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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2017
Implementación de un sistema de tratamiento de aguas Implementación de un sistema de tratamiento de aguas
residuales para recirculación en un baño portátil fabricado por la residuales para recirculación en un baño portátil fabricado por la
empresa Quimerk Ltda empresa Quimerk Ltda
María Camila Mora Hernández Universidad de La Salle, Bogotá
Mildreth Daniela Pinilla Acero Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria
Citación recomendada Citación recomendada Mora Hernández, M. C., & Pinilla Acero, M. D. (2017). Implementación de un sistema de tratamiento de aguas residuales para recirculación en un baño portátil fabricado por la empresa Quimerk Ltda. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/728
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IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES PARA RECIRCULACIÓN EN UN BAÑO PORTÁTIL FABRICADO POR
LA EMPRESA QUIMERK.LTDA.
MARÍA CAMILA MORA HERNÁNDEZ
MILDRETH DANIELA PINILLA ACERO
DIRECTOR:
ING. JULIO CÉSAR RAMÍREZ
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ D.C.
2017
II
IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES PARA RECIRCULACIÓN EN UN BAÑO PORTÁTIL FABRICADO POR
LA EMPRESA QUIMERK.LTDA.
MARÍA CAMILA MORA HERNÁNDEZ
MILDRETH DANIELA PINILLA ACERO
PROYECTO DE GRADO
Para obtener el título de Ingenieras Ambientales y Sanitarias
Director:
ING. JULIO CESAR RAMÍREZ
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ D.C.
2017
III
AGRADECIMIENTOS
Doy gracias a Dios y a la Virgen por permitirme cumplir uno de mis sueños en el proyecto de
mi vida, por siempre levantarme cada vez más fuerte y no dejarme sucumbir por lo problemas,
así mismo por darme el don de la sabiduría el cual me ha llevado a culminar mi etapa de
estudiante para ser una profesional responsable y cada día mejor.
A mis padres y familia, ya que con su esfuerzo y apoyo logre llegar a finalizar este sueño tan
grande, ya que con si apoyo diario me motivan cada vez a seguir adelante y no dejarme derrotar
por las adversidades, ellos son los mayores protagonistas de este logro, pues sus esfuerzos diarios
en el trabajo me otorgaron la posibilidad de realizarme como persona u profesional.
A mi compañera de trabajo por ser una excelente persona y amiga, ya que gracias a su apoyo
y su constancia logramos uno de nuestros objetivos más grandes de nuestra vida, le doy gracias
por siempre motivarme y sobre todo por ser tan paciente en todo el aspecto de la palabra, pues
sus cualidades nos permitieron culminar con éxito nuestro proyecto.
Finalmente quiero dar mi más profundo agradecimiento a las personas que nos apoyaron en la
realización de este proyecto de grado, especialmente a la empresa Quimerk LTDA, por abrirnos
sus puertas y proporcionarnos la confianza necesaria para llevar a cabo el desarrollo del
proyecto; al Ingeniero Julio Cesar, director del trabajo, porque gracias a su orientación y
supervisión nos permitio que nuestro trabajo fuera posible y se desarrollara.
Mildreth Daniela Pinilla Acero
IV
A Dios, a mis padres y amigos el agradecimiento más profundo y sincero por seguir mis pasos
en este proceso y ayudarme a alcanzar una meta más en mi vida. Cada uno de ellos ha puesto un
granito de arena para alcanzar este sueño que se hace realidad.
Especial agradecimiento a la empresa Quimerk.ltda, al ingeniero Julio y a mi compañera por
hacer esto posible, por la paciencia y el buen trabajo en equipo, por demostrar una vez más que
la disciplina y perseverancia si da frutos.
Aunque aún queda un largo camino por recorrer y muchos retos por enfrentar, culmina con
éxito una etapa de mucho aprendizaje y buenas experiencias.
María Camila Mora Hernández
V
CONTENIDO
1. RESUMEN ....................................................................................................................... 1
2. ABSTRACT ..................................................................................................................... 3
3. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 5
4. OBJETIVOS..................................................................................................................... 7
5. MARCO TEÓRICO ......................................................................................................... 8
5.1. BAÑOS PORTÁTILES ............................................................................................ 8
5.2. AGUA RESIDUAL DOMESTICA .......................................................................... 8
5.3. TRATAMIENTO ANAEROBIO ........................................................................... 10
5.3.1. Degradación anaerobia de la materia orgánica ................................................... 10
5.3.2. Reactores biológicos anaerobios ......................................................................... 12
5.4. LODOS ACTIVADOS ........................................................................................... 13
5.4.1. Sistemas convencionales de lodos activados. ..................................................... 15
5.4.2. Parámetros para el diseño del sistema ................................................................. 16
5.5. DESINFECCIÓN .................................................................................................... 17
5.5.1. Factores que influyen en la desinfección ............................................................ 18
5.5.2. Reactividad del cloro ........................................................................................... 21
5.6. MARCO LEGAL .................................................................................................... 23
6. METODOLOGÍA .......................................................................................................... 25
7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................... 28
VI
7.1. DIAGNÓSTICO PRELIMINAR ............................................................................ 28
7.1.1. Diagrama de flujo del funcionamiento del baño portátil inicial.......................... 28
7.1.2. Memoria de cálculo del sistema anaerobio ......................................................... 29
7.1.3. Esquema general del baño portátil ...................................................................... 31
7.1.4. Esquema reactor anaerobio ................................................................................. 35
7.1.5. Esquema unidad de desinfección ........................................................................ 36
7.1.6. Plan de monitoreo................................................................................................ 36
7.1.7. EFICIENCIA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO INICIAL ........................ 39
7.2. REVISIÓN Y ELECCIÓN DE ALTERNATIVAS. .............................................. 46
7.3. DISEÑO DE NUEVA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO ........................... 52
7.3.1. Diagrama de flujo del funcionamiento del baño portátil inicial.......................... 52
7.3.2. Memoria de cálculo del sistema de lodos activados ........................................... 54
7.3.3. Sistema de cloración............................................................................................ 58
7.3.4. Lechos de secado ................................................................................................. 58
7.3.5. Evacuación de gases ............................................................................................ 61
8. EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA. ......................................................................... 61
8.1. Oxígeno disuelto ..................................................................................................... 61
8.2. pH ............................................................................................................................ 61
8.3. Temperatura ............................................................................................................ 62
8.4. Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5) ............................................................. 62
VII
8.5. Demanda Química de Oxigeno (DQO) ................................................................... 62
8.6. Sólidos suspendidos y totales.................................................................................. 62
8.7. Coliformes............................................................................................................... 62
9. RESULTADOS .............................................................................................................. 63
10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................. 74
REFERENCIAS ....................................................................................................................... 76
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Biodigestores de primera y segunda generación ....................................................... 13
Tabla 2. Marco legal ................................................................................................................ 23
Continuación Tabla 2. Marco legal ......................................................................................... 24
Tabla 3. Parámetros de diseño del sistema de tratamiento anaerobio .................................... 30
Tabla 4. Instalaciones hidráulicas del baño portátil ............................................................... 32
Tabla 5. Volumen de muestra necesaria para determinación de parámetros fisicoquímicos . 38
Continuación Tabla 5. Volumen de muestra necesaria para determinación de parámetros
fisicoquímicos ............................................................................................................................... 39
Tabla 6. Frecuencias para realizar el monitoreo .................................................................... 39
Tabla 7. Resultados del monitoreo durante la primera semana .............................................. 40
Tabla 8. Resultados del monitoreo durante la segunda semana ............................................. 40
Tabla 9. Resultados del monitoreo durante la tercera semana ............................................... 41
Tabla 10. Resultados del monitoreo durante la cuarta semana .............................................. 41
Tabla 11. Resultados promedio obtenidos del diagnóstico preliminar. .................................. 41
VIII
Tabla 13. Ponderación asignada para evaluar criterios. ........................................................ 46
Tabla 14. Valores para calificar criterios. .............................................................................. 47
Tabla 15. Calificación general ................................................................................................ 47
Tabla 12. Evaluación de alternativas ...................................................................................... 48
Tabla 16. Parámetros de diseño del sistema de lodos activados ............................................. 54
Continuación Tabla 16. Parámetros de diseño del sistema de lodos activados ...................... 55
Tabla 18. Dimensiones para el diseño de las eras de secado .................................................. 59
Tabla 19. Cantidad de arena y grava en las eras de secado ................................................... 60
Tabla 20. Frecuencia de monitoreo ......................................................................................... 63
Tabla 21. Primera semana de monitoreo del sistema de tratamiento ..................................... 64
Tabla 22. Segunda semana de monitoreo del sistema de tratamiento ..................................... 64
Tabla 23. Tercera semana de monitoreo del sistema de tratamiento ...................................... 65
Tabla 24. Cuarta semana de monitoreo del sistema de tratamiento ....................................... 65
Tabla 25. Quinta semana de monitoreo del sistema de tratamiento ........................................ 66
Tabla 26. Sexta semana de monitoreo del sistema de tratamiento .......................................... 66
Tabla 27. Promedio general del monitoreo. ............................................................................ 67
Tabla 28. Cantidad de usos del baño durante el tiempo de monitoreo ................................... 72
LISTA DE GRÁFICAS
Grafica 1. Etapas de actividad del sistema de tratamiento anaerobio del baño portátil ....... 28
Grafica 2. Comportamiento del pH en el tratamiento de lodos activados ............................. 42
Grafica 3. Comportamiento de la temperatura ....................................................................... 42
IX
Grafica 4. Comportamiento de los Ácidos grasos volátiles y los Solidos suspendidos totales
....................................................................................................................................................... 43
Grafica 5. Comportamiento de la DQO y la DBO en el tratamiento anaerobio .................... 43
Grafica 6. Comportamiento de los Coliformes Totales en el tratamiento anaerobio ............ 44
Grafica 8. Comportamiento de la DBO a través del tiempo de monitoreo ............................ 69
Grafica 9. Comportamiento de la DQO a través del tiempo de monitoreo ............................ 71
Grafica 10. Comportamiento de los sólidos suspendidos totales a través del tiempo de
monitoreo ...................................................................................................................................... 71
Grafica 11. Cantidad de usos del baño durante la semana de monitoreo .............................. 72
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Etapas de la digestión anaerobia ............................................................................ 12
Figura 2. Esquema de transferencia de oxígeno .................................................................... 14
Figura 3. Parámetros de diseño y operación de procesos de lodos activados ....................... 16
Figura 4. Diseño modular del baño portátil ........................................................................... 31
Figura 5. Instalaciones sanitarias que componen el baño portátil ........................................ 33
Figura 6. Estructura general del baño, vista lateral .............................................................. 33
Figura 7. Estructura general del baño, vista frontal .............................................................. 34
Figura 8. Estructura general del baño portátil, vista trasera ................................................ 34
Figura 9. Reactor anaerobio. Vista longitudinal .................................................................... 35
Figura 10. Reactor anaerobio. Vista en planta ...................................................................... 35
Figura 11. Sistema de Cloración ............................................................................................ 36
Figura 12.Etapas de actividad del baño portátil .................................................................... 52
Figura 13. Sistema de tratamiento lodos activados. Vista en longitudinal ............................ 56
X
Figura 14. Sistema de tratamiento de lodos activados. Vista en planta ................................. 57
Figura 15. Lechos de secado. Vista frontal ............................................................................ 60
Figura 16. Tubería de drenaje para los lixiviados ................................................................. 60
LISTA DE ANEXOS
ANEXO A. Manual de Funcionamiento y Mantenimiento del baño Portátil
1
1. RESUMEN
Los baños públicos portátiles son una necesidad básica en la sociedad actual, por esta razón la
empresa Quimerk.LTDA ha propuesto un diseño innovador mediante el cual se pueda hacer el
uso de estos artefactos con un menor impacto ambiental con respecto a los usados
convencionalmente, en primera instancia se evaluó un sistema de tratamiento anaerobio
previamente existente y se determinó que requiere de condiciones poco versátiles para su
correcto funcionamiento, dado que dentro de estas se encuentran un requerimiento especifico de
temperatura ambiente, y generar condiciones que garanticen condiciones anaeróbicas constantes,
ya que a temperaturas bajas de 19°C en general presenta una eficiencia de 49%, realizando una
remoción insuficiente de los parámetros de control, implicando el incumplimiento de la
resolución 1207 del 2014. Se realizó un procedimiento de elección de alternativas teniendo en
cuenta ventajas, desventajas, eficiencia del tratamiento y costo. De acuerdo a esta selección se
determinó que el sistema óptimo e integral para la situación es un tratamiento de lodos activados,
en el presente documento se muestran las características de diseño y funcionamiento de dicho
tratamiento el cual se maneja a una escala micro teniendo en cuenta las dimensiones de un baño
portátil, se maneja un sistema de recirculación de agua para uso del sanitario que cuenta con
tanque de aireación y sedimentación, seguido por una unidad de cloración en línea garantizando
la calidad del agua de contacto secundario, según la resolución 1207 de 2014 por la cual se
adoptan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas. Con un caudal de
0,56 m3/d, se realizó un monitoreo periódico durante 6 semanas a partir de la última semana de
estabilización del tratamiento, evaluando parámetros físico químicos y biológicos dentro de los
que se encuentran coliformes, DBO, DQO, OD, pH Y SST, esto con el fin de determinar la
eficiencia y garantizar la funcionalidad del sistema. De acuerdo a esto se estimó que la eficiencia
2
del sistema en general es de 90%, obteniendo datos finales promedio de 47 mgDQO/L y 1464
NMP/100ml de coliformes, respecto a los valores iniciales que fueron de 451 mgDQO/L y 14425
NMP/100ml, cumpliendo así con la norma de reúso de agua residual y prestando un servicio
seguro y de calidad a los usuarios del baño. Cabe resaltar que el sistema funciona siempre y
cuando se cumplan con los parámetros de seguimiento y mantenimiento establecidos para el
mismo. Finalmente se determina que es posible la adaptación de baños portátiles a través de
sistemas de tratamiento que generen menores impactos ambientales prestando un servicio
óptimo.
Palabras clave: Baño portátil, tratamiento biológico, lodos activados, recirculación, agua
residual.
