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TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS CON ESCALERAS DE OXIGENACION EN PEQUEÑAS COMUNIDADES CAMPESINAS DE LA SIERRA PERUANA: CASO DE LAS COMUNIDADES HUACCOTO Y KIRCAS

CUSCO- PERU

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UNIVERSIDAD DE

SEVILLA

GRUPO TAR

PROYECTO FIN DE MASTER

EN INGENIERIA DEL AGUA

“TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS CON ESCALERAS DE

OXIGENACIÓN EN PEQUEÑAS COMUNIDADES CAMPESINAS

DE LA SIERRA PERUANA: CASO DE LAS COMUNIDADES

HUACCOTO Y KIRCAS”

POSTULANTE: CARLOS LUNA LOAYZA

CUSCO- PERU

JULIO 2008


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I RESUMEN DEL TEMA DE INVESTIGACION................................................................... 5

II PROBLEMÁTICA. ................................................................................................................ 7

II.1 A NIVEL MUNDIAL ........................................................................................................................... 7

II.2 A NIVEL DE AMÉRICA DEL SUR. ........................................................................................................ 9

II.3 A NIVEL DEL PERÚ.......................................................................................................................... 10

II.4 A NIVEL LOCAL ............................................................................................................................... 13

III OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS .................................................................17

III.1 OBJETIVO GENERAL. ..................................................................................................................... 17

III.2 LOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS......................................................................................................... 17 III.2.1 Objetivo Nº 01 ............................................................................................................................17 III.2.2 Objetivo Nº 02 ............................................................................................................................17 III.2.3 Objetivo Nº 03 ............................................................................................................................17

III.3 ALCANCES DEL ESTUDIO ............................................................................................................... 18

IV FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACION. ................................................................19

IV.1 FASES DEL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS........................................................................... 19 IV.1.1 Pretratamiento ...........................................................................................................................19 IV.1.2 Tratamiento primario .................................................................................................................19

a Cámara de arena: ............................................................................................................................19 b Sedimentación: ...............................................................................................................................19

IV.1.3 Tratamiento secundario .............................................................................................................19 IV.1.4 Tratamiento terciario..................................................................................................................20

IV.2 CLASIFICACION DE AGUAS Y NORMATIVA PERUANA.................................................................... 20 IV.2.1 Parámetros de control de calidad de efluentes urbanos y rurales.............................................21

a Sólidos disueltos totales (tds) .........................................................................................................21 b pH....................................................................................................................................................22 c Demanda Química de Oxigeno (DQO) ............................................................................................22 d Oxígeno Disueltpo ( OD ) ................................................................................................................22

IV.3 CAPACIDAD DE AUTODEPURACION DE UN RIO. ........................................................................... 23 IV.3.1 Caudal de mezcla. .......................................................................................................................23 IV.3.2 Calculo del DBO5 de la mezcla (Lo). ............................................................................................23 IV.3.3 Calculo del tiempo critico de recuperación del cuerpo receptor ...............................................24

IV.4 SELECCIÓN DE PROCESO DE TRATAMIENTO. ................................................................................ 24 IV.4.1 Características generales. ...........................................................................................................25


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IV.4.2 Problemas específicos asociados a las pequeñas comunidades................................................25 IV.4.3 Tipos de plantas de tratamiento.................................................................................................25

V ANALISIS Y EVALUACION DE LA PROPUESTA TECNICA. .....................................28

V.1 SISTEMAS DE TRATAMIENTO EXISTENTES EN EL VALLE DEL CUSCO. .............................................. 28

V.2 Planta de Tratamiento de aguas servidas de la ciudad del Cusco de lechos bacterianos................ 29 V.2.1 Unidades de tratamiento de la planta de San Jerónimo. ............................................................30

a Rejas ................................................................................................................................................30 b Desarenadores ................................................................................................................................30 c Medidor Parshall .............................................................................................................................30 d Sedimentador primario...................................................................................................................31 e Biofiltro ...........................................................................................................................................31 f Sedimentador secundario ...............................................................................................................32 g Digestores .......................................................................................................................................32 h Lechos de secado. ...........................................................................................................................32 i Efluente final....................................................................................................................................33

V.2.2 Evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento. .....................................................33 a Entrada de las aguas a la planta......................................................................................................33 b Sedimentación primaria..................................................................................................................33 c Biofiltro ...........................................................................................................................................34 d Sedimentación secundaria..............................................................................................................34 e Tratamiento de lodos......................................................................................................................35 f Digestión de lodos ...........................................................................................................................35 g Lechos de secado ............................................................................................................................35 h Toma de muestras ..........................................................................................................................35

