comerciales e instituciones, incluidos hospitales; efluentes
industriales, aguas pluviales y otras escorrentías urbanas; y escorrentías
agrícola, hortícola y acuícola.
Las consecuencias al medio ambiente que se genera =
por
la falta de tratamiento de aguas residuales, han sido expuestas por diversos
autores; al respecto Vázquez, (201=
7), explica que
la Toxicidad: afecta directamente a la flora y la fauna de los cuerp=
os
de agua que recepcionan el agua contaminada y a=
la
persona que la manipule, mientras que las Infecciones: se refieren a los
diferentes organismos patógenos que son transmitidos mediante el agua, que
afectan a los organismos vivientes con los que entran en contactos, a la
Contaminación Térmica de las reservas de agua: Los residuos líquidos
industriales tienden a aumentar la temperatura de las mismas, Malos Olores:=
las
bacterias y elementos que contienen las aguas residuales producen gases deb=
ido
a su proceso de descomposición.
Refiriéndonos al Informe Mundial de las Naciones
Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos (2017), los países
desarrollados tratan en alrededor del 70% las aguas residuales municipales e
industriales que generan, los países en vías de desarrollo lo hacen en un 2=
8%, mientras
que en los países subdesarrollados solo el 8% reciben algún tratamiento.
En Ecuador, al igual que en otros países de
Latinoamérica, los recursos hídricos como ríos, quebradas, mares entre otro=
s reciben
todo tipo de aguas residuales. Al respecto el Reporte de Estadística de
Información Ambiental Económica de Agua y Alcantarillado, elaborado por el
Instituto Nacional de Estadística y Censos (INEC) de Ecuador en el ańo 2015,
reflejó que, en el sector urbano del país, el 38,14% no realizan tratamient=
o de
sus aguas residuales.
Esto ha provocado que actualmente el 70% de los rí=
os ecuatorianos
estén en condiciones críticas de contaminación, especialmente los ríos que
están ubicados en las principales ciudades del país. Frente a esto algunas
ciudades como Quito y Guayaquil han implementado programas para la
descontaminación de ríos.
Sin embargo, en otras ciudades medianas aún no se
aplica un mejoramiento oportuno y adecuado para el tratamiento de las aguas
residuales como es el caso de la ciudad de Ambato, siendo esta precisamente=
la
ciudad objeto de estudio.
Considerando
la situación problémica existente en la ciudad de Ambato. Ecuador; dada
precisamente entre otros aspectos por el no cumplimiento del Decreto Ejecut=
ivo
3516 del 2003, Texto Unificado Legislación Secundaria del Ministerio del
Ambiente, conocido como Libro IV (TULAS), en cuanto a los límites estableci=
dos
para la depuración de las aguas residuales y la necesidad de buscar solucio=
nes
que tributen a mejorar la calidad de estas, el presente artículo centra su
objetivo en: Aportar una propuesta de solución contentiva del diseńo de una
estación para la depuración, tratamiento y mejoramiento de la calidad de las
aguas residuales en la ciudad de Ambato. Ecuador. Para ello se parte de dat=
os
proporcionados por la entidad encargada de las depuradoras, la Empresa
Municipal de Agua Potable (EMAPA), de la ciudad de Ambato. Ecuador.
Un acercamient=
o a
las generalidades del proceso de depuración de las aguas residuales, la
selección de la tecnología y su marco legal en el contexto internacional y
nacional.
La depuración, tratamiento y mejoramiento de la
calidad de las aguas residuales tanto a nivel internacional como nacional o=
cupa
un tema esencialmente importante en la actualidad; máxime si tenemos presen=
te su
valor e importancia no solo para la protección del medio ambiente, sino tam=
bién
para la supervivencia de las distintas especies en la tierra, incluyendo la
vida humana.
En el caso de Ecuador el tratamiento de las aguas
residuales está regulado por el Decreto Ejecutivo 3516 del 2003, Texto
Unificado Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente, Libro IV (TUL=
AS),
con última vigencia y actualización en el 2015. En su Artículo 216: referen=
te
al tratamiento de aguas residuales rurales y urbanas, indicando que el mismo
tiene como objeto la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental, en=
lo
relativo al recurso agua determinando los límites permisibles, disposicione=
s y
prohibiciones para las descargas en cuerpos de aguas o sistemas de alcantar=
illado.
De acuerdo con Noyola, Mo=
rgan,
Guereca (2013), la principal finalidad del tratamiento del agua residua=
l es
remover el material contaminante del agua, orgánico e inorgánico, que puede
estar conformado en forma de partículas en suspensión y/o disueltas, de man=
era
se pueda lograr un agua con la calidad requerida por la normativa de descar=
ga
vigente o que cumpla con el tipo de reutilización a la que se destinará.