3
2. ABSTRACT
The public robots are a basic company in today's society, for this reason the company
Quimerk.LTDA has proposed an innovative design by which you can make use of these devices
with a lower environmental impact with respect to those used conventionally, in First Instance
the previously existing anaerobic treatment system was evaluated and it was determined that it
requires little versatile conditions for its correct operation, given that within these are a specific
requirement of ambient temperature, and generate conditions that guarantee constant anaerobic
conditions , since at low temperatures of 19 ° C in general it presents an efficiency of 49%,
making a removal of the control parameters, implying non-compliance with resolution 1207 of
2014. A selection procedure was carried out taking into account advantages, disadvantages ,
treatment efficiency and cost According to this selection was determined that the optimum
system and the integral for the situation is a treatment of activated sludge, in this document the
design and operation characteristics of said treatment that can be managed on a micro scale
taking into account the dimensions of a portable bath, a water recirculation system is used for the
use of the sanitary ware that has an aeration and sedimentation tank, followed by an online
chlorination unit that guarantees the quality of the secondary contact water, according to the
resolution 1207 of 2014 by which they adopt provisions related to the use of treated wastewater.
With a flow rate of 0.56 m3 / d, extraordinary measures were taken for 6 weeks from the last
week of stabilization of the treatment, evaluating physical and biological physical parameters,
including coliforms, BOD, COD, OD, pH And SST, this in order to determine the efficiency and
guarantee the functionality of the system. According to this, it was estimated that the System
Efficiency is generally 90%, obtaining Average Final Data of 47 mgDQO / L and 1464 NMP /
100 ml of coliforms, with respect to the Initial Values That were 451 mgDQO / L and 14,425
4
NMP / 100ml, thus complying with the norm of reuse of residual water and providing a safe and
quality service to bathroom users. It should be noted that the system works as long as the
monitoring and maintenance parameters for it are met. Finally, it was determined that it is
possible to adapt portable toilets through treatment systems that generate a lower environmental
impact.
Keywords: Portable bath, biological treatment, activated sludge, recirculation, waste water.
5
3. INTRODUCCIÓN
En la actualidad los baños portátiles convencionales funcionan por medio de tratamientos
químicos, que consisten en biocidas, colorantes y tensoactivos, dentro de los cuales se
encuentran: el formaldehido, glutaraldehido, bronopol, sales de amonio cuaternario y
clorotiazaazonia, introducidos debidamente en la cavidad inferior del dispositivo, con el fin de
que allí se realice el proceso de degradación de la materia orgánica proveniente de las heces
fecales y así mismo combatir las bacterias Gram positivas que producen los olores de estos
residuos, hay que mencionar que las sustancias químicas empleadas suelen ser de color azul, ya
que a través de esto se busca disimular los desechos que han sido depositados. Una vez
alcanzada la capacidad máxima del depósito inferior con el agua residual generada, se debe
realizar una extracción de todo el material, por medio de un vehículo especializado denominado
vactor, el cual debe disponer el efluente en una planta de tratamiento, esta operación debe
hacerse por lo menos cada 3 días, lo que implica por una parte elevados costos de mantenimiento
y un alto impacto ambiental dado que este es considerado un vertimiento de carácter industrial
por el tipo de sustancias utilizadas en los baños químicos.
El presente proyecto, consistió en el diseño e implementación de un sistema de tratamiento
eficiente para el manejo de las aguas residuales provenientes del uso de un baño portátil,
mediante el empleo de un tratamiento biológico de lodos activados.
Para dar desarrollo a esto, en primer lugar se realizó una evaluación de parámetros
fisicoquímicos del agua residual en el afluente y efluente del tratamiento que inicialmente fue
planteado por la empresa Quimerk LTDA, esto con el fin de determinar la eficiencia de remoción
con la cual estaba trabajando el diseño establecido. Una vez analizados los resultados obtenidos
de la caracterización de los parámetros fisicoquímicos, se llevaron a cabo las modificaciones
6
necesarias al tratamiento, para así optimizar su funcionamiento; por lo tanto se implementó un
proceso biológico, en el cual un cultivo aeróbico de microorganismos en suspensión se encargan
de oxidar la materia orgánica disuelta y así mismo producir biomasa celular, cuya finalidad es
generar un clarificado que se caracteriza principalmente por su bajo contenido en DBO, solidos
suspendidos y turbiedad, lo cual es dado gracias al proceso de aireación que se da entre la mezcla
de los lodos activados y el agua residual que ingresa al tratamiento.
El interés en hacer este proyecto es desarrollar un proceso de tratamiento de agua residual
netamente sustentable, en el cual no intervengan productos químicos que afecten de alguna
manera el agua residual que será descargada posteriormente, y así mismo procurar reducir los
costos de mantenimiento a los cuales está sujeto comúnmente un baño portátil convencional.
7
4. OBJETIVOS
Objetivo General
Implementar un sistema de tratamiento biológico para aguas residuales de un baño público
portátil.
Objetivos Específicos
Conocer el estado actual del uso y disposición del agua en el empleo de baños
portátiles, a través de un diagnóstico.
Determinar las unidades y cambios necesarios en las mismas que permitan cumplir de
forma teórica el objetivo de calidad del agua para vertimiento.
Evaluar las modificaciones realizadas mediante una prueba piloto para así determinar
la eficiencia del sistema.
8
5. MARCO TEÓRICO
5.1.BAÑOS PORTÁTILES
Los baños portátiles o baños químicos son unidades de saneamiento que consisten en un
dispositivo sanitario, el cual se ubica sobre un tanque hermético que se encarga de almacenar las
excretas y donde generalmente hay una solución química que facilita la digestión de la materia
orgánica, y por tanto contribuye a la disminución de los malos olores que se puedan generar.
Estos baños químicos se han adaptado como soluciones temporales cuando las letrinas de pozo o
los tanques sépticos resultan inadecuados o inaceptables, a su vez, se han venido implementando
en lugares donde se llevan a cabo actividades de ocio y donde se realizan construcciones.
(ECOLECTA, 2015)
El contenido inicial de la sustancia química empleada en el tratamiento de este tipo de baños,
alcanza un tratamiento eficaz de hasta 40 o 160 usos (ECOLECTA, 2015), después de esta
cantidad, puede que empiece a fallar el sistema lo que genera la presencia de malos olores y
condiciones sanitarias no favorables, razón por la cual estos deben ser revisados y vaciados
regularmente, para así prevenir la colmatación del sistema y por ende evitar generar problemas
de saneamiento en el lugar de instalación. (-OPS/OMS, 2006)
5.2.AGUA RESIDUAL DOMESTICA
Estas son las procedentes de los hogares, así como, las de las instalaciones en las cuales se
desarrollan actividades industriales, comerciales o de servicios y que correspondan a: descargas
de los retretes y servicios sanitarios y adicionalmente descarga de los sistemas de aseo personal
(duchas y lavamanos), de las áreas de cocinas y cocinetas, de las pocetas de lavado de elementos
de aseo y lavado de paredes y pisos y del lavado de ropa. (Sostenible, 2015)
9
En relación con lo anterior y teniendo en cuenta el funcionamiento de los baños portátiles,
existen parámetros fisicoquímicos que determinan la calidad del agua residual, los cuales son:
Ácidos grasos volátiles: Son un subgrupo de ácidos grasos con cadenas carbonadas de menos
de seis carbonos. Su volatilidad se debe a la corta cadena carbonada que poseen, en contraste con
los ácidos grasos de cadena larga, que son sólidos a temperatura ambiente. Estos constituyen los
principales productos de la fermentación animal, principalmente de los hidratos de carbono.
(Ministerio de Desarrollo Economico, 2000)
Coliformes: Bacterias gram negativas de forma alargada capaces de fermentar lactosa con
producción de gas a la temperatura de 35 o 37ºC (coliformes totales). Aquellas que tienen las
mismas propiedades a la temperatura de 44 o 44.5ºC se denominan coliformes fecales. Se
utilizan como indicadores de contaminación biológica. (Ministerio de Desarrollo Economico,
2000)
Demanda bioquímica de oxigeno: Cantidad de oxígeno usado en la estabilización de la
materia orgánica carbonácea y nitrogenada por acción de los microorganismos en condiciones de
tiempo y temperatura especificados (generalmente cinco días y 20 ºC). Mide indirectamente el
contenido de materia orgánica biodegradable. (Ministerio de Desarrollo Economico, 2000)
Demanda química de oxigeno: Medida de la cantidad de oxígeno requerido para oxidación
química de la materia orgánica del agua residual, usando como oxidantes sales inorgánicas de
permanganato o dicromato en un ambiente ácido y a altas temperaturas. (Ministerio de
Desarrollo Economico, 2000)
pH: Logaritmo, con signo negativo, de la concentración de iones hidrógeno, en moles por
litro. (Ministerio de Desarrollo Economico, 2000)
10
Solidos suspendidos totales: Los sólidos suspendidos son transportados gracias a la acción
de arrastre y soporte del movimiento del agua; los más pequeños (menos de 0.01 mm) no
sedimentan rápidamente y se consideran sólidos no sedimentables. Los sólidos coloidales
consisten en limo fino, bacterias, partículas causantes de color, virus, etc., los cuales no
sedimentan sino después de periodos razonables, y su efecto global se traduce en el color y la
turbiedad de aguas sedimentadas sin coagulación. (H, 2007)
Temperatura: es una magnitud referida a las nociones comunes de calor del agua medible
mediante un termómetro. (Martinez, 2001)
5.3.TRATAMIENTO ANAEROBIO
La Digestión Anaerobia es el proceso fermentativo que ocurre en el tratamiento anaerobio de
las aguas residuales. El proceso se caracteriza por la conversión de la materia orgánica a metano
y de CO2, en ausencia de oxígeno y con la interacción de diferentes poblaciones bacterianas.
La digestión anaerobia es un proceso de transformación y no de destrucción de la materia
orgánica, como no hay presencia de un oxidante en el proceso, la capacidad de transferencia de
electrones de la materia orgánica permanece intacta en el metano producido. En vista de que no
hay oxidación, se tiene que la DQO teórica del metano equivale a la mayor parte de la DQO de la
materia orgánica digerida (90 a 97%), una mínima parte de la DQO es convertida en lodo (3 a
10%). En las reacciones bioquímicas que ocurren en la digestión anaerobia, solo una pequeña
parte de la energía libre es liberada, mientras que la mayor parte de esa energía permanece como
energía química en el metano producido. (Rodriguez., 2013)
5.3.1. Degradación anaerobia de la materia orgánica
La degradación anaerobia de la materia orgánica requiere la intervención de diversos grupos
de bacterias facultativas y anaerobias estrictas, las cuales utilizan en forma secuencial los
11
productos metabólicos generados por cada grupo. La digestión anaerobia de la materia orgánica
involucra tres grandes grupos tróficos y cuatro pasos de transformación:
1. Hidrólisis
Grupo I: bacterias hidrológicas
2. Acidogénesis
Grupo I: bacterias fermentativas
3. Acetogénesis
Grupo II: bacterias acetogénicas
4. Metanogénesis
Grupo III: bacterias metanogénicas
El proceso se inicia con la hidrólisis de polisacáridos, proteínas y lípidos por la acción de
enzimas extracelulares producidas por las bacterias del Grupo I. Los productos de esta reacción
son moléculas de bajo peso molecular como los azúcares, los aminoácidos, los ácidos grasos y
los alcoholes, los cuales son transportados a través de la membrana celular; posteriormente son
fermentados a ácidos grasos con bajo número de carbonos como los ácidos acéticos, fórmico,
propiónico y butírico, así compuestos reducidos como el etanol, además de H2 y CO2. Los
productos de fermentación son convertidos a acetato, hidrógeno y dióxido de carbono por la
acción de las bacterias del Grupo II, las cuales son conocidas como “bacterias acetogénicas
productoras de hidrógeno”. Finalmente las bacterias del Grupo III o metanogénicas convierten el
acetato a metano y CO2, o reducen el CO2 a metano, como se puede observar en la Figura 1.
Etapas de la digestión anaerobia. Estas Transformaciones involucran dos grupos metanogénicos
que son los encargados de llevar a cabo las transformaciones mencionadas anteriormente:
acetotróficas e hidrogenotróficas. En menor proporción, compuestos como el metanol, las
12
metilaminas y el ácido fórmico pueden también ser usados como sustratos del grupo
metanogénico. (Baez, 2002)
Figura 1. Etapas de la digestión anaerobia
Fuente: (J., 1997)
5.3.2. Reactores biológicos anaerobios
Los reactores biológicos se dividen en dos generaciones, de acuerdo a los tipos de cambios
que se lleven en su interior, es importante tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño:
• Tiempo de Retención Hidráulica (TRH): Es la relación entre el volumen y la media de la
carga.
• Tiempo de Retención de Sólidos (TRS): Representa la media del tiempo de retención de los
microorganismos en el biodigestor.
•SSV: Sólidos Suspendidos Volátiles
•SS: Sólidos en Suspensión
•VD: Volumen del biodigestor.
13
La forma más general de agrupar y clasificar esos sistemas es como biodigestores de primera
generación y de segunda generación tal como se evidencia en la siguiente tabla. (Granda, 2012)
Tabla 1. Biodigestores de primera y segunda generación
1ra Generación
2da generación
Con crecimiento de
soporte Con crecimiento disperso
- Tanques
sépticos
- Lagunas
anaerobias
- Lagunas
facultativas
- Lecho fijo
- Lecho fluizado o expandido
- Filtro anaerobio con carbón
activado
- Inmovilización de
microorganismos
- Asociado a partículas
suspendidas
- Reactor de contacto
- Columna de plato
- Lodo activado anaerobio
- UASB
- EGSB
- De mezcla completa(CSTR)
- Con ascensión de gas Modificado
de alta velocidad
- Membrana
- Flujo horizontal con deflectores
- Dos etapas
- Percolador en serie
- Tubular inclinado
Fuente: (Granda, 2012)
5.4.LODOS ACTIVADOS
El proceso de lodos activados fue desarrollado en inglaterra, en 1914 por Arderen Ilockett.