En
esta dirección Rodríguez, García, & Pardo (2015), exponen que las: Esta=
ciones
Depuradoras de Aguas Residuales Municipales (EDAR), son utilizadas en la
remoción de contaminantes presentes en el agua residual cruda, y responden a
una elevada variabilidad temporal del flujo o caudal de entrada, así como a=
la
variabilidad de las concentraciones o componentes propios de estas aguas
residuales. Al respecto, autores como Hong, (2003) & Bdour,
(2009), han seńalado que para lograrlo se requiere de una interacción en los
mecanismos biológicos, físicos y químicos entre los procesos unitarios, los
fenómenos hidrodinámicos y la adaptabilidad.
Es
debido a lo anterior que, para el dimensionamiento y diseńo de las EDAR,
En
este sentido, Metcalf & Eddy, (2003); APHA, (2009), Hernández, (1996); =
Crites, (2000), Villaseńor, (2001) y Hammer, (2012);
han indicado que la composición típica de las aguas residuales crudas es un=
a de
las variables principales a tener en cuenta para la selección de una EDAR, =
ya
que sean estas concentraciones fuertes, medias, débiles o ligeras, depender=
á el
grado de tratamiento, la tecnología a utilizar y la eficiencia o rendimiento
que se desea para cumplir con las normas aprobadas. No obstante, también hay
que considerar los aportes de Schoenberger, (20=
09),
al seńalar que la mejor tecnología a utilizarse en
plantas depuradoras de aguas residuales, debe estar acoplada con las
concepciones ambientales, económicas y de sostenibilidad a largo plazo.
Lo
cierto es que, la selección de la tecnología más conveniente para una estac=
ión
depuradora de aguas residuales municipal, sigue siendo un tema de debate po=
r lo
que distintos autores entre los que destaca Chung (2013), han definido que =
en
su selección se hace necesario tener en cuenta varios aspectos de evaluació=
n,
tales como: la caracterización del agua residual cruda o influente, la
tecnología apropiada al ambiente local, el cumplimiento de la normativa
vigente, la evaluación de factores ambientales externos a la planta, la
evaluación de la viabilidad económica y la evaluación de factores tecnológi=
cos
de operación y mantenimiento.
Por
su parte Rodríguez, García, & Pardo (2015), han puntualizado que, de ma=
nera
concreta, para ubicar una planta de tratamiento debe cumplirse con elementos
espaciales para la óptima selección del sitio, debido a la racionalización =
que
ello se deriva, referente a la ubicación de recursos naturales, el empleo de
energía y la minimización de los posibles efectos ambientales, como son los
olores, ruidos, espumas, en el área de estudio o de intervención.
En
esta misma dirección Benujah, (2013), explica q=
ue las
aguas residuales se generan partiendo de actividades de tipo doméstico,
industrial, comercial, institucional, agrícola y municipal, por lo que la
disposición de estas aguas residuales en cuerpos de aguas receptores implica
necesariamente de una ubicación espacial
En correspondencia a
ello, Sánchez, (2017), ha remarcado que=
debe
ser considerado que los procesos de tratamiento de aguas residuales difiere=
n en
cada caso, dado sus diferencias de origen-efluentes de drenes agrícolas,
descarga municipales o industriales, lo que requiere una correcta
identificación de las tecnologías más convenientes a utilizar, una vez
realizado una cuantiosa cuantificación de los volúmenes de descarga y de las
características físicas, químicas y biológicas del agua a tratar.
Noyola,
Morgan, Guereca, (2013), han referido que el nivel de tratamiento para las =
aguas
residuales, dependerá de la utilización o disposición final del agua tratad=
a.
Estos niveles están concebidos a l=
os
siguientes: Tratamiento Preliminar, concernientes a la eliminación de aquel=
los
componentes que puedan provocar problemas operacionales y de mantenimiento =
en
el proceso de tratamiento o en los sistemas auxiliares tratamiento prelimin=
ar
de un agua residual, al Tratamiento Primario, en la que una porción de sóli=
dos
y materia orgánica suspendida es removida del agua residual utilizando la
fuerza de gravedad como principio, al Tratamiento Secundario, donde se elimina la materia
orgánica biodegradable (principalmente soluble) por medios preferentemente
biológicos, donde los contaminantes
presentes en el agua residual, son transformados por los microorganismos en
materia celular, energía para su metabolismo y en otros compuestos orgánico=
s e
inorgánicos, y finalmente al Tratamiento Terciario, con la finalidad de
eliminar compuestos solidos suspendidos, nutrientes y materia orgánica
remanente no biodegradable. Este tratamiento se realiza cuando deben ser
cumplidas condiciones de descargas estrictas del agua o si el agua tendrá d=
eterminada
especificidad de uso.
Un
aspecto a tener en cuenta es el relacionado con los que se denominan
contaminantes orgánicos emergentes (COEs), o nu=
evos
contaminantes, los que, según autores como Rubio, Chica, Peńuela, (2013),
incluye sustancias bioacumulables, persistentes y tóxicas; tales como produ=
ctos
de higiene y cuidado personal, productos farmacéuticos, drogas de abuso, su=
rfactantes,
aditivos industriales, y una gran variedad de compuestos químicos.
Figura
No. 1- Esquema de la línea de agua residual =
de
una Estación de Aguas residuales (EDAR)convencional.
Estos mismos autores afirman que los sistemas de a=
guas
residuales producen lodos, que deben ser tratados para utilizarlos
adecuadamente. De igual manera indican en la Figura 2, los
diferentes sistemas de tratamiento de aguas residuales, así como seńalan 5 =
sistemas
de tratamientos de lodos, los que deben ser incorporados a los sistemas de
tratamiento de agua residual, conformando el conjunto integral de tratamien=
to
de agua y lodos.
Figura
2- Tecnologías para el tratamiento de agua
residual y lodo.
Precisamente
en esta misma idea Petrovic et al. (2003), Andreozzi et al. (2003) han seńalado que una de las
principales fuentes de entrada de estos nuevos contaminantes al medio ambie=
nte,
están dados especialmente por las aguas residuales no tratadas y los efluen=
tes
que proceden de estaciones depuradoras de aguas residuales, que en la
actualidad no han sido diseńadas para tratar este tipo de contaminantes.
En
atención a lo expuesto Dougherty et al. (2010), remarca que, como consecuen=
cia
de ello una proporción de estos compuestos entran con una gran toxicidad al
medio acuático, alterando acuíferos y sistemas fluviales y marinos entre
Estos
autores aseveran que los parámetros frecuentes para medir el grado de
contaminación de las aguas residuales son: la Materia Orgánica (MO), que
expresa los compuestos orgánicos del carbono, representando la capacidad de
absorción del oxígeno disuelto que contienen las aguas naturales, los Solid=
os
en Suspensión (SS), que cuantifica el impacto se los sólidos en el cauce re=
ceptor,
cuya acumulación origina la turbidez y la formación de fangos y el Nitrógeno
(N/ mgN/l) Total y Fosforo (P/mgP/l),
que ofrecen una medida de nutrientes encargados de la eutrofización , o sea=
que
promueven el crecimiento excesivo de algas y otras plantas. El Nitrógeno
expresa el contenido de Nitrógeno Total Kjeldahl (KTN).
De
igual manera alegan que para la medición de aguas residuales de una poblaci=
ón
se usa el concepto de habitante-equivalente (h-e), que constituye una unida=
d de
medición de la contaminación en las aguas residuales urbanas.
En función de esto expresan los límites de
contaminación establecidos en Espańa, para el afluente de una estación
depuradora de aguas residuales, que se recogen en la siguiente tabla:
Tabla
No. 1-Limites de vertido en aguas residuales urbanas
|
Parámetro |
Limite en efluente |
|
Sólidos
en suspensión (mg/l) |
35 |
|
DBO5
(mgO2/l) |
25 |
|
DQO
(mgO2/l) |
125 |
|
Nitrógeno
(mgN/l) |
15 (10 K a 100 K h-e) 10 (≥100K h-e) |
|
Fosforo
(mgP/l) |
2 (10 K a 100 K h-e) 1 (≥100K h-e) |
Fuente:
Norma Espańola del Medio Ambiente.
En Ecuador,
conforme al Registro Oficial Edición Especial 387 de 04-nov.-2015- Reforma
Texto Unificado Legislación Secundaria, Medio Ambiente, Libro VI, decreto
ejecutivo 3516. Anexo 1: norma de calidad ambienta=
l y de
descarga de efluentes al recurso agua, se recoge en la página 21, artic=
ulo
5.2.4.7, la Tabla 9- Limites de descarga a un cuerpo de agua dulce, los
siguientes parámetros, que corresponden a valores medios diarios:
T=
abla
No. 2- Limites de descarga a un cuerpo de agua dulce en Ecuador.
|
Parámetro |
Limite en efluente |
|
Sólidos
en suspensión (mg/l) |
130 |
|
DBO5
(mgO2/l) |
100 |
|
DQO
(mgO2/l) |
200 |
|
Nitrógeno
Total Kjeldahl (mg/l) |
50 |
|
Fosforo
Total (mg/l) |
10 |
Fuente:
Norma de calidad ambiental y de efluentes de desca=
rga
a un cuerpo de agua dulce.Ecuador<=
/span>.
En
el documento se enuncia además que, para determinar los valores y
concentraciones de los parámetros determinados en esta Norma oficial
ecuatoriana, se deberá aplicar los
métodos
establecidos en el manual Standard Methods
En
este contexto, Montes (2015), seńa=
ló que
la valoración de las características de un agua residual puede realizarse de
diferentes maneras, en función de un propósito especifico, no obstante es
importante remarcar que toda caracterización de aguas residuales implica un
programa de muestreo apropiado que asegure la representatividad de la muest=
ra
así como la realización de un análisis de laboratorio de conformidad con las
normas aprobadas, que asegure la precisión y la exactitud de los resultados=
.