Todos estos procesos tienen en común el contacto de aguas residuales con floc biológico, el cual
es formado previamente en un tanque de aireación. El lodo activado consiste en una masa
floculenta de microorganismos, materia orgánica muerta y materiales inorgánicos; tienen la
propiedad de poseer una superficie altamente activa para la adsorción de materiales coloidales y
suspendidos, a la cual se debe su nombre de activado. El resultado final es una porción de
materia orgánica suseptible de descomposición biológica, convertida en compuestos inorgánicos
y el resto, transformada en lodo activado adicional. (John Albert Bermúdez Arroyo, 2011)
14
En el proceso de lodos activados las bacterias constituyen el grupo más importante de
microorganismos debido a que es trasendental su función en la estabilización del material
orgánico y en la formación del floc de lodo activado (Jenifer Jurado Lara, 2017). Se ha
encontrado una gran variedad de especies de bacterias en lodos activados, siendo muy comunes
las de los generos Alcaligenes, Flavobacterium, Bacillus, Psudomonas. En el proceso de
purificacion son importantes las bacterias nitrificantes; tales como Nitrosomonas y Nitrobacter,
al igual que la Zooglea, Ramigera, considerada como el organismo principal en la formacion de
lodo activo por su gran habilidad para formar floc biologico sin que esto indique que es el ultimo
organismo capaz de formar floc. (Ortiz, 2004)
La comunidad de los lodos activados puede ser muy variable y depende de:
- Naturaleza del suministro de alimento
- Concentracion del alimento
- Turbulencia
- Temepratura
- Tiempo de aireacion
- Concentracion de lodos
El proceso de lodos activados es un proceso aerobio, ya que el floc microbial se mantine
siempre en suspensión en la mezcla aereada del tanque en presencia de oxigeno disuelto. La
transferencia de oxigeno ocurre en dos etapas que se presentan acontinuacion:
CÉLULAS
BIOLÓGICAS
Utilización de
Transferencia de oxigeno Burbuja
de aire O
Figura 2. Esquema de transferencia de oxígeno
Fuente: (Ortiz, 2004)
15
Las burbujas de aire se crean, mediante aire comprimido, a través de un difusor o por medio
de aeración mecánica para introducir oxígeno en el líquido mediante mezcla turbulenta. La tasa
de utilización del oxígeno disuelto es esencialmente una función de la relación
alimento/microorganismo (DBO/SSML), del tiempo de aireación y de la temperatura.
5.4.1. Sistemas convencionales de lodos activados.
Un sistema convencional de lodos activados, cuenta con un tanque de aireación, sedimentador
y un sistema de recirculación de lodos activados. Los lodos recirculados y el agua residual
proveniente del sedimentador primario, entran en el tanque de aireación donde son aireados y
mezclados a medida que la mezcla liquida (lodos + agua residual) fluye a lo largo del tanque.
Los microorganismos estabilizan aerobiamente la materia orgánica en el tanque de aireación y
fluyen al sedimentador secundario, donde el floc biológico es separado del agua residual,
dejando un efluente claro de bajo contenido orgánico. Una porción de los lodos es recirculada al
tanque de aireación como simiente y el exceso enviado al sistema de tratamiento y disposición de
lodos.
El sistema de aireación de un sistema convencional de lodos activados, puede estar
constituido por difusores o aireadores mecánicos, en ellos se puede lograr una eficiencia en la
remoción de DBO5 entre el 85 y 95% para un tiempo de retención hidráulico, que puede estar
entre 4 a 8 horas. El tanque de aireación por lo general tiene una forma alargada, con una
relación ancho/largo de 1:5, ya que esta geometría determina que el régimen de flujo hidráulico
sea de flujo pistón. Como se mencionó en el sistema convencional, el tanque de aireación tiene
un tamaño fijo y por consiguiente un tiempo de retención fijo para un caudal determinado. Lo
que significa que el tiempo para la actividad biológica estará limitado a un periodo fijo para cada
caudal de entrada. Dentro de dicho periodo de retención se efectuara la actividad biológica de los
16
microorganismos, los cuales pasan por diferentes fases de desarrollo, dependiendo de la relación
alimento/microorganismos (A/M) y demás condiciones ambientales. (Romero, 2005)
La alimentación del líquido residual y la recirculación de lodos, se efectúa por uno de los
extremos, mientras que la salida del líquido tratado se produce por el extremo opuesto. La
concentración de materia orgánica y el requerimiento de oxigeno es muy elevado en la zona de
entrada del reactor, debido a que como se efectúa la alimentación del líquido residual. Es usual
que en este tipo de procesos se produzca un déficit en el suministro de oxígeno en la zona de
entrada y exceso del mismo en la zona de salida. (Yepes, 2015)
5.4.2. Parámetros para el diseño del sistema
Tiempo de retención: El tiempo de retención es la relación expresada en horas entre el
volumen y el caudal del tanque de aireación. Es función de la DBO del agua residual
afluente y representa el tiempo que el sustrato introducido debe permanecer en el reactor.
Se debe tener suficiente tiempo para que las bacterias asimilen la materia orgánica que
contiene el agua residual. Si el tiempo de retención es muy corto no se removerá toda la
materia orgánica y la DBO del efluente será alta. (Yepes, 2015)
Figura 3. Parámetros de diseño y operación de procesos de lodos activados
Fuente: (Romero, 2005)
17
Carga orgánica volumétrica: es el producto de la concentración de DQO o DBO por el
caudal. La carga orgánica volumétrica se refiere al caudal o masa de un parámetro por
unidad de volumen y por unidad de tiempo. El tiempo de retención y la carga orgánica
volumétrica son dos parámetros que tienen una estrecha relación, ya que a más carga
volumétrica en el reactor, el tiempo de retención será disminuido. Así mismo, para
mantener un proceso estable, se debe escoger un tiempo de retención que impida salida
de sustrato digerido y de las bacterias del proceso. Con tiempos de retención muy
pequeños, sólo se digerirá una parte del sustrato y las eficiencias del tratamiento serán
insuficiente. (Yepes, 2015)
Relación Alimento/Microorganismo (A/M): La relación (A/M) se define como la
cantidad de comida disponible por unidad de biomasa que reciben diariamente los
microorganismos. Cabe anotar que la DBO no es constante durante el día; este patrón
podría presentar variaciones y dentro del sistema de control del tratamiento, en algunos
casos no se acierta con la carga deseada. Para una operación conveniente del sistema de
lodos activados, es necesario que los microorganismos tengan la cantidad adecuada de
alimento; poco o demasiado alimento causa problemas de sedimentación en el
clarificador. Altos índices de A/M favorecen la sedimentación y bajos índices de A/M
muestran muerte de microorganismos lo que da a entender que hay un flujo de agua muy
disperso. (Yepes, 2015)
5.5.DESINFECCIÓN
Debido a que la presencia de microorganismos patógenos en el agua genera problemas
agudos, se da mucho énfasis en la desinfección del pos tratamiento de agua. La desinfección
mata o inactiva organismos causantes de enfermedades, más que la efectividad de la
18
desinfección, se juzga la capacidad de controlar a los organismos, que son las bacterias
coliformes totales y fecales. (Armando Marín Ocampo & Manuel Osés Pérez, 2013)
Estos organismos son inocuos al ser humano, pero su presencia indica que organismos
patógenos pueden estar presentes o haber sobrevivido a la desinfección. Como sustancias viables
para la desinfección, existen el cloro (por medio de cloro gas, hipoclorito de sodio o hipoclorito
de calcio y cloramina). (Armando Marín Ocampo & Manuel Osés Pérez, 2013)
5.5.1. Factores que influyen en la desinfección
Los microorganismos presentes y su comportamiento: el tipo de microorganismos
presentes en el agua tiene influencia definitiva en el proceso de desinfección. La reacción
de los microorganismos frente a un desinfectante parece estar determinada por la
resistencia de sus membranas celulares a la penetración del mismo y por la relativa
afinidad química con las sustancias vitales del microorganismo.
Las bacterias como las del grupo coliforme y las salmonelas son las menos resistentes
a la desinfección, pues su respiración se efectúa en la superficie de la célula. El número
de microorganismos presentes en el agua no afecta el proceso de desinfección. Ello
quiere decir que para matar una gran cantidad de microorganismos se requiere la misma
concentración y tiempo de contacto del desinfectante que para eliminar una cantidad
pequeña, siempre y cuando la temperatura y pH del agua sean los mismos. (Vargas,
2014)
La naturaleza y concentración del agente desinfectante: desinfectantes como el cloro y
derivados pueden formar en el agua una serie de especies químicas cloradas, de diferente
eficiencia desinfectante. Es importante mencionar que la concentración del desinfectante
19
determinará el tiempo de contacto necesario para destruir todos los microorganismos
presentes en el agua. (Vargas, 2014)
La temperatura del agua: la temperatura generalmente favorece el proceso de
desinfección. Aunque en el caso de tener desinfectantes de tipo gaseoso, se debe tener en
cuenta que este es inversamente proporcional a la temperatura y variara
considerablemente según los grados centígrados que se tengan. (Vargas, 2014)
La naturaleza y calidad del agua: la materia en suspensión puede proteger a los
microorganismos existentes en el agua e interferir en la desinfección. La materia orgánica
puede reaccionar con los desinfectantes químicos y cambiar su estructura. En ciertos
casos, si en el agua persisten compuestos orgánicos que no han sido removidos en los
procesos previos a la desinfección, se pueden generar derivados tóxicos o compuestos
que confieren sabor u olor al agua, muchos de ellos desagradables, lo que cambiaría su
calidad organoléptica. (Vargas, 2014)
El pH: el pH del agua es de suma importancia para la vida de los microorganismos
acuáticos, ya que valores muy altos o muy bajos ofrecen a los microorganismos un medio
adverso, con excepción de los quistes de amebas, que soportan pH tan altos como 13 ó
tan bajos como 1. De acuerdo con su naturaleza, cada desinfectante tiene un rango de pH
de mayor efectividad. Sin embargo, la práctica demuestra que cuanto más alcalina es el
agua requiere mayor dosis de desinfectante para una misma temperatura y tiempo de
contacto. (Vargas, 2014)
El tiempo de contacto: cuanto mayor es el tiempo de contacto, mayor será la posibilidad
de destrucción de los microorganismos para una cierta dosis de cloro aplicado. (Vargas,
2014)
20
Cloro residual total: se define como cloro residual total al cloro remanente después de
tratar con cloro o hipoclorito. Comprende el cloro libre y el cloro combinado. Todos los
métodos comunes para medir cloro residual dependen de su capacidad oxidante.
Cualquier otro agente oxidante presente puede interferir con la prueba. Las interferencias
más comunes son con el manganeso valencias por encima de 2 y con los nitritos también
esta forma de cloro se puede analizar con el método de almidón- yoduro este método se
usa, y se basa en la capacidad oxidante de los cloros residuales libre y combinado para
convertir el ion yoduro a yodo libre. (Molina, 2010)
El método de almidón-yoduro proporciona un medio para la medición cuantitativa del
cloro residual total si el yodo liberado se titula con una solución normal de un agente
reductor. El reactivo usual es el tiosulfato de sodio y el punto final está indicado por la
desaparición del color azul.
Cloro residual combinado: se define como cloro combinado al cloro residual que existe
en el agua en combinación química con el amoniaco un compuesto orgánico nitrogenado.
(Molina, 2010)
Cloro residual libre: se define como cloro libre al cloro residual que existe en el agua en
forma de ácido hipocloroso e ion hipoclorito esta forma de cloro se puede determinar por
medio de la técnica del DPD, ya que podemos valorar exactamente el contenido en CRL
del agua, separadamente del contenido en CRC. El DPD, a pH= 6.2-6.5, da una
coloración roja, proporcional a la concentración de CRL, que puede valorarse
volumétricamente con una solución de sulfato ferroso amoniacal, o semi-
cuantitativamente por comparación con una escala de color. (Molina, 2010)
21
Demanda de cloro: la demanda de cloro del agua es la diferencia entre la cantidad de
cloro aplicada y la cantidad de cloro libre, combinado o total disponible, remanente al
finalizar el periodo de contacto (Francisco José Guerra Millán, 2008).
Las mediciones de la demanda de cloro se pueden hacer fácilmente tratando una serie de
muestras del agua en cuestión, con dosis conocidas pero variables de cloro o hipoclorito.
Las muestras de agua deben estar a una temperatura dentro del margen de interés, y
después del periodo de contacto deseado, la determinación del cloro residual en las
muestras indicará cuál dosis satisfizo los requerimientos de la demanda de cloro, en
términos del cloro residual deseado (Molina, 2010).
5.5.2. Reactividad del cloro
a. Reacción del cloro con el agua.
Cuando el cloro (Cl2) se añade al agua tiene lugar a dos reacciones: hidrólisis e ionización.
Hidrólisis
Cl2+H2O HCLO + H+ + Cl- K= 4.5*10-4
Como el valor de la constante de equilibrio es alto, se puede ver reflejado que la
concentración de Cl2 se va a disociar en gran cantidad en el agua
Ionización.
HCLO H+ + CLO- Ki= 3.7*10-8
A pH bajos el ácido hipocloroso se encuentra predominante, a pH de 8 predominan los
iones de hipoclorito
b. Bicarbonatos y Carbonatos.
Como se observó anteriormente cuando se agrega Cl2 al agua, esta forma ácido
clorhídrico y este reacciona con carbonatos o bicarbonatos si la cantidad de cloro es
22
importante se debe tener en cuenta la acidez y si esta es muy alta se tendrá en cuenta un
tratamiento neutralizador.
c. Sulfuros.
Estos pueden estar presentes en el agua procedentes de aguas profundas, de capas con
piritas o con materia orgánica.
H2S + 4HOCL H2SO4 + HCL
d. Hierro y Magnesio.
Estos compuestos se encuentran en agua solubilizados en su forma reducida Fe++ y
Mn++, pero cuando están en presencia del cloro se oxidan pasando a Fe3+ y Mn4+ los
cuales precipitan si el pH es bastante elevado, esto permite su eliminación.
e. Amoniaco.