Por
su parte se comparte con Rico, Arahuetes, Morote
(2016), quienes subrayaron las grandes ventajas que reporta la reutilizació=
n de
las aguas residuales depuradas urbanas, las cuales además del beneficio
ambiental que representa, han seńalado que la reutilización de aguas residu=
ales
constituye una fuente alternativa de extraordinario interés para paliar la
escasez natural de agua, los efectos de intensas sequías, y las posibles co=
nsecuencias
que tendría el cambio climático.
Igualmente,
el uso de aguas regeneradas contribuye ya a satisfacer consumos agrícolas,
urbanos y turísticos, reduciendo así el consumo de agua potable durante
situaciones de sequía. Es por ello que la reutilización de aguas residuales
constituye un recurso alternativo de vital importancia en la actualidad; au=
nque
podría incrementarse todavía más su nivel de aprovechamiento atendiendo la
demanda de determinados usos, que actualmente consumen agua potable.
Guardino, González (2012), seńalan que en evaluaciones
realizadas se ha constatado que los proyectos de
depuración de aguas residuales han presentado una serie de deficiencias en =
lo
relativo a la inclusión de criterios de sostenibilidad en los mismos, indic=
ando
que los proyectos de depuración no están relacionados con el ciclo urbano d=
el
agua y tampoco con otros ciclos como el de los residuos, cuando una EDAR es=
una
importante productora de los mismos.
Los
mismos autores han indicado que en el futuro debería contemplarse la EDAR de
manera integral, precisándose que el proyecto debe estar englobado en una
Evaluación Ambiental Estratégica y dentro de un ciclo del agua abierto al r=
esto
de ciclos de materia y energía. Ad=
emás,
enfatizan en que los proyectos deberían incluir un estudio previo de
alternativas de tecnologías a utilizar, dado que estos estudios, en la
práctica, no se realizan. De igual manera, compartimos que dado la elevada
incidencia que tiene la energía en la instalación de las estaciones de
depuración de aguas residuales, se hace muy necesario incluir la optimizaci=
ón
energética de las mismas en el proyecto.
Alternativas para mejorar el tratamiento de aguas
residuales: Una experiencia en Ambato.
Se
parte de datos proporcionados por la entidad encargada de las depuradoras, =
la
Empresa Municipal de Agua Potable (EMAPA). Las características del agua son
datos tomados de tres depuradoras en funcionamiento, las cuales van a ser
remplazadas con una de las dos alternativas planteadas en este proyecto.
ˇ =
Diagnóstico del área =
de
estudio
ˇ =
Ubicación del área de
estudio
Las
plantas de tratamiento de aguas residuales a rediseńar están localizadas a =
2580
msnm, en el sector de Techo Propio, las cuales están encargadas por la Muni=
cipalidad
de Ambato, Ecuador.
ˇ&nb=
sp;
Situación actual de l=
as
EDAR.
La EDAR de Techo P1 y Techo P3 están localizadas a
2517 y 2587 msnm, las cuales constan como línea de agua de pretratamiento
(aliviadero, cribador por rejas, desarenador, trampas de grasas), que pasa =
al
tratamiento primario que es por medio de una fosa séptica, de ahí continúa =
al
tratamiento secundario anaerobio y finaliza con un tratamiento terciario qu=
e es
por desinfección con cloro. La línea de fangos es por medio de eras de seca=
do.
La EDAR de Techo P2 está localizada a 2550 msnm, la cual constan como línea de agua de pretratamiento (aliviadero, cribador por rejas, desarenador, trampas de grasas), que pasa al tratamiento primario qu= e es un proceso físico químico de ahí continúa al tratamiento secundario que e= s a través del reactor UASB y finalizando con un tratamiento terciario que es p= or desinfección con cloro. La línea de fangos es por medio de eras de secado.<= o:p>
ˇ =
Problema existente
El
problema que existe en la ciudad de Ambato se concreta en que las plantas
existentes, no cumplen con los límites permisibles de vertido al río,
violándose los parámetros establecidos por la entidad reguladora. Por lo qu=
e se
requiere buscar alternativas de solución
ˇ&nb=
sp;
Tamańo de la població=
n
El sector de Techo Propio cuenta con una
población de 13540 habitantes, de los cuales 7217 son mujeres (53.3%) y 6323
son hombres (46,7%); según datos obtenidos en el censo realizado en los
talleres de diagnóstico en cada una de las comunidades de la parroquia y el
censo realizado por el INEC en el ańo 2010.
ˇ&nb=
sp;
Climatología
El clima de Ambato se clasifica como cál=
ido y
templado. Es una gran cantidad de lluvia en Ambato, incluso en el mes más s=
eco.