La presencia de este compuesto se relaciona con la presencia de materia orgánica,
también está la presencia de concentraciones significativas de nitrógeno en forma de
amoniaco o de nitrato. El ácido hipocloroso es muy occidente activo el cual reaccionara
con el amoniaco y formara 3 reacciones sucesivas:
NH3 + HOCL NH2Cl (monocloramina) + H2O
NH2Cl + HOCl NHCl2 (dicloramina) + H2O
NHCl2 + HOCl NCl3 (tricloruro de nitrógeno) + H2O
Estas reacciones dependen del pH y de la temperatura
f. Reacción del cloro con compuestos orgánicos disueltos en el agua.
23
Cuando los efluentes son tratados con cloro se ha visto que se generan compuestos clorados,
los cuales se forman por la presencia de ácidos fúlvicos con sustancias químicas como los
trialometanos y por presencia de compuestos como acetilénicos de bajo peso molecular.
g. Acción bactericida del cloro y sus compuestos.
El cloro y su desinfección son considerados una acción físico-química, el cual traspasa la
pared celular y luego ataca a las enzimas lo cual provoca la muerte del microorganismo. La
rapidez de desinfección del cloro depende de la temperatura del agua y esta aumenta con las altas
temperaturas de la misma.
5.6.MARCO LEGAL
La normatividad Colombiana vigente que se ha emitido en relación con la calidad del recurso
hídrico es amplia, por lo cual, a continuación se muestran las principales normas que tienen
relación con el objeto de estudio.
Tabla 2. Marco legal
TIPO
JURÍDICO NORMA TÍTULO OBJETO DE LA NORMAL
Decreto
3930 de
2010
Por el cual se reglamenta
parcialmente el Título I de
la Ley 9ª de 1979, así como
el Capítulo II del Título VI -
Parte III- Libro II del
Decreto-ley 2811 de 1974
en cuanto a usos del agua y
residuos líquidos y se dictan
otras disposiciones.
El presente decreto establece
las disposiciones relacionadas
con los usos del recurso hídrico,
el Ordenamiento del Recurso
Hídrico y los vertimientos al
recurso hídrico, al suelo y a los
alcantarillados.
24
Continuación Tabla 3. Marco legal
TIPO
JURÍDICO NORMA TÍTULO OBJETO DE LA NORMAL
Resolución 1207 de
2014
Por la cual se adoptan
disposiciones relacionadas
con el uso de aguas
residuales tratadas.
La presente resolución tiene
por objeto establecer las
disposiciones relacionadas con
el uso del agua residual tratada y
no aplica para su empleo como
fertilizante o acondicionador de
suelos.
Resolución 631 de
2015
Por el cual se establecen
los parámetros y los valores
límites máximos permisibles
en los vertimientos
puntuales a cuerpos de agua
superficiales y a los
sistemas de alcantarillado
público y se dictan otras
disposiciones.
La presente resolución
establece los parámetros y los
valores límites máximos
permisibles que deberán cumplir
quienes realizan vertimientos
puntuales a los cuerpos de agua
de aguas superficiales y a los
sistemas de alcantarillado
público. Igualmente se
establecen los parámetros objeto
de análisis y reporte por parte de
las actividades industriales como
a comerciales o servicios, de
conformidad con el artículo 18
de la presente resolución.
Fuente: Autores
25
6. METODOLOGÍA
Para llevar a cabo el desarrollo del proyecto se seleccionó una metodología de tipo cualitativa
y de caso; la primera se eligió dado a que se realizó la caracterización de parámetros
fisicoquímicos, para proporcionar su posterior análisis y determinación de la eficiencia; y de
caso, ya que se analizan y formulan alternativas que conducen al mejoramiento del sistema de
tratamiento empleado en el baño portátil. El proyecto se llevó a cabo en 4 fases, las cuales son:
1. Fase 1: Diagnostico preliminar.
2. Fase 2: Revisión y elección de alternativas.
3. Fase 3: Etapa de diseño.
4. Fase 4: Evaluación de la eficiencia.
Fase No. 1 - Revisión documental:
Se realizó una revisión bibliográfica mediante la cual se buscó afianzar conocimientos acerca
de sistemas de tratamiento de aguas residuales para baños portátiles y manejo de lodos residuales
productos del tratamiento. Así como también la obtención de información acerca de materiales
indicados para la implementación del sistema.
Diagnostico preliminar y monitoreo inicial.
Por medio de la revisión del funcionamiento inicial del sistema de tratamiento se estableció
un diagnostico preliminar acerca del sistema de tratamiento utilizado inicialmente, para
determinar esto se llevaron a cabo las siguientes actividades:
- Descripción de los sistemas de tratamiento iniciales teniendo en cuenta el sistema de
tratamiento anaerobio para aguas residuales y la unidad de desinfección posterior.
- Elaboración de memorias de cálculo y planos con respecto al diseño inicial.
26
- Se estableció un plan de monitoreo, bajo el cual se determinó la eficiencia del diseño
inicial, por medio de una caracterización fisicoquímica del agua que llega a los sistemas
de tratamiento de aguas residuales a partir del análisis de los siguientes parámetros,
teniendo en cuenta sus respectivos métodos:
Ph: Método electrométrico- Multiparametro Hanna.
Temperatura: Método electrométrico- Multiparametro Hanna.
DQO: Nanocolor y Hach
DBO5: Incubación por 5 días, botella Velp.
Solidos suspendidos: Diferencia de pesos
Coliformes: Técnica de sustrato definido por el método de número más probable.
El plan de monitoreo se planteó a través de la determinación de parámetros fisicoquímicos
disponibles en el laboratorio; ya que se deben tener en cuenta estos mismos para evaluar las
posibles afectaciones a la salud humana, dado a que dentro de su proceso se recircula el agua,
siendo esta un agua de contacto secundario.
- Se establecieron periodos de muestreo que fueron determinados teniendo en cuenta los
tiempos de funcionamiento y estabilización del sistema.
Fase No. 2 - Revisión y elección de alternativas
Se realizó un análisis detallado de la información recolectada en la fase anterior con el fin de
establecer la alternativa más acorde con respecto al rediseño del tratamiento inicial buscando
optimizar su eficiencia. Esto se llevó a cabo a través de una matriz de ponderación mediante la
cual se evaluaron las alternativas por medio de valores previamente establecidos.
27
Fase No. 3 – Diseño
Una vez procesada la información se procedió a realizar el diseño del sistema de tratamiento y
ensamblaje del baño portátil. Dentro del proyecto se consideran varios diseños independientes
que contemplan:
- Diseño de cabina de baño portátil y sistema de tratamiento aguas residuales.
- Diseño sistema hidráulico de evacuación y recirculación.
- Diseño de tratamiento para lodos residuales del sistema.
- Memorias de cálculo y planos correspondientes a los diseños realizados.
- Elaboración del manual de operaciones y mantenimiento.
Fase No. 4 – Evaluación de la eficiencia
Para esta etapa se planteó un plan de monitoreo para llevar a cabo la caracterización
especifica de los parámetros fisicoquímicos disponibles en el laboratorio para las aguas
residuales en la fase de tratamiento y de recirculación, esto durante periodos de tiempo
previamente establecidos bajo un criterio lógico teniendo en cuenta el funcionamiento del nuevo
diseño.
Se estableció el uso de pruebas piloto de los sistemas de tratamiento planteados, mediante los
cuales pudo comprobarse la eficiencia de los mismos.
28
7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
7.1. DIAGNÓSTICO PRELIMINAR
Con el fin de establecer un diagnóstico inicial en cuanto al funcionamiento y eficiencia del
tratamiento, se realizó un seguimiento del ejercicio del baño portátil teniendo en cuenta sus
características físicas, particularidades de funcionamiento y eficiencia en general del sistema
inicial.
7.1.1. Diagrama de flujo del funcionamiento del baño portátil inicial.
El baño portátil propuesto en el presente proyecto no cuenta con ningún tipo de tratamiento
que implique sustancias químicas, por lo tanto su estructura física y procedimientos internos
difieren de los baños portátiles convencionales.
En el siguiente esquema se presentan las etapas de actividad del baño portátil, teniendo en
cuenta el curso del fluido a tratar.
Grafica 1. Etapas de actividad del sistema de tratamiento anaerobio del baño portátil
Fuente: Autores
1. Descarga de agua en el sanitario después de su uso.
2. Ingreso del afluente al reactor anaerobio de pantalla
para su tratamiento.
3. Tratamiento de desinfección del efluente por
medio de un sistema de cloración.
4. Conducción a sistema de bombeo para posterior reciculacion del fluido.
29
1) En esta etapa el usuario del baño realiza la descarga de agua a través de un sistema de
succión mecánica, accionada por un pedal ubicado en el suelo de la cabina del baño.
2) Una vez realizada la descarga, el afluente ingresa directamente al sistema de tratamiento
de agua residual que consta de un reactor anaerobio de pantalla, el cual está compuesto
por una cámara de sedimentación donde se remueve gran parte de los sólidos
sedimentables; y una cámara de digestión donde se lleva a cabo un proceso de
degradación por parte de microorganismos anaerobios. El sistema cuenta con conductos
para la depuración de los gases producidos a lo largo del proceso. Adicionalmente se
cuenta con un tanque de almacenamiento de agua tratada para posterior uso.
3) Posteriormente se efectúa la desinfección del efluente, por medio de un sistema de
desinfección; Este funciona por erosión de pastillas de hipoclorito de sodio al 15%,
suministradas al sistema, efectuando de esta manera la eliminación de microorganismos
patógenos con el fin de garantizar la calidad del agua para posterior recirculación y uso.
4) En esta etapa el sistema de bombeo se encarga de recircular el agua previamente tratada
para nuevo abastecimiento del sanitario.
7.1.2. Memoria de cálculo del sistema anaerobio
El diseño inicialmente planteado por la empresa Quimerk LTDA, para el tratamiento del agua
residual del baño portátil, constaba de un reactor anaerobio de pantalla, el cual constaba con las
siguientes características de diseño:
30
Tabla 4. Parámetros de diseño del sistema de tratamiento anaerobio
PARÁMETROS DE DISEÑO DE TRATAMIENTO ANAEROBIO
Usuarios U 70 usos/baños*día
Caudal Q
8 L/descarga
0,56 m3/día
5,6E-06 m3/s
0,0056 L/s
Demanda Biológica de Oxigeno en el
Afluente DBO5 213 mg/L
Demanda Química de Oxigeno en el
Afluente So 425 mg/L
Temperatura To 19 °C
Coeficiente de Producción de Sólidos Y 0,1 Kg
SST/KgDQOapl
Coeficiente de Producción de Sólidos en
términos de DQO Yobs 0,21
Kg
DQOlodo/KgDQOa
pl
Concentración esperada para lodo de
descarte C 3 %
Densidad de lodo ᵟ 1020 KgSST/m3
Tiempo Hidráulico de retención THR 12 horas
Profundidad del reactor H 0,7 m
Presión atmosférica del lugar P 1 atm
DQO equivalente del metano K 64 CH4-DQO/mol
constante de los gases ideales R 0,08206 atm*l/mol*ºK
Temperatura en centígrados del lugar T 20 oC
Temperatura T 293 oKelvin
Volumen de agua tratada
0,252 m3
252 L
Borde libre
15 %
0,0378 m3
37,8 L
Volumen de lodos
0,06 %
0,0001512 m3
0,1512 L
Volumen útil 0,2140488 m3
214,0488 L
Fuente: Autores
31
7.1.3. Esquema general del baño portátil
El diseño consiste en un baño portátil que cuenta con un sistema integrado de tratamiento
bilógico y recirculación del efluente, en su diseño inicial funcionaba con un reactor anaerobio de
pantalla para el tratamiento de las aguas residuales y con un sistema de filtración y pulición para
tratamiento de aguas grises.
El baño en su funcionamiento general posee un sistema de tratamiento de aguas residuales, el
cual es el objeto de este proyecto; también está compuesto por un sistema de aguas grises que
funciona de manera adecuada y no requiere de modificaciones, que cuenta con una serie de
filtros de absorción y pulición para posterior reuso, estos tratamientos se emplean con el fin de
garantizar un uso racional del recurso hídrico y así mismo cumplir con los límites permisibles de
calidad establecidos por la ley, garantizando condiciones óptimas del fluido para uso posterior al
tratamiento.
Figura 4. Diseño modular del baño portátil
Fuente: Autores
32
Es un sistema modular de fácil transporte y ensamblaje, fabricado con poliéster reforzado en
fibra de vidrio, está compuesto de un orinal seco, inodoro y lavamanos, en la parte exterior
cuenta con escaleras de acceso y claraboyas de iluminación.
El sistema de tratamiento está diseñado para recibir las descargas de dos unidades sanitarias,
es decir que se cuenta con dos cabinas de baño independientes que son evacuadas al mismo
sistema, el sistema está diseñado para una cantidad total de 35 usos diarios por cabina, es decir
70 usos generales en el día.
Internamente el baño está compuesto por las partes descritas a continuación:
Tabla 5. Instalaciones hidráulicas del baño portátil
Accesorio Dimensiones (m) Descripción
Inodoro
H=0,40m
L=0,55m
A=0,43m2
R=0,14m
Estos accesorios están fabricados con
poliéster reforzado en fibra de vidrio, cuentan
con el debido sistema de abastecimiento de agua
y tubería de drenaje.
Se manejan dimensiones estándar para
sistemas sanitarios de baños portátiles. Lavamanos
R=0,19m
H=0,15m
Orinal
R=0,11m
H=0,40m
H=Altura
L=Lado
A=Ancho
R=Radio
El orinal seco adicionalmente contiene un
accesorio que permite el paso de la orina a través
de un cartucho que contiene en su interior una
trampa química biodegradable que no contamina
y no permite la devolución de olores, este
cartucho tiene una duración para 7000 usos y es
de fácil recambio.
Fuente: Autores
33
Figura 5. Instalaciones sanitarias que componen el baño portátil
Fuente: Autores
Figura 6. Estructura general del baño, vista lateral
Fuente: Autores
34
Figura 7. Estructura general del baño, vista frontal
Fuente: Autores
Figura 8. Estructura general del baño portátil, vista trasera
Fuente: Autores
35
7.1.4. Esquema reactor anaerobio
Las cámaras del reactor están formadas por pantallas donde el agua residual tiene un flujo
horizontal. De esta forma las partículas agrupadas de biomasa pasan de un lado al otro por las
diferentes cámaras para así tratar el afluente proveniente de la descarga del inodoro. Para
facilitar la evacuación de gases, el reactor se encuentra abierto a la atmósfera, esto acelera las
tasas de remoción (Jaramillo, 2005); el principal gas evacuado es el metano (CH4) que por el
tipo de desecho no se producirá en cantidades suficientes para utilizarlo.
Figura 9. Reactor anaerobio. Vista longitudinal
Fuente: Autores
Figura 10. Reactor anaerobio. Vista en planta
Fuente. Autores
36
7.1.5. Esquema unidad de desinfección
La cloración es el método más habitual para la eliminación de microorganismos patógenos del
agua logrando una correcta desinfección a partir de determinadas concentraciones de cloro libre
en un tiempo de contacto determinado.
Figura 11. Sistema de Cloración
Fuente: Autores
7.1.6. Plan de monitoreo
Para conocer la eficiencia del sistema de tratamiento de agua residual incorporado en el baño
portátil y la calidad del agua que está siendo tratada, se llevó a cabo el análisis de parámetros
fisicoquímicos que permitan determinar la capacidad depuradora del tratamiento realizado por el
reactor anaerobio de pantalla e identificar sus posibles fallas.
Para esto se llevaron a cabo muestreos simples en la entrada y la salida del sistema de
tratamiento.
A continuación se hace referencia a los parámetros a evaluar y su justificación, así como el
procedimiento que se llevó acabo para la determinación de los mismos.
37
7.1.6.1.pH
Este es un factor determinante de la actividad enzimática que generan los microorganismos
sobre la materia orgánica, pues su concentración influye directamente en las reacciones
bioquímicas y biológicas que ocurren en el sistema, por lo tanto es un factor que se debe
controlar ya que para un funcionamiento óptimo del tratamiento anaerobio el pH debe
mantenerse entre 6,8 y 7,2, (Simona, 2016) dado que la digestión por parte de las bacterias
acetógenas y metanógenas se dan entre este rango.
7.1.6.2.Temperatura
La temperatura es una de las variables que más influyen en el proceso, pues de esta dependen
las velocidades de reacción con las que se lleva a cabo el proceso biológico; el control de la
temperatura es fundamental en este proceso, por ende se debe tener en cuenta que la etapa
mesofilica debe darse entre 20 y 45°C y la etapa termofilica entre 45 y 50°C (MESSA, 2006), ya
que de esta manera se da el proceso de degradación de la materia orgánica.
7.1.6.3.Demanda Química de Oxigeno (DQO)
Debido a que el tratamiento inicialmente establecido en el baño portátil es anaerobio y no
requiere de oxígeno para la degradación de la materia orgánica es importante hacer el
seguimiento de DBO, con el fin de determinar la eficiencia del tratamiento en estas condiciones.
7.1.6.4.Ácidos grasos volátiles
La concentración óptima de AGV en el efluente debe ser de 300 mg/L y debe mantenerse en
estos niveles, ya que un incremento por encima de la capacidad buffer del sistema tiene un efecto
inhibidor de los compuestos intermedios que se producen en función de su grado de ionización
(MESSA, 2006). Una cantidad excesiva de AGV en el sistema puede ser provocada por la
38
presencia de una carga orgánica muy elevada, por una caída en la temperatura o por la
acumulación de mucha espuma, fundamentalmente.
7.1.6.5.Sólidos suspendidos y totales
La determinación de los sólidos es una prueba indispensable para la operación de reactores
biológicos, que junto con otros parámetros, proporciona información de la eficiencia de
remoción del proceso, e indirectamente, de la concentración de biomasa bacteriana en el reactor.
7.1.6.6.Coliformes
Debe realizarse la evaluación de este parámetro para evaluar la eficiencia de depuración del
sistema de tratamiento empleado y así mismo cerciorarse de que no haya contenido de materia
fecal en el suministro de agua de segundo contacto.
Cuantifica la capacidad del agua residual de neutralizar ácidos. Se mide en mg de CaCO3/L.
Es debida principalmente a la presencia de iones bicarbonato, carbonato e hidroxilo.
A continuación se establecen los volúmenes necesarios para la toma de muestras de los
parámetros anteriormente señalados.
Tabla 6. Volumen de muestra necesaria para determinación de parámetros fisicoquímicos
Parámetro Volumen de
muestra (ml) Preservación
Almacenamiento
máximo
pH 0 Análisis inmediato insitu
Temperatura 0 Análisis inmediato insitu
Solidos
suspendidos y
totales
400 Refrigerar 2 a 7 días
Demanda
Química de
oxigeno (DQO)
20
Analizar lo más pronto
posible, o agregar H2SO4
hasta pH<2; refrigerar.
28 días
39
Continuación Tabla 7. Volumen de muestra necesaria para determinación de parámetros fisicoquímicos
Parámetro Volumen de
muestra (ml)
Preservación Almacenamiento
máximo
Demanda
Biológica de
oxigeno (DBO5)
1000 Refrigerar 48 horas
Ácidos grasos
volátiles 200 Refrigerar 14 días
Coliformes
totales 500
Mantener a temperatura
ambiente 48 horas
Coliformes
fecales 500
Mantener a temperatura
ambiente 48 horas
Fuente: IDEAM
Se estableció un periodo de monitoreo de 2 meses durante los cuales se determinaron las
siguientes frecuencias en cuanto al seguimiento de los parámetros anteriormente mencionados.
Tabla 8. Frecuencias para realizar el monitoreo
Parámetros Unidades Frecuencia
pH NFU 3 veces/ semana
Temperatura °C 1 vez/ semana
Solidos suspendidos y totales mg/L 1 vez/ semana
Demanda Química de oxigeno (DQO) mg/L 3 veces/ semana
Demanda Biológica de oxigeno (DBO5) mg/L 1 vez/ semana
Ácidos grasos volátiles mg/L 1 vez/ semana
Coliformes totales NMP 1 vez/ semana
Coliformes fecales UFC/100 ml 1 vez/ semana
Fuente: Autores
7.1.7. EFICIENCIA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO INICIAL
Teniendo en cuenta el plan de seguimiento y monitoreo de los parámetros especificados se
realizó un análisis de los valores de entrada y salida del tratamiento inicial, y por medio del cual
40
se determinó la eficiencia del sistema; a continuación se presentan los datos obtenidos y la
eficacia calculada.
Para calcular la eficiencia se empleó la siguiente ecuación:
Tabla 9. Resultados del monitoreo durante la primera semana
Semana 1: 09 de enero al 14 de enero
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
09/01/2017
pH 3 veces/ semana Unidades
7,5 4,9 -
12/01/2017 7,2 5,2 -
14/01/2017 7,3 5,1 -
09/01/2017
Temperatura 3 veces/ semana °C
19 19 -
12/01/2017 17,9 18 -
14/01/2017 19 19 -
12/01/2017 A. grasos volátiles 1 vez/ semana mg/L - 2200 -
12/01/2017 SST 1 vez/ semana mg/L 315 148 53
12/01/2017 DQO 2 veces/ semana mg/L
422 235 44
14/01/2017 429 239 44
12/01/2017 DBO 1 vez/ semana mg/L 215 108 50
12/01/2017 Coliformes totales 1 vez/ semana NMP 1,00E+04 5,60E+03 44
Fuente: Autores
Tabla 10. Resultados del monitoreo durante la segunda semana
Semana 2: 16 de enero al 21 de enero
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
16/01/2017
pH 3 veces/ semana unidades
7,1 5 -
19/01/2017 7,3 4,8 -
21/01/2017 7,1 4,9 -
16/01/2017
Temperatura 3 veces/ semana °C
19 19,3 -
19/01/2017 19 18,5 -
21/01/2017 19 19,1 -
19/01/2017 A. grasos volátiles 1 vez/ semana mg/L - 2230 -
19/01/2017 SST 1 vez/ semana mg/L 329 155 53
19/01/2017 DQO 2 veces/ semana mg/L
420 237 44
21/01/2017 430 240 44
19/01/2017 DBO 1 vez/ semana mg/L 215 108 50
19/01/2017 Coliformes totales 1 vez/ semana NMP/100ml 1,50E+04 6,60E+03 56
Fuente: Autores
% 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =(𝐸𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 − 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑒𝑚𝑎)
(𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎)𝑋100
41
Tabla 11. Resultados del monitoreo durante la tercera semana
Semana 3: 23 de enero al 28 de enero
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
23/01/2017
pH 3 veces/ semana unidades
7,3 5,2 -
26/01/2017 7 4,9 -
21/01/2017 7,2 5 -
23/01/2017
Temperatura 3 veces/ semana °C
19,2 19,2 -
26/01/2017 19 19,1 -
21/01/2017 18,9 19 -
23/01/2017 A. grasos volátiles 1 vez/ semana mg/L - 2300 -
23/01/2017 SST 1 vez/ semana mg/L 298 145 51
23/01/2017 DQO 2 veces/ semana mg/L
438 234 47
28/01/2017 435 238 45
23/01/2017 DBO 1 vez/ semana mg/L 225 123 45
23/01/2017 Coliformes totales 1 vez/ semana NMP/100ml 1,03E+04 4,90E+03 52
Fuente: Autores
Tabla 12. Resultados del monitoreo durante la cuarta semana
Semana 4: 02 de febrero al 10 de febrero
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
02/02/2017
pH 3 veces/ semana unidades
7,5 5,1 -
06/02/2017 7,3 5 -
09/02/2017 7,6 4,8 -
02/02/2017
Temperatura 3 veces/ semana °C
19 19,1 -
06/02/2017 19 19 -
09/02/2017 18,9 19,3 -
02/02/2017 A. grasos volátiles 1 vez/ semana mg/L - 2300 -
02/02/2017 SST 1 vez/ semana mg/L 298 145 51
02/02/2017 DQO 2 veces/ semana mg/L
445 254 43
06/02/2017 450 248 45
02/02/2017 DBO 1 vez/ semana mg/L 230 129 44
06/02/2017 Coliformes totales 1 vez/ semana NMP/100ml 1,13E+04 5,90E+03 48
Fuente: Autores
Tabla 13. Resultados promedio obtenidos del diagnóstico preliminar.
Promedio
Parámetros Unidad Entrada Salida Norma Si/ no cumple % Ef. Esper. %Ef. Prom
pH Unidades 7,3 5,0 - - - -
Temperatura °C 18,9 19 - - - -
A. grasos
volátiles mg/L - 2261 - - - -
SST mg/L 310 148 100 NO 69 52
DQO mg/L 434 241 200 NO 80 45
DBO mg/L 221 117 30 NO 75 47
Coliformes
totales NMP/100ml 1,17E+04 5,75E+03 1,00E+04 SI 90 51
Fuente: Autores
Como se observa en las siguientes gráficas los parámetros se mantienen constantes teniendo
en cuenta que el sistema se encontraba previamente estabilizado, sin embargo, según su
42
rendimiento se evidencia una eficiencia insuficiente con respecto a los parámetros a cumplir
respecto a la norma.
Grafica 2. Comportamiento del pH en el tratamiento de lodos activados
Fuente: Autores
Grafica 3. Comportamiento de la temperatura
Fuente: Autores
0
1
2
3
4
5
6
7
8
05/01/17 15/01/17 25/01/17 04/02/17 14/02/17
UN
IDA
DE
S D
E P
H
FECHA
Comportamiento del pH
pH Entrada
pH Salida
17,8
18
18,2
18,4
18,6
18,8
19
19,2
19,4
05/01/17 15/01/17 25/01/17 04/02/17 14/02/17
°C
FECHA
Comportamiento temperatura
Temperatura
entrada
Temperatura salida
43
Grafica 4. Comportamiento de los Ácidos grasos volátiles y los Solidos suspendidos totales
Fuente: Autores
Grafica 5. Comportamiento de la DQO y la DBO en el tratamiento anaerobio
Fuente: Autores
0
500
1000
1500
2000
2500
10/01/1715/01/1720/01/1725/01/1730/01/1704/02/17
mg/L
FECHA
Comportamiento de A. grasos volatiles y SST
A. grasos entrada
A. grasos salida
SST entrada
SST salida
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
05/01/17 15/01/17 25/01/17 04/02/17 14/02/17
mg/L
FECHA
Comportamiento de la DQOy DBO
DQO entrada
DQO Salida
DBO entrada
DBO salida
44
Grafica 6. Comportamiento de los Coliformes Totales en el tratamiento anaerobio
Fuente: Autores
En el sistema inicialmente aplicado para el tratamiento de las aguas residuales del baño
portátil, es determinante el comportamiento de las bacterias con respecto a la degradación de
materia orgánica , ya que estas son las encargadas de la actividad depuradora en el fluido, con
referencia a lo anterior se llevó a cabo el análisis de diferentes parámetros que pueden determinar
la eficiencia del sistema, donde sus resultados arrojaron que se tiene una eficacia deficiente de
acuerdo a los valores presentados anteriormente.
Al comienzo de la degradación anaerobia (fermentación ácida) el pH desciende debido a la
fermentación de ácidos orgánicos. Ya que en la última etapa (fermentación metanica) estos
ácidos se rompen haciendo que el pH aumente (uncuyo, 2010), sin embargo para el caso, se
encontró que el nivel de pH se mantiene bajo aumentándose la cantidad de ácidos grasos
volátiles (AGV), lo cual provoca una inhibición de los microorganismos, disminuyendo así la
degradación de la materia orgánica (M.O).
0,00E+00
2,00E+03
4,00E+03
6,00E+03
8,00E+03
1,00E+04
1,20E+04
1,40E+04
1,60E+04
05/01/1715/01/1725/01/1704/02/17
NM
P/1
00
ML
FECHA
Comportamiento de los Coliformes totales
Coliformes entrada
Coliformes salida
45
El límite de concentración de ácidos volátiles para que el proceso sea estable puede variar
entre los 200 mg/L (referido a ácido acético equivalente) y los 1900 mg/L, concentración a la
que se inhiben las bacterias metanogénicas pero no así las acidogénicas. (Simona, 2016)
Teniendo en cuenta una concentración de 2261 mg/L de ácidos volátiles analizados en el
sistema se precisa de alguna sustancia que incremente el valor del pH, ya que éste no debe estar
por debajo de 6,2; puesto que a un pH de 5 se está creando un medio tóxico para las bacterias
metanogénicas inhibiendo el proceso, es por esto que para mantener un proceso óptimo del
tratamiento es necesario adicionar sustancias alcalinas que permitan el equilibrio y estabilización
sistema.