El clima aquí se clasifica como Marítimo de costa occidental (Cfb) por el sistema Köppen-Geiger. La temperatura pro=
medio
en Ambato es 14.6 ° C. La precipitación es de 504 mm al ańo
ˇ&nb=
sp;
Tipo de Suelo
El
sector de Techo Propio posee una topografía irregular, ligeramente inclinada
hacia el Río Ambato, conformado por suelos pocos profundos erosionados y so=
bre
una capa dura cementada a menos de 0,5 m de profundidad. En su mayoría estos
suelos son fértiles, de textura franco a franco-arenoso, con buena retenció=
n de
humedad.
ˇ&nb=
sp;
Datos de Partida
Se procede, teniendo en cuenta que previo al diseń=
o de
una estación depuradora de aguas residuales deben ser definidas las
características que tiene el agua bruta de entrada, tanto sus niveles de co=
ntaminación,
así como establecer los objetivos finales, tanto para la línea de agua como
para la de fango.
ˇ =
Caudales de Partida
ˇ&nb=
sp;
Caudal Medio
Partiendo del tamańo de la población estudiada y
teniendo en cuenta las tres PTAR actuales se pudo establecer un caudal medi=
o de
entrada.
Tabla No 3- Caudal medio total de las 3
EDAR existentes.
|
Caudal medio To=
tal |
|
|
CAUDALES |
|
|
PTAR |
Q medio |
|
Techo P1 |
27,18 m3/h |
|
Techo P2 |
30,82 m3/h |
|
Techo P3 |
21,28 m3/h |
ˇ =
Caudal Punta
Fue
necesario estimar la caudal punta para poder sobredimensionar la planta
depuradora en caso de producirse picos en la entrada del caudal, asegurándo=
se a
futuro el correcto funcionamiento de dicha planta. Las previsiones se
realizaron de forma que no se produzcan bypass de las aguas residuales en la
red de alcantarillado ni en el interior de la planta de tratamiento, por es=
te
motivo se proyectan pozos aliviaderos. Para el respectivo cálculo y conform=
e a García,
Betancourt y Salas (2016), se usó la Formula 1 tomándose la suma de los tres
caudales medios de las tres depuradoras a estudiar.
Fórmula 1:
w=
876;𝑝
=3D 𝑄𝑚=
;
∗
ˇ&nb=
sp;
Caudal Máximo
El caudal máximo, se pudo determinar a
partir de una serie de fórmulas matemáticas de tipo empírico, y de acuerdo a
García, Betancourt y Salas (2016), aplicándose la Formula 2.
Fórmula No. 2: 𝑄𝑚á𝑥
=3D 𝑄𝑚=
;
∗
Tabla No
4- Caudal máximo y de punta de las
EDAR.
|
CAUDALES |
||
|
PTAR |
||
|
Q punta |
141,=
16 |
m3/h |
|
Q máx. |
159,=
57 |
m3/h |
ˇ&nb=
sp;
Niveles de contaminac=
ión
de partida.
En relación a =
la
carga contaminante del agua, se tomaron los datos proporcionados por la
Municipalidad de Ambato, encargada de las EDAR, información que se recoge e=
n la
Tabla No 5.
Tabla No 5- Concentración
de partidas (Datos de entrada a la EDAR).
|
Concentración de partidas (Datos de entrada a=
la
EDAR) |
|||
|
CARGAS |
TP1<= o:p> |
TP2<= o:p> |
TP3<= o:p> |
|
mg/l=
|
mg/l=
|
mg/l=
|
|
|
DBO5 |
388,=
67 |
682,=
67 |
382<= o:p> |
|
DQO |
529<= o:p> |
1327=
,33 |
788<= o:p> |
|
Solidos suspendidos |
218,=
33 |
331,=
67 |
371,=
67 |
|
Nitrógeno |
36,8=
|
70,0=
0 |
55,2=
0 |
|
Fosforo |
4,92=
|
5,34=
|
3,82=
|
|
Q total m3/d |
652,=
32 |
739,=
58 |
510,=
62 |
Para el cálcul=
o de
los kilos/día de las concentraciones se procedió a multiplicar el caudal po=
r la
carga, conforme a la Formula Nro 3.
Fórmula
No 3: 𝐶𝑎𝑟𝑔&#=
119886;
𝐾𝑔=
;/𝑑
=3D 𝑄𝑇=
;𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑚<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif'>3
𝑑<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif'>
∗
Tabla No 6- Cargas en Kg/d en las EDAR
existentes.
|
Cargas en Kg/d =
en
las EDAR |
|||
|
CARGAS |
TP1 |
TP2 |
TP3 |
|
mg/l |
mg/l |
mg/l |
|
|
DBO5 |
253,54 |
504,89 |
195,06 |
|
DQO |
345,08 |
981,67 |
402,37 |
|
Solidos suspendidos |
142,42 |
245,3 |
189,78 |
|
Nitrógeno |
24,01 |
51,77 |
28,19 |
|
Fosforo |
3,21 |
3,95 |
1,95 |
Para
el cálculo de las concentraciones totales se procede a la sumatoria de las
cargas de las tres depuradoras dividido entre el caudal total, conforme a la
Formula No 4.
Fórmula No 4: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛w=
905;𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎&#=
119897;
𝑚𝑔=
;
𝑙<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif'>
=3D ∑w=
862;𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠
𝐾𝑔=
;
𝑑<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif'>
/ ∑w=
876;𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑚<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif'>3
𝑑<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Times =
New Roman",serif'>
Tabla No 7- Concentración Total de los parámetro=
s de
carga contaminante
|
Concentración Total |
|
|
Cargas |
Concentración <= o:p> |
|
mg/l |
|
|
DBO5 |
501<= o:p> |
|
DQO |
909<= o:p> |
|
Solidos suspend=
idos |
304<= o:p> |
|
Nitrógeno |
55 |
|
Fosforo |
5 |
ˇ
Características del a=
gua
depurada
Anteriormente
al diseńo de la estación, fue necesario establecer los niveles máximos de D=
BO5,
DQO, SST, Nitrógeno y Fosforo del agua depurada. Para fijar estos niveles de
contaminación máximos del agua depurada se puntualizaron los parámetros
establecidos según la Norma de calidad Ambiental y de descarga de efluentes=
del
Ecuador.
Fue
necesario realizar una decantación primaria dado a que utilizando solo un
tratamiento físico-químico no cumplía con la salida exigida. Obteniendo fin=
almente
el siguiente rendimiento, que aparece en la Tabla No. 6.
Tabla
No 8- Parámetros de contaminación permisible del agua depurada sin decantad=
or primario.
|
Parámetros de contaminación permisible del ag=
ua
depurada sin decantador primario |
|||
|
CARGAS |
Concentración |
Limite máximo permisi=
ble |
Rendimiento necesario biológico |
|
mg/l |
mg/l |
mg/l |
|
|
DBO5 |
501<= o:p> |
100<= o:p> |
80%<= o:p> |
|
DQO |
909<= o:p> |
200<= o:p> |
78%<= o:p> |
|
Solidos suspendidos |
304<= o:p> |
130<= o:p> |
57%<= o:p> |
|
Nitrógeno |
55 |
50,0=
0 |
9% |
|
Fosforo |
5 |
10 |
0% |
Lo
anterior planteó considerar la realización de un decantador primario seguid=
o de
un decantador secundario, de manera que se pudiera cumplir con la exigencia=
de
salida del agua depurada al cauce del río, obteniéndose el siguiente
rendimiento, que se refleja en la Tabla No 9.
Tabla No 9- Parámetros
de contaminación del agua depurada sin decantador primario.
|
Parámetros de contaminación permisible del ag=
ua
depurada sin decantador primario |
|||||
|
CARGAS |
Concentración |
Rend. Decantador
Primario |
Salida Decantador Primario |
Limite máximo permisi=
ble |
Rendimiento necesario biológico |
|
mg/l |
% |
mg/l |
mg/l |
mg/l |
|
|
DBO5 |
501<= o:p> |
30%<= o:p> |
351<= o:p> |
100<= o:p> |
72%<= o:p> |
|
DQO |
909<= o:p> |
30%<= o:p> |
636<= o:p> |
200<= o:p> |
69%<= o:p> |
|
Solidos suspendidos |
304<= o:p> |
60%<= o:p> |
122<= o:p> |
130<= o:p> |
0% |
|
Nitrógeno |
55 |
10%<= o:p> |
50 |
50,0=
0 |
0% |
|
Fosforo |
5 |
10%<= o:p> |
5 |
10 |
0% |
ˇ&nb=
sp;
Posibles alternativas
para la depuración de las aguas residuales.
Una
vez establecidos los datos de partida y los objetivos de depuración, se
procedió al planteamiento de diferentes procesos para el tratamiento de agu=
as
residuales. Las alternativas propuestas fueron diferentes por su tratamiento
secundario, por lo que la mayor parte del proceso, tanto en la línea de agua
como en la línea de fango, fueron comunes.
=
Las
alternativas para el tratamiento secundario fueron las siguientes:
ˇ =
Diseńo de Biodisc=
os
ˇ =
Diseńo de Lechos Bacterianos
ˇ =
Diseńo de un reactor UASB
ˇ =
Fangos Activos
ˇ =
Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente
Las dos ú=
ltimas
alternativas no fueron diseńadas debido a que los Fangos Activos nos dieron
mejores resultados a las sugeridas por los límites permisibles, con un cons=
umo
de energía más elevado y una mayor utilización de recursos, pudiéndose alca=
nzar
los límites permisibles necesarios con otras alternativas más convenientes.=
De
igual manera con los filtros anaerobios de flujos ascendentes, existió mucho
estancamiento de grasas, aceites y residuos sólidos que se acumularon en el
lecho de piedra obstruyendo el filtro, además no se cumplía con los rendimi=
entos
necesarios.