Debido a que la etapa metanogénica no es completada apropiadamente, la remoción de DBO
es inferior a la esperada, ya que convencionalmente se espera una remoción de 75%
aproximadamente, sin embargo se encontró una eficiencia del 47% para este parámetro. Se
estableció este parámetro, aunque su análisis no es de vital importancia debido a que se tiene un
tratamiento anaerobio.
Es importante tener en cuenta que la temperatura óptima para el funcionamiento del reactor
anaerobio se debe encontrar en un rango mesofílico, es decir de 25 a 35 °C. De acuerdo al
seguimiento realizado al sistema se determinó que la temperatura promedio a la que opera el
tratamiento es de 19 °C, lo que indica que no se está alcanzando la temperatura apropiada para el
desarrollo de la actividad microbiana.
La DQO es un parámetro que determina la cantidad de M.O químicamente oxidable contenida
en el sustrato. Teniendo en cuenta esto, para el sistema aplicado se observa que la remoción no
fue significativa con respecto al tratamiento aplicado, lo cual puede explicarse dada la
disminución de la actividad microbiana producto de un desequilibrio en el sistema. Se tiene una
46
eficiencia de remoción de DQO del 45% siendo menor a la esperada, y donde se puede observar
que su remoción se ve afectada por la temperatura que se tiene en el tratamiento, puesto que para
obtener una remoción de al menos 55 a 75% se requieren temperaturas mayores de 20°C.
Al encontrarse una deficiente degradación de la M.O en el reactor, se evidencia presencia de
coliformes totales y fecales que exceden el límite esperado de remoción, lo cual no garantiza la
calidad del agua para posterior recirculación.
7.2.REVISIÓN Y ELECCIÓN DE ALTERNATIVAS.
A partir de una exhaustiva revisión bibliográfica y de acuerdo al diseño existente en la
actualidad, se realizó una revisión de alternativas de tratamiento teniendo en cuenta términos de
viabilidad técnica y económica.
De acuerdo a esto se organizó la información correspondiente en un cuadro comparativo,
mediante el cual se pretenden destacar las alternativas viables, describiendo las ventajas y
desventajas de cada sistema, y atribuyéndoles valores significativos que permitan la elección de
manera cualitativa y cuantitativa de la mejor alternativa.
Tabla 14. Ponderación asignada para evaluar criterios.
Ponderación Valor
Características 0-1,25
Ventajas 0-1,25
Desventajas 0-1,25
Costos 0-1,25
Total 5
Fuente: Autores
47
Tabla 15. Valores para calificar criterios.
Sub- valores Calificaciones
0 - 0,25 No tener en
cuenta
0,26 - 0,5 Mala
0,51 - 0,75 Media
0,76 - 1 Buena
1,1 – 1,25 Excelente
Fuente: Autores
Tabla 16. Calificación general
Rango Calificación
0-1 No tener en cuenta
1-2 Mala
2-3 Media
3-4 Buena
4-5 Excelente
Fuente: Autores
48
Tabla 17. Evaluación de alternativas
Alt
ern
ati
va
Característica Porcentaje de
eficiencia
Pu
nta
je
ind
ivid
ual
Ventajas
Pu
nta
je
ind
ivid
ual
Desventajas
Pu
nta
je
ind
ivid
ual
Costos
Pu
nta
je
ind
ivid
ual
Pon
der
aci
ón
Biodiscos
Es un conjunto de discos
fijos de 3 a 4 m, adaptados
en un tanque de concreto.
Los discos giran a
velocidades entre 1 y 2
r.p.m para realizar un
proceso biológico
anaerobio, remueve materia
orgánica soluble y coloidal
presente en el agua residual,
bajo condiciones aeróbicas.
(Martinez, 2001)
Las remociones
de DBO obtenidas
varían entre el 80 y
90%, dependiendo
del tipo de agua a
tratar.
1
-No existen problemas
de ruido ni presencia de
vectores.
-Los biodiscos se
recuperan más rápido de
la entrada de tóxicos al
proceso que cualquier
otro tipo de proceso
biológico.
-Las ampliaciones del
sistema pueden hacerse
fácilmente, porque
nuevos módulos de
biodisco pueden
añadirse con facilidad.
(Martinez, 2001)
1,1
-Requiere un tiempo
muy largo para
alcanzar la estabilidad
-Es un proceso
relativamente nuevo
que no cuenta con
parámetros de diseños
definidos.
- Por presentar tres
fases, gaseosa, liquida
y solidos es difícil
definirlo como un
modelo matemático
simple.
- Requiere de un área
considerablemente
grande debido al
tamaño de los discos.
-Requiere de mínimo
4 etapas para su
correcto
funcionamiento.
(Martinez, 2001)
0,55
Los costos de
puesta en marcha y
mantenimiento son
muy elevados, se
estima una
inversión
aproximada de
$4´500,000.
0,5 3,15
49
Reactor
aerobio tipo
lodos
activados.
Es un sistema ecológico
formado por muchos tipos
diferentes de
microorganismos juntos con
materiales inertes orgánicos
e inorgánicos. (Winkler,
1986)
Consiste en un proceso
biológico de contacto, en el
que los organismos vivos
aerobios y los sólidos
orgánicos de las aguas
residuales se mezclan
íntimamente en un medio
ambiente favorable para la
descomposición aeróbica de
los sólidos. (Hilleboe, 1962)
El tratamiento
convencional de las
aguas residuales
domesticas da del 90
a 95% de DBO
removida
1,2
-Los lodos activados
con sus organismos
vivos, tienen la
propiedad de absorber o
adsorber la M.O
coloidal y disuelta,
incluyendo el amoniaco
de las aguas residuales,
con lo que disminuye la
cantidad de solidos
suspendidos.
-Algunas bacterias de
lodo activado atacan las
substancias complejas
originales, produciendo
como desecho
compuestos más
simples.
-El tiempo de retención
es de aproximadamente
10 horas; y de este
tiempo, solo se
necesitan 6 horas para la
adecuada remoción de
la DBO y el tiempo
adicional permite que
tenga lugar la
nitrificación.
1,22
-La eficiencia del
proceso depende de
que se mantenga
continuamente
oxígeno disuelto en
las aguas residuales
durante todo el
tratamiento.
0,62
Teniendo en
cuenta que el
sistema requiere la
instalación de un
difusor de aire el
cual depende de
electricidad,
tuberías de
recirculación y
desecho de lodos
residuales se estima
una inversión
aproximada de
$2’100,000.
0,75 3,79
50
Filtro
percolador
Los filtros percoladores son
procesos de biopelícula en
condiciones aerobias. Este
tratamiento consiste en
pasar el agua residual desde
la parte superior del filtro
sin inundar, a través de un
material de relleno sobre el
que crecen los
microorganismos, que
forman una biopelícula de
espesor variable,
normalmente de algunos
milímetros. (aguas, s.f.)
Convencionalmente
se alcanzan
eficiencias entre el
60 y 85% en
remoción de DBO.
0,8
-No requieren de
energía eléctrica para la
aireación.
-Son menos sensibles a
la presencia de
sustancias toxicas en el
afluente
-Son de sencilla
operación
1,1
-Requiere una
geometría específica
para su correcto
funcionamiento, la
cual no se adapta a las
dimensiones del baño
portátil
-El rendimiento es
bajo con respecto a
otro tipo de sistemas
aerobios.
-Se producen olores
ofensivos y puede
generar presencia de
vectores.
0,48
Debido al material
de relleno y costos
de mantenimiento
se considera un
tratamiento costoso
con respecto a otros
similares. Se estima
una inversión
aproximada de
$3´200.000
0,5 2,88
51
Floculación
iónica
Consiste en el efecto de
radiación iónica producida
por la actividad de
ultrafrecuencia
electromagnética, la cual
afecta las moléculas ajenas
al medio, disociandolas y
modificándolas, alterando
sus características
contaminantes dando como
resultado moléculas
elementales del soluto
totalmente neutras.
(Arteaga, 2014)
Se alcanzan
eficiencias entre el
60 y 90% en
remoción de DBO.
(Arteaga, 2014)
1
-No requiere ningún
insumo químico ni
orgánico.
-Los lodos resultantes
son inactivos por lo que
se pueden
industrizalizar.
- El tiempo de
sedimentación es de 30
minutos a una hora
1,1
-Requiere de un
consumo de energía,
por lo tanto los costos
de mantenimiento
pueden aumentar.
-Liberación de gases
al ambiente, por el
proceso de separación
de moléculas,
causando
contaminación
atmosférica.
0,50
Los costos de
puesta en marcha y
mantenimiento son
muy elevados, se
estima una
inversión
aproximada de
$ 5.000.000
0,7 3,33
Fuente: autores
52
De acuerdo al análisis de la información anteriormente relacionada en la tabla de
ponderación de alternativas, se establece que el sistema de tratamiento más adecuado con
respecto al planteamiento del proyecto es un reactor aerobio tipo lodos activados, con un
resultado de 3,75 en, de acuerdo al resultado obtenido en la ponderación de valores para
esta alternativa.
7.3.DISEÑO DE NUEVA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO
Es importante resaltar en esta parte de la investigación, que la estructura física exterior
del baño portátil se va a mantener de acuerdo al diseño inicial ya que no se requiere un
espacio extra para la implementación del nuevo sistema.
7.3.1. Diagrama de flujo del funcionamiento del baño portátil inicial.
El baño portátil propuesto en el presente proyecto no cuenta con ningún tipo de
tratamiento que implique sustancias químicas, por lo tanto su estructura física y
procedimientos internos difieren de los baños portátiles convencionales.
En el siguiente esquema se presentan las etapas de actividad del baño portátil, teniendo
en cuenta el curso del fluido a tratar.
Figura 12.Etapas de actividad del baño portátil
Fuente: Autores
1. Descarga de agua en el sanitario
después de su uso.
2. Ingreso del afluente al sistema de
tratamiento de losdos activados.
3. Tratamiento de desinfeccion del efluente
por medio de un sistema de cloracion
4. Conduccion a sistema de bombeo para posterior reciculacion del fluido.
53
1) En esta etapa el usuario del baño realiza la descarga de agua a través de un
sistema de succión mecánica, accionada por un pedal ubicado en el suelo de la
cabina del baño.
2) Una vez realizada la descarga, el afluente ingresa directamente al sistema de
tratamiento de agua residual que consiste de un sistema de tratamiento de lodos
activados compuesto por tres cámaras; siendo la primera un tanque de aireación
donde se encuentran integrados en la parte inferior dos difusores de aire,
encargados de generar un caudal de aire el cual entra en contacto directo con el
agua residual a tratar para así generar un floc biológico y a su vez agregar
oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle adecuadamente, los difusores
instalados en la cámara de aireación, son de tipo disco con un diámetro de 178
mm, capaces de transferir 17 Nm3/h de flujo de aire, requerido para generar una
corriente de aire prolongada y que a su vez proporciona una dosis de 1 a 3 mg/L
(Armando Marín Ocampo & Manuel Osés Pérez, 2013) de oxígeno disuelto , el
cual favorece al desarrollo de las bacterias aerobias. Los lodos activados
generados por floculación, deben ser separados del licor mezclado provenientes
del tanque de aireación, proceso que se realiza en el tanque de sedimentación, en
donde son concentrados en el fondo de este mismo por efecto de la gravedad. La
finalidad de este proceso es conseguir un efluente clarificado con un mínimo de
solidos suspendidos y asegurar el retorno del lodo a la cámara de aireación para
mantener la concentración de microorganismos alta.
La cámara de sedimentación cuenta con una tubería de recirculación de lodos
que va dirigida a cabeza de tratamiento, para que posteriormente el agua
clarificada sea conducida directamente al tanque de almacenamiento.
54
Finalmente los lodos residuales provenientes de esta parte del tratamiento son
conducidos a las eras de secado en las cuales será deshidratado
3) Posteriormente se efectúa la desinfección del efluente, por medio de un clorador;
que funciona por erosión de pastillas de hipoclorito de sodio de alta
concentración (15%) suministrando una concentración de 1.5ppm de cloro. En
esta etapa se efectúa la eliminación de microorganismos patógenos con el fin de
garantizar la calidad del agua para posterior recirculación y uso.
4) En esta etapa el sistema de bombeo se encarga de recircular el agua previamente
tratada para nuevo abastecimiento del sanitario.
7.3.2. Memoria de cálculo del sistema de lodos activados
Para llevar a cabo el diseño del sistema de tratamiento de lodos activados, se tuvieron en
cuenta los parámetros que intervienen en su diseño, como lo es el tiempo de retención
hidráulico, periodo de aireación, entre otras características, y aduanalmente las dimensiones
del tratamiento que inicialmente estaba instalado.
Tabla 18. Parámetros de diseño del sistema de lodos activados
Parámetros de diseño del sistema de lodos activados
Usuarios U 70 usos/baños*día
Caudal Q
8 l/descarga
0,56 m3/día
5,6E-06 m3/s
0,0056 l/s
Dimensiones tanque de
aireación
Lado 0,7 m
Largo 0,6 m
Ancho 0,7 m
Volumen tanque 0,294 m3
Dimensiones tanque de
sedimentación
Lado 0,7 m
Largo 0,7 m
Ancho 0,7 m
Angulo de tolva 30 °
Volumen tanque 0,343 m3
55
Continuación Tabla 19. Parámetros de diseño del sistema de lodos activados
Parámetros de diseño del sistema de lodos activados
Dimensiones tanque de
almacenamiento
Lado 0,7 m
Largo 0,6 m
Ancho 0,7 m
Volumen tanque 0,294 m3
Porcentaje recirculación de
lodos - 60 %
Caudal recirculado Qr 0,336 m3/d
Periodo de aireación θ 5 horas
Carga volumétrica COV 405,7 g DBO/ m3*d
Solidos suspendidos en
licor de mezcla SSLM 2100 mg/l
Aire requerido - 0,0128 m3/min
Fuente: Autores
56
Figura 13. Sistema de tratamiento lodos activados. Vista en longitudinal
Fuente: Autores
57
Figura 14. Sistema de tratamiento de lodos activados. Vista en planta
Fuente: Autores
58
7.3.3. Sistema de cloración
La desinfección es el último proceso en el tratamiento de agua destinada para contacto
humano; mediante esta se garantiza la eliminación de microorganismos patógenos que no
se hayan eliminado durante el proceso de tratamiento, de tal forma que se evite afectar de
alguna manera la salud de las personas.