Seguidamente
se detallaron las características y el funcionamiento de las alternativas, =
finalizando
todas mediante el tratamiento biológico con una decantación secundaria.
Primero
se definieron las etapas comunes a todas las alternativas, distinguiendo la
línea de agua y la de fango. De igual manera se realizó el cálculo hidráuli=
co.
Los
cálculos hidráulicos realizados fueron para determinar la cota de la línea
piezométrica a lo largo de toda la planta depuradora. En este caso el cálcu=
lo
se realizó en el punto de aguas arribas y se continuó aguas abajo, debido a=
que
el río se encuentra en una cota muy baja a la del terreno.
Todos
los cálculos fueron basaron en el análisis del comportamiento hidráulico de=
los
distintos elementos que componen los procesos mencionados de la planta
depuradora, relacionándose entre ellos mediante las distintas láminas de ag=
ua a
la entrada y salida de los mismos.
Todas
las cotas de este proyecto fueron expresadas en metros sobre el nivel del m=
ar. Los
cálculos estuvieron basados en los criterios geotécnicos, topográficos e
hidrogeológicos básicos, conformándose los siguientes:
ˇ =
Cota de vertido
ˇ =
Cota de entrada al
colector
ˇ =
Caudal máximo en
pretratamiento
ˇ =
Caudal máximo después=
del
pretratamiento
ˇ =
Caudal de recirculaci=
ón
externa de fangos.
Los
datos de niveles en cada punto permitieron definir la ubicación en alzado de
cada elemento del tratamiento, así como la definición de los resguardos
necesarios para evitar el desbordamiento en el caso que existiera una punta=
de
caudal no prevista.
ˇ&nb=
sp;
Presupuesto
de las diferentes alternativas de las Estaciones de Depuración de Aguas
Residuales (EDAR).
Una vez realizados los cálculos técnicos económi=
cos
de las alternativas de EDAR evaluadas, se realizó el análisis de presupuesto
correspondiente de cada una, lo cual a manera de resumen se recoge en la Ta=
bla No
8.
Tabla No. 10- Presupuesto de las diferentes
alternativas de EDAR evaluadas.
|
Alternativa evaluada Precio Final |
|
|
EDAR con Biodiscos |
$1.305.861,96 |
|
EDAR con Lechos Bacterianos |
$666.797,31 |
|
EDAR con UASB |
$597.845,41 |
Metodología.
La investigación
desarrollada siguió una metodología descriptiva, de corte prospectivo,
dado que la información se fue registrando y evaluando conforme ocurrió el
estudio metodológico para la selección de la tecnología más adecuada a empl=
ear
en la EDAR.
Para
ello se contemplaron varias etapas, iniciándose por el diagnóstico de la
situación objeto de estudio, que incluyo los datos de partida. Seguidamente=
se
determinaron las alternativas posibles para la depuración de las aguas
residuales, una vez precisado el Tratamiento Primario se definieron las
alternativas posibles para el Tratamiento Secundario, estableciéndose las
siguientes alternativas:
ˇ =
Diseńo de Biodisc=
os
ˇ =
Diseńo de Lechos Bacterianos
ˇ =
Diseńo de un Reactor UASB
ˇ =
Fangos Activos
ˇ =
Filtro Anaerobio de F=
lujo
Ascendente
Posteriormente
siguiendo las fases de investigación se determinan las tres posibles
alternativas, concretándose en el Diseńo de Biodiscos<=
/span>,
Diseńo de Lechos Bacterianos
y en el Diseńo de un Reactor UASB
Ello permitió la anticipación a situaciones futuras
importantes en la toma de decisiones, en las condiciones de horizonte del
proyecto, en la obtención de la calidad del agua residual cruda y tratada, =
así
como en el cumplimiento de las normas ambientales aprobadas vigentes, refer=
ente
a las descargas de aguas residuales tratadas.
Se utilizaron además métodos teóricos, como el
analítico-sintético, inductivo deductivo y la revisión documental. Dentro de los métodos empíricos emplead=
os se
encuentra la observación, los cuales favorecieron la obtención de resultados
relacionados con la integración de los elementos de investigación necesarios
para la elaboración de la metodología de selección de la tecnología adecuad=
a para
la implementación de una estación de tratamiento de aguas residuales, que dé
solución al problema existente.
Resultados
Como
parte del proceso investigativo desarrollado se llegan a establecer los
siguientes resultados:
=
1. Se
logra aportar el diseńo de una estación para la depuración, tratamiento y m=
ejoramiento
de la calidad de las aguas residuales en la ciudad de Ambato. Ecuador; la m=
isma
está precedida por un estudio basado en la revisión científica documental y=
en
la aplicación de experiencias previas que permiten avalar su confiabilidad y
utilidad en la solución del problema objeto de estudio. =
2. Queda
demostrado en las diferentes literaturas consultadas que los proceso=
s de
tratamiento de estos tipos de agua, difieren en cada caso, dado sus diferen=
cias
de origen-efluentes de drenes agrícolas, descarga municipales o industriale=
s,
lo que requiere una correcta identificación de las tecnologías más convenie=
ntes
a utilizar. =
3. Los
diferentes sistemas de tratamiento de aguas residuales existentes, producen
lodos en su funcionamiento, por lo que los sistemas de tratamientos de lodo=
s,
también deben ser incorporados a los sistemas de tratamiento de agua residu=
al,
conformando el conjunto integral de tratamiento de agua y lodos. 4.
Se evidencia que una =
de
las mejores alternativas de solución y con mejor rendimiento en cuanto a
tecnología y beneficios, está relacionado con el proyecto de Biod=
iscos,
debido a que su sencillez implica =
que las
tareas de conservación de la Planta sean muy reducidas, así como el Personal
Operario requerido, la misma presentan una buena resistencia a las sobrecar=
gas
de materia orgánica, así como a las sobrecargas de materiales o sustancias
tóxicas, además la contaminación sonora es prácticamente inexistente tenien=
do
como ventaja que como la construcción de este tipo de plantas es modular, t=
iene
una gran facilidad para ampliar las instalaciones y así tener una mayor
eficiencia. =
5. Los autores precedentes, han seńalado que la
composición típica de las aguas residuales crudas municipales, constituye u=
na
de las variables a tener en cuenta para seleccionar una EDAR, por lo que
incidirá en el grado de tratamiento, la tecnología a utilizar y la eficienc=
ia o
rendimiento esperado para cumplir con las normas aprobada
de calidad ambiental y de descarga de efluentes al recurso agua en Ecuador,
teniendo en cuenta los parámetros permisibles del agua residual, (DBO5, DQO,
Solidos suspendidos, Nitrógeno y Fosforo). 6.&n=
bsp;
De
igual manera, la generalidad de los autores coincide en los indicadores por
tecnologías de tratamiento de las aguas residuales a tener en cuenta, tales
como los indicadores de consumo de energía eléctrica, el costo de inversión=
, de
operación y de mantenimiento, el área posible construida, la producción de
lodos y la producción de biogas, por lo que est=
os
indicadores han sido utilizados como parámetros de entrada, en la metodolog=
ía
de selección de tecnologías para las EDAR. 7.&n=
bsp;
Las
EDAR deben ubicarse en áreas alejadas de ecosistemas críticos y zonas
recreativas, en un área segura, sin riesgo de deslizamiento, geológicamente
inestables y sin riesgo de inundaciones, en áreas en el que los vientos
regularmente no se desplacen hacia las poblaciones beneficiadas, así como q=
ue
la descarga de las aguas residuales tratadas se realice a un efluente de fl=
ujo
permanente o por infiltración al terreno. 8.&n=
bsp;
La
selección de una EDAR se basa en la consideración principalmente de tres
atributos, que forman parte de los elementos propios de la idea y del perfil
del proyecto de una EDAR, así como el aspecto operacional y de mantenimient=
o,
los que se definen como, el atributo técnico, el económico y el ambiental.<=
o:p> 9.&n=
bsp;
La
evaluación de las EDAR, no solo está limitada a la evaluación de aspectos
cualitativos y cuantificativos, sino que está relacionada con el factor
espacial, dado que involucra a las poblaciones aledańas, las áreas de
vertimiento a los cuerpos de receptores de agua, así como el impacto ambien=
tal
que puede crear la mala disposición de los residuos. Conclusiones
A
modo de conclusión se considera importante resaltar que: ˇ&nb=
sp;
La selección de la
tecnología a utilizarse en las plantas depuradoras de aguas residuales, debe
estar acoplada con las concepciones ambientales, económicas y de sostenibil=
idad
a largo plazo, como componente esencial para el cumplimiento de los parámet=
ros
establecidos por la entidad reguladora para la protección del medio ambient=
e y
la calidad vida en el planeta. ˇ&nb=
sp;
Por otra parte, cabe
destacar que dentro de las soluciones más efectivas y con mejor rendimiento=
se
debe evaluar el proyecto de Biodiscos debido a =
su
alto grado de efectividad tecnológica y su contribución a la solución práct=
ica.
Una de las grandes ventajas, es que, como la construcción de este tipo de
plantas es modular, tiene una gran facilidad para ampliar las instalaciones=
y
así tener una mayor eficiencia ˇ&nb=
sp;
La selección de las
tecnologías de depuración de aguas residuales apropiada para la ciudad de
Ambato ha sido escogida en función de características propias de la zona,
características del agua residual y del suelo, resultando así las tres
alternativas propuestas en el proyecto. Referencias Bibliográficas Andreozzi, R., Raffele,
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CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
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rg/10.33262/concienciadigital.v4i3.1803
El artículo que se
publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente
reflejan el pensamiento de la Revi=
sta
Conciencia Digital.
El artículo qu=
eda
en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en
otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Conciencia Digital.
=
=