En el proceso de tratamiento del baño portátil está incluida la cloración como parte de la
desinfección del efluente tratado, que se lleva a cabo con el fin de reducir la mayoría de los
microorganismos patógenos que podrían quedar tras procesos anteriores y así mismo
mejorar la calidad del agua para asegurar el uso de contacto humano.
El sistema de tratamiento cuenta con un equipo de cloración por erosión de tabletas, las
cuales contienen hipoclorito de sodio de alta concentración (15%). Este dosificador se
encarga de disolver gradualmente las tabletas de hipoclorito a una tasa predeterminada
mientras fluye una corriente de agua alrededor de ellas. Este mecanismo proporciona una
concentración de 1.6 ppm de cloro para desinfectar el agua. A medida que las tabletas se
van diluyendo, se reemplazan con otras nuevas que van cayendo por gravedad en la cámara.
7.3.4. Lechos de secado
Debido a que el tratamiento implica la producción de lodos, se implementaron lechos de
secado y caja de lixiviados que son trasladadas con el baño portátil y se adecuan en una
zona adyacente al mismo según la disponibilidad de espacio.
Se diseñaron eras de secado divididas en 4 secciones, con dimensiones generales de 52
cm de alto, 1 m de largo y 40 m de ancho, las cuales tienen una capa de arena y grava de 5
y 10 cm respectivamente y un fondo provisto con tubería de drenaje en forma de espina de
pescado, con ángulos de inclinación de 45°, cuya función es drenar los lixiviados
producidos por la deshidratación de los lodos y así mismo recircular este líquido a la cabeza
59
de tratamiento (en este caso al reactor biológico). El lodo que llega a las eras de secado es
deshidratado por drenaje a través de la masa de lodo y de arena, y por evaporación desde la
superficie expuesta al aire. Las tuberías de conducción del lodo (desde el sedimentador a
las eras) están diseñadas para transportar los lodos a una velocidad de 0,75 m/s, donde
llegan posteriormente a unas arquetas de distribución las cuales desvían el caudal del lodo
hacia la cancha elegida. Frente de las salidas del lodo se encuentran unas placas deflectoras
para favorecer la distribución de aquél sobre la superficie de secado, y para evitar las
salpicaduras y la erosión de la arena.
Una vez el lodo se haya secado completamente y drenado lo suficiente, puede ser
extraído de las eras de secado a través del empleo de palas, carretillas o camiones. De
acuerdo a la temperatura ambiente de la zona en la cual se encuentre emplazado el baño el
tiempo de secado de los lodos puede variar entre 10 y 15 días.
El lodo seco obtenido posee una textura gruesa y agrietada y es de color negro o marrón
oscuro, con un contenido de humedad de 60%.
Tabla 20. Dimensiones para el diseño de las eras de secado
Geometría de la cama de secado Unidad
Longitud m 1
Ancho m 0,4
Alto m 0,52
Área de lecho m2 0,4
Cantidad de eras - 4
Profundidad de lodo aplicado m 0,25
Flujo de lodo m3/día 0,16
Densidad del lodo kg/m3 1200
Volumen del lecho m3 0,20
Tiempo de llenado días 3
Fuente: Autores
60
Tabla 21. Cantidad de arena y grava en las eras de secado
CANTIDAD DE ARENA Y GRAVA
Densidad de la arena kg/m3 1550
Volumen de arena m3 0,02
Masa arena kg 31
Densidad de la grava kg/m3 1450
Volumen de la grava m3 0,04
Masa de grava kg 58
Fuente: Autores
Figura 15. Lechos de secado. Vista frontal
Fuente: autores
Figura 16. Tubería de drenaje para los lixiviados
Fuente: autores
61
7.3.5. Evacuación de gases
El sistema de tratamiento implica en su desarrollo la formación de gases, es por esto que
se incluye un sistema de evacuación de gases, conformados por tuberías de 3” de diámetro
y una longitud de 20 cm, las cuales contienen zeolita y carbón activado con el fin de
depurar los gases producidos en el tratamiento y reducir los olores producidos.
8. EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA.
Para conocer la eficiencia del nuevo sistema de tratamiento de agua residual incorporado
en el baño portátil y la calidad del agua que está siendo tratada, se llevó a cabo el análisis
de parámetros fisicoquímicos que permitan determinar la capacidad depuradora del
tratamiento realizado por el sistema de lodos activados.
A continuación se hace referencia a los parámetros a evaluar y su justificación, así como
el procedimiento que se llevó a cabo para la determinación de los mismos.
8.1.Oxígeno disuelto
Es una de las principales variables a monitorear, dado que es un proceso aerobio, en el
cual la población de bacterias depende de la cantidad de oxígeno disuelto en el reactor para
llevar a cabo el proceso de descomposición de la materia orgánica; por lo tanto debe
procurarse que este se encuentre entre 1 y 3 mg/L dentro del reactor biológico.
8.2.pH
Para mantener los microorganismos activos en el sistema, es importante cerciorarse que
el pH se encuentre en un rango de 6.5 a 8.5 (Armando Marín Ocampo & Manuel Osés
Pérez, 2013) principalmente en el tanque de aireación, pues las bacterias presentes en el
tratamiento dejan de desarrollarse si el pH es menor a 5 o mayor que 10.
62
8.3.Temperatura
La temperatura afecta directamente el nivel de actividad de las bacterias en los sistemas
de lodos activados, y por ende su seguimiento se hace primordial, ya que una variación
fuera del rango de 15°C y 25°C (Armando Marín Ocampo & Manuel Osés Pérez, 2013)
puede afectar la eficiencia del tratamiento.
8.4.Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5)
Es un parámetro de control con respecto a la calidad final del efluente, es necesario
determinarlo para establecer la cantidad de materia orgánica presente al final del
tratamiento.
8.5.Demanda Química de Oxigeno (DQO)
Es un indicador importante tanto de la eficiencia general del sistema como de la calidad
del efluente, se espera una remoción del 90% en este parámetro bajo un buen manejo del
sistema.
8.6.Sólidos suspendidos y totales
Los sólidos suspendidos totales se utilizan para conocer la calidad del efluente de la
planta de tratamiento. Si la planta de tratamiento está bien operada la remoción de estos en
la planta debe ser mayor del 95 %.
8.7.Coliformes
Teniendo en cuenta que es un fluido de contacto secundario debe garantizarse que la
presencia de coliformes en el tratamiento cumpla con los estándares establecidos en la
norma garantizando calidad y seguridad para el uso del agua.
63
9. RESULTADOS
La estabilización del sistema se llevó a cabo por medio de inoculación de lodo de otra
planta con el fin de acelerar el proceso, una vez realizado esto la planta requirió de un
tiempo de estabilidad de 18 días.
El monitoreo se realizó haciendo muestreos simples en dos puntos; Uno a la entrada del
sistema y otro a la salida del sistema de tratamiento justo después de la unidad de cloración,
punto previo a la recirculación del fluido para posterior reúso en sanitarios. A excepción del
oxígeno disuelto el cual fue monitoreado únicamente en el tanque de aireación.
Los parámetros a mencionar se consideraron los más relevantes teniendo en cuenta que
es un agua de recirculación y contacto secundario.
En la siguiente tabla se especifican los parámetros y la frecuencia a evaluar. El
monitoreo se realizó durante 6 semanas a partir de la última semana de estabilización del
sistema.
Tabla 22. Frecuencia de monitoreo
Parámetros Unidades Frecuencia
Coliformes totales NMP 2 veces/ semana
DBO5 mg/L 1 vez/ semana
DQO mg/L 2 veces/ semana
Oxígeno disuelto mg/L 2 veces/ semana
pH Unidades de pH 3 veces/ semana
Temperatura °C 3 veces/ semana
Solidos suspendidos totales mg/L 1 vez/ semana
Fuente: Autores
64
Tabla 23. Primera semana de monitoreo del sistema de tratamiento
Semana 1: 10 de julio al 15 de julio
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
11/07/2017 Coliformes
totales
2 veces/
semana
NMP/100
mL
1,00E+04 1875 81
14/07/2017 1,50E+04 1789 88
11/07/2017 DBO5 1 vez/
semana mg O2/L 215 35 84
11/07/2017 DQO
2 veces/
semana mg O2/L
438 75 83
14/07/2017 443 72 84
11/07/2017 Solidos
suspendidos
1 vez/
semana mg/L 310 65 79
11/07/2017
pH 3 veces/
semana Un. de pH
7,2 7,5 -
14/07/2017 7,3 7,7 -
15/07/2017 7,1 7,8 -
11/07/2017
Temperatura 3 veces/
semana °C
19 19 -
14/07/2017 19 21 -
15/07/2017 19 20 -
14/07/2017 Oxígeno
disuelto
2 veces/
semana mg O2/L
En el
reactor
2,9 -
15/07/2017 3,1 -
Fuente: Autores
Tabla 24. Segunda semana de monitoreo del sistema de tratamiento
Semana 2: 17 de julio al 22 de julio
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
18/07/2017 Coliformes
totales
2 veces/
semana
NMP/100
mL
1,05E+04 1315 87
21/07/2017 1,53E+04 1479 90
18/07/2017 DBO5 1 vez/
semana mg O2/L 270 36 87
18/07/2017 DQO
2 veces/
semana mg O2/L
478 62 87
21/07/2017 462 71 85
18/07/2017 Solidos
suspendidos
1 vez/
semana mg/L 328 35 89
18/07/2017
pH 3 veces/
semana Un. de pH
7,5 7,3 -
21/07/2017 7,2 7,28 -
22/07/2017 7,5 7,1 -
18/07/2017
Temperatura 3 veces/
semana °C
19 20 -
21/07/2017 19 22 -
22/07/2017 20 19 -
21/07/2017 Oxígeno
disuelto
2 veces/
semana mg O2/L
En el
reactor
3,1 -
22/07/2017 2,9 -
Fuente: Autores
65
Tabla 25. Tercera semana de monitoreo del sistema de tratamiento
Semana 3: 24 de julio al 29 de julio
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
25/07/2017 Coliformes
totales
2 veces/
semana
NMP/100
mL
1,03E+04 1450 86
28/07/2017 1,50E+04 1439 90
25/07/2017 DBO5 1 vez/
semana mg O2/L 238 24 90
25/07/2017 DQO
2 veces/
semana mg O2/L
428 42 90
28/07/2017 432 48 89
25/07/2017 Solidos
suspendidos
1 vez/
semana mg/L 293 35 88
25/07/2017
pH 3 vez/
semana Un. de pH
7,7 7,1 -
28/07/2017 7,2 7,8 -
29/07/2017 7,5 7,5 -
25/07/2017
Temperatura 3 veces/
semana °C
21 20 -
28/07/2017 20 20 -
29/07/2017 19 19 -
28/07/2017 Oxígeno
disuelto
2 veces/
semana mg O2/L
En el
reactor
3 -
29/07/2017 2,7 -
Fuente: Autores
Tabla 26. Cuarta semana de monitoreo del sistema de tratamiento
Semana 4: 31 de julio a 5 de agosto
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
31/07/2017 Coliformes
totales
2 veces/
semana
NMP/100
mL
1,05E+04 1402 87
03/08/2017 1,53E+04 1462 90
31/07/2017 DBO5 1 vez/
semana mg O2/L 265 25 91
31/07/2017 DQO
2 veces/
semana mg O2/L
485 48 90
03/08/2017 479 43 91
03/08/2017 Solidos
suspendidos
1 vez/
semana mg/L 321 28 91
31/07/2017
pH 1 vez/
semana Un. de pH
7,5 7,3 -
03/08/2017 7,2 7,28 -
04/08/2017 7,5 7,1 -
31/07/2017
Temperatura 3 veces/
semana °C
20 22 -
03/08/2017 20 20 -
04/08/2017 19 19 -
03/08/2017 Oxígeno
disuelto
2 veces/
semana mg O2/L
En el
reactor
2,5 -
04/08/2017 2,4 -
Fuente: Autores
66
Tabla 27. Quinta semana de monitoreo del sistema de tratamiento
Semana 5: 06 de agosto a 11 de agosto
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
07/08/2017 Coliformes
totales
2 veces/
semana
NMP/100
mL
1,90E+04 1662 91
11/08/2017 1,50E+04 1502 90
07/08/2017 DBO5 1 vez/
semana mg O2/L 218 11 95
07/08/2017 DQO
2 veces/
semana mg O2/L
439 33 92
11/08/2017 442 31 93
07/08/2017 Solidos
suspendidos
1 vez/
semana mg/L 315 15 95
07/08/2017
pH 1 vez/
semana Un. de pH
7 7,2 -
11/08/2017 7,3 7,8 -
12/08/2017 7,1 7,7 -
07/08/2017
Temperatura 3 veces/
semana °C
19 19 -
11/08/2017 19 20 -
12/08/2017 19 21 -
11/08/2017 Oxígeno
disuelto
2 veces/
semana mg O2/L
En el
reactor
2,3 -
12/08/2017 2,4 -
Fuente: Autores
Tabla 28. Sexta semana de monitoreo del sistema de tratamiento
Semana 6: 12 de agosto al 19 de agosto
Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.
14/08/2017 Coliformes
totales
2 veces/
semana
NMP/100
mL
1,50E+04 1402 91
18/08/2017 1,95E+04 1513 92
14/08/2017 DBO5 1 vez/
semana mg O2/L 211 15 93
14/08/2017 DQO
2 veces/
semana mg O2/L
435 35 92
18/08/2017 441 35 92
14/08/2017 Solidos
suspendidos
1 vez/
semana mg/L 315 15 95
14/08/2017
pH 1 vez/
semana Un. de pH
7,1 7,4 -
18/08/2017 7,2 7,8 -
19/08/2017 7,1 7,9 -
14/08/2017 Temperatur
a
3 veces/
semana °C
19 19 -
18/08/2017 20 22 -
19/08/2017 21 20 -
18/08/2017 Oxígeno
disuelto
2 veces/
semana mg O2/L
En el
reactor
2,6 -
19/08/2017 2,4 - Fuente: Autores
67
Tabla 29. Promedio general del monitoreo.
Parámetros Unidad Promedio Norma Si/ no
cumple
%Ef.
Prom
Coliformes totales NMP/100mL 1464 1*10^4 SI 90
DBO5 mg O2/L 19 30 - 91
DQO mg O2/L 47 200 SI 90
Solidos suspendidos mg /L 25,6 100 SI 92
pH Un. De pH 7,5 6 a 9 SI -
Temperatura °C 20 - - -
Oxígeno disuelto mg O2/L 2,69 - - -
Promedio general 91 Fuente: Autores
Para el análisis de los resultados obtenidos en el monitoreo se tuvo en cuenta la
resolución número 1207 de 2014 del ministerio de ambiente y desarrollo sostenible por la
cual se adoptan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas. Esto con
el fin de determinar si la calidad del agua es óptima para el reusó en aparatos sanitarios.
Al obtener los valores promedio se descartaron los datos de la primera semana teniendo
en cuenta que esta aun hace parte del periodo de estabilización del sistema.
Se hizo un seguimiento detallado del pH, temperatura y oxígeno disuelto en el sistema
ya que estos parámetros son determinantes para el correcto funcionamiento del tratamiento,
se realizaron mediciones 3 veces por semana para pH y temperatura y 2 veces por semana
para OD realizado únicamente en el reactor de aireación.
Como se observó, estos parámetros se mantuvieron en un rango constante; Las
actividades biológicas y las reacciones químicas están reguladas por el pH, este parámetro
es esencial para el crecimiento de las bacterias aerobias, el intervalo óptimo para su
desarrollo es de 6 a 8, si el pH es menor a 5 o mayor que 10 las bacterias dejan de
68
desarrollarse. Durante el tiempo de monitoreo y supervisión del funcionamiento en el
tratamiento de lodos activados, se obtuvieron rangos de 7,1 a 7,9 unidades de pH tanto en el
afluente como en el efluente, lo que indica que una vez se combina el efluente con los lodos
activados las bacterias de estos ejercen su actividad biológica sobre el cuerpo de agua, hasta
lograr un equilibrio en el efluente del tratamiento.
Se considera que la depuración biológica se desarrolla de forma adecuada entre los 12oC
y 38oC. Es importante mencionar que el baño se encuentra ubicado en una bodega de
almacenamiento de la empresa ubicada en el barrio las ferias de Bogotá, ciudad que cuenta
con una temperatura ambiente de 23 °C, se mantuvo una temperatura promedio de 20°C
tanto a la entrada como a la salida del sistema de tratamiento, estableciendo así que estos
dos parámetros se encuentra en un rango adecuado para el desarrollo del tratamiento, lo
cual se ve reflejado en la eficiencia general del sistema
La aireación es un proceso fundamental en el sistema de tratamiento de lodos activados,
ya que las bacterias utilizan el oxígeno para realizar el proceso de oxidación de la materia
orgánica. La carencia de oxígeno disuelto puede inhibir a las bacterias aerobias,
permitiendo el desarrollo de condiciones anoxicas, en cuanto al oxígeno disuelto cabe
aclarar que fue el único parámetro medido en el tanque de aireación, se debe establecer un
seguimiento constante ya que es importante para que se den las reacciones químicas de la
materia orgánica, depende de la DBO5 que se ingresa al sistema y la cantidad de sólidos
que hay en el tanque, la concentración de oxígeno disuelto debe ser mantenida entre 1,5 y 4
mg/L, en el monitoreo realizado se encontraron rangos entre 2,4 y 3,1 mg/L de oxígeno
disuelto dentro del reactor, en general se mantuvo relativamente constante en un valor de
69
2,69 mgO2/L indicando una alta remoción de contaminantes del efluente y a su vez un
crecimiento moderado del lodo que es sedimentado dentro de esta misma cámara, asimismo
esto implica que la inyección de oxígeno en el agua es adecuada para el caudal tratado.
Uno de los parámetros que condicionan la eficiencia del tratamiento es la DBO, ya que
mide el contenido de materia orgánica biodegradable que posee un cuerpo de agua y la
cantidad de oxigeno necesario para su descomposición, de acuerdo con lo anterior y
teniendo en cuenta los resultados obtenidos en el análisis de laboratorio, la cantidad de
materia orgánica que contiene el efluente es consumida con una eficiencia del 90% a lo
largo de todo el sistema, lo cual indica que las condiciones de oxígeno disuelto y edad del
lodo que tiene el reactor son las óptimas dado que a una mayor estabilidad del lodo se logró
una remoción de hasta el 91% en el efluente. De acuerdo al muestreo final el valor de la
DBO fue de <15 mg/l de DBO lo cual indica que como producto final se obtiene un agua
de pureza intermedia, cumpliendo de esta manera los límites máximos exigidos por la
norma.
Grafica 7. Comportamiento de la DBO a través del tiempo de monitoreo
Fuente: Autores
0
50
100
150
200
250
300
09
/07
/20
17
14
/07
/20
17
19
/07
/20
17
24
/07
/20
17
29
/07
/20
17
03
/08
/20
17
08
/08
/20
17
13
/08
/20
17
18
/08
/20
17
DB
O (
mg
O2
/L)
Fecha
DBO vs Tiempo
DBO salida
DBO Entrada
70
Los coliformes, son el principal indicador de la calidad del agua para uso doméstico
industrial o de otro tipo. La experiencia ha demostrado que la densidad del grupo de los
coliformes es un indicador del grado de contaminación y por tano, de la calidad sanitaria.
Teniendo en cuenta la literatura, la presencia de coliformes en el orden de 106 a 107
NMP/L se considera como una concentración baja, para este caso la unidad de desinfección
posterior al tratamiento biológico contribuye a la disminución de los coliformes totales
presentes en el efluente, puesto que su eficiencia es del 90% una vez estabilizado el sistema
de tratamiento, obteniendo como resultado final una presencia de coliformes promedio de
1,4𝑥103 estableciendo que se cumple la norma con un límite máximo de 1,0𝑥104. Aunque
se presenta una disminución significativa en la presencia de coliformes, se esperaría una
mayor eficiencia en cuanto a la remoción de este parámetro teniendo en cuenta la
dosificación de cloro suministrada, por lo tanto se puede estimar que el tiempo de contacto
probablemente no ha sido el suficiente para proporcionar una eliminación de los
coliformes.
Durante las dos primeras semanas de monitoreo de operación del sistema la DQO del
efluente oscilo entre 75 y 62 mg/L, alcanzado eficiencias de remoción de hasta 87%. Sin
embargo, se pudo observar que los valores de la DQO tendieron a estabilizarse entre 48 a
40 mg/L durante la tercera y cuarta semana de operación, logrando eficiencias de hasta el
90%, la medición de este parámetro nos indica que las condiciones dentro del reactor
aerobio generan un efecto directo sobre la materia orgánica e indica que no se está
produciendo una acumulación de materia orgánica no degradable que afecte de alguna
manera el proceso.
71
Grafica 8. Comportamiento de la DQO a través del tiempo de monitoreo
Fuente: Autores
Se presentó una eficiencia promedio de 92% para solidos suspendidos totales, indicando
un buen funcionamiento del tanque de sedimentación,
Grafica 9. Comportamiento de los sólidos suspendidos totales a través del tiempo de monitoreo
Fuente: Autores
En la siguiente tabla se relacionan el número de usos del baño, en la cual se omiten los
días domingos ya que no se realizan actividades este día.
0
100
200
300
400
500
600
09
/07
/20
17
14
/07
/20
17
19
/07
/20
17
24
/07
/20
17
29
/07
/20
17
03
/08
/20
17
08
/08
/20
17
13
/08
/20
17
18
/08
/20
17
23
/08
/20
17
DQ
O (
mg
O2
/L)
Fecha
DQO vs Tiempo
DQO salida
DQO Entrada
0
50
100
150
200
250
300
350
09
/07
/20
17
14
/07
/20
17
19
/07
/20
17
24
/07
/20
17
29
/07
/20
17
03
/08
/20
17
08
/08
/20
17
13
/08
/20
17
18
/08
/20
17
SST
(mg/
l)
Fecha
SST vs Tiempo
SST salida
SST entrada
72
Tabla 30. Cantidad de usos del baño durante el tiempo de monitoreo
Fecha Día #Usos Fecha Día #Usos
11/07/2017 Lunes 38 31/07/2017 Lunes 58
11/07/2017 Martes 40 01/08/2017 Martes 60
12/07/2017 Miércoles 35 02/08/2017 Miércoles 65
13/07/2017 Jueves 38 03/08/2017 Jueves 68
14/07/2017 Viernes 35 04/08/2017 Viernes 68
15/07/2017 Sábado 28 05/08/2017 Sábado 57
17/07/2017 Lunes 55 07/08/2017 Lunes 40
18/07/2017 Martes 65 08/08/2017 Martes 35
19/07/2017 Miércoles 68 09/08/2017 Miércoles 38
20/07/2017 Jueves 65 10/08/2017 Jueves 41
21/07/2017 Viernes 68 11/08/2017 Viernes 35
22/07/2017 Sábado 60 12/08/2017 Sábado 32
24/07/2017 Lunes 35 14/08/2017 Lunes 38
25/07/2017 Martes 38 15/08/2017 Martes 32
26/07/2017 Miércoles 41 16/08/2017 Miércoles 40
27/07/2017 Jueves 39 17/08/2017 Jueves 35
28/07/2017 Viernes 32 18/08/2017 Viernes 37
29/07/2017 Sábado 30 19/08/2017 Sábado 29 Fuente: Autores
Grafica 10. Cantidad de usos del baño durante la semana de monitoreo
Fuente: Autores
Cabe resaltar que este tipo de tratamientos es susceptible a variaciones en la carga
orgánica de entrada, como se observa en las gráficas de las semana 2 y 4 se presentó un
01020304050607080
Can
tid
ad
Fecha
#Usos
#Usos
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aumento en los parámetros de DBO, DQO Y SST esto se debe a que en estas semanas la
demanda del baño aumento debido a actividades extraoficiales realizadas en la bodega en la
cual se encuentra el baño, sin embargo la eficiencia del sistema se mantuvo estable durante
estas semanas. Aunque el baño está diseñado para una demanda de 70 usos/día, durante el
tiempo de monitoreo se utilizó en promedio 36 veces/día, a excepción de la situación
previamente mencionada.
Teniendo en cuenta el origen del agua residual tratada se determina que la presencia de
metales, metaloides y biocidas es nula, el emplazamiento del baño cumple con las
distancias establecidas en la norma, con respecto a cuerpos de agua superficiales y pozos de
agua subterránea. De acuerdo a esto se determina que la calidad del agua en los aparatos
sanitarios es óptima y en general el funcionamiento del baño cumple con los límites
máximos permisibles y estándares establecidos en la resolución 1207 de 2014.
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10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Por medio de un plan de monitoreo preliminar fue posible realizar un diagnóstico referente
a la evaluación del sistema inicial de tratamiento adoptado por la empresa, estableciendo
una eficiencia general del sistema de 48%, siendo un procedimiento deficiente en la
remoción de DBO, DQO y coliformes principalmente, este tratamiento es susceptible a
variaciones en la temperatura lo cual fue un factor limitante ya que se encontraba ubicado
en una zona de bajas temperaturas. Es posible usar de manera eficiente este sistema siempre
y cuando se utilice en zonas de mayores temperaturas y bajo condiciones específicas de
vigilancia y mantenimiento.
Con el fin de establecer un tratamiento eficiente, bajo diversas condiciones, se realizó una
elección de alternativas teniendo en cuenta variantes como ventajas, desventajas, eficiencia
y factores económicos determinantes en cuanto a la construcción, arranque y
mantenimiento del baño y su respectivo sistema de tratamiento. Se realizó una ponderación
cuantitativa obteniendo un resultado de 3,79 en una escala de 1 a 5, estableciendo que el
mejor tratamiento de los evaluados es un sistema de lodos activados.
Una vez elegida la nueva alternativa a implementar, se realizó el diseño del sistema con un
caudal de 0, 56 m3/día, teniendo en cuenta una capacidad máxima de 70 usos/día,
incluyendo esquema general del sistema de lodos activados, sistema de desinfección por
medio de una unidad de cloración y tratamiento posterior de lodos residuales y lixiviados
del mismo.
Una vez establecidas las especificaciones del tratamiento, se procedió a la adecuación y
puesta en marcha del mismo, la estabilización del sistema duró 18 días; A partir de la
última semana se realizó un monitoreo para determinar la eficiencia general del sistema, se
evaluaron principalmente la DQO y coliformes totales teniendo en cuenta que es una agua
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de contacto secundario, obteniendo eficiencias de 90% para cada uno de los parámetros, el
sistema alcanzo una eficiencia general de 91% estableciendo que el baño cumple con los
requisitos exigidos por la norma para uso de agua residual tratada para descarga de aparatos
sanitarios.
Es posible adaptar los dos sistemas relacionados en este documento para baños portátiles,
siempre y cuando se operen bajo condiciones adecuadas; Para el caso del tratamiento
anaerobio es importante realizar el emplazamiento en ambientes que cuenten con un rango
de temperatura de 25 a 35 °C y tener un control adecuado sobre el pH ya que este es un
parámetro determinante en la degradación biológica para este tipo de tratamiento.
En cuanto al sistema de lodos activados es de vital importancia contar con un punto
eléctrico para alimentación de bombas y difusores, con el fin de proporcionar el oxígeno
adecuado al agua y así mismo garantizar la recirculación de lodos para estabilización del
sistema.
Se requiere de un seguimiento y evaluación periódica de la unidad de desinfección para
cualquiera de los sistemas aplicados ya que con este procedimiento se garantiza finalmente
la calidad del agua de contacto secundario usada en los aparatos sanitarios.
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ANEXO A. Manual de Funcionamiento y
Mantenimiento del baño Portátil
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