V.2.3 Conclusiones generales y recomendaciones. ..............................................................................36 a Valores de diseño............................................................................................................................36

V.3 Planta de Tratamiento por lagunajes............................................................................................. 36 V.3.1 Evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento. .....................................................37 V.3.2 Conclusiones generales y recomendaciones. ..............................................................................38

V.4 Planta de Tratamiento por pozos percoladores. ............................................................................ 39 V.4.1 Evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento. .....................................................40

V.5 Plantas de Tratamiento de aguas servidas con tratamiento primario. ........................................... 40 V.5.1 Unidades de tratamiento propuestos..........................................................................................40

a Aliviadero.- ......................................................................................................................................42 b Cámara de rejas y desarenador. .....................................................................................................42 c Sistema de decantación primaria – Tanque séptico.- .....................................................................43 d Tanque de oxigenación. ..................................................................................................................45 e Tanque de decantación secundaria. ...............................................................................................46 f Cámara de lodos. .............................................................................................................................46 g Zanja de infiltración. .......................................................................................................................46 h Lecho de secado..............................................................................................................................47

V.5.2 Evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento. .....................................................47 a Aliviadero.- ......................................................................................................................................47 b Cámara de rejas y desarenador. .....................................................................................................48


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c Sistema de decantación primaria – Fosa séptica.- ..........................................................................49 V.5.3 Conclusiones generales y recomendaciones. ..............................................................................52

VI PROPUESTA DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS PARA POBLACIONES RURALES DE LADERA. ...........................................................................54

VI.1 Características de la población beneficiaria. ................................................................................. 55 VI.1.1 Localización del Proyecto ...........................................................................................................55 VI.1.2 Accesibilidad ...............................................................................................................................56 VI.1.3 Beneficiarios ...............................................................................................................................56 VI.1.4 Aspecto Socio Económico...........................................................................................................57

VI.2 Unidades de tratamiento propuestos. .......................................................................................... 57 VI.2.1 Conexiones domiciliarias. ...........................................................................................................58 VI.2.2 Tanque interceptor.....................................................................................................................58 VI.2.3 Colectores. ..................................................................................................................................60 VI.2.4 Pozos de inspección y registros de limpieza...............................................................................61 VI.2.5 Planta de tratamiento.................................................................................................................61

VI.3 Diseño de las unidades. ................................................................................................................ 63 VI.3.1 Diseño de pocetas de decantación (caso Kircas). .......................................................................63 VI.3.2 Diseño de Planta de Decantación (caso Kircas). .........................................................................64 VI.3.3 Cascadas de aireación:................................................................................................................64 VI.3.4 Zanjas de filtración: ....................................................................................................................64

VII EVALUACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS PARA POBLACIONES RURALES DE LADERA................................................................65

VII.1 Conexiones domiciliarias. ............................................................................................................ 65

VII.2 Tanque interceptor...................................................................................................................... 66

VII.3 Colectores. .................................................................................................................................. 66

VII.4 Pozos de inspección y registros de limpieza................................................................................. 67

VII.5 Planta de tratamiento. ................................................................................................................ 67 VII.5.1 Escalera de oxigenación. ...........................................................................................................67 VII.5.2 Tanque de sedimentación. ........................................................................................................67 VII.5.3 Zanjas de Infiltración. ................................................................................................................68

VII.6 Evaluación de los resultados de los análisis de aguas. ................................................................. 68

VII.7 Conclusiones. .............................................................................................................................. 69

VIII REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ...........................................................................70


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I RESUMEN DEL TEMA DE INVESTIGACION El crecimiento mundial de la poblacional en las últimas décadas y la consiguiente contaminación de nuestro ambiente, está originando un cambio climático acelerado, que incide sobre todo en la disponibilidad de los recursos hídricos en diferentes zonas del mundo, requiriendo que se desarrollen estudios e investigaciones con la finalidad de evaluar los recursos naturales disponibles, planificar su uso racional y promover políticas que permitan preservar el recurso Hídrico. Entre los principales retos asumidos por los países de la región se encuentra el tratamiento de aguas servidas de las poblaciones urbanas y rurales, con la finalidad de disminuir esta creciente contaminación de los ríos, con las limitaciones técnico-financieras para implementar soluciones de mayor complejidad para el tratamiento de aguas residuales y su carga contaminante. El Gobierno Peruano en las últimas décadas ha impulsado una política en saneamiento básico de poblaciones urbanas y rurales con la construcción de proyectos de abastecimiento de agua potable, redes de desagüe y plantas de tratamiento de aguas servidas, pero orientados a las zonas más desarrolladas del país (zona costera) las cuales han tratado de ser replicadas en otros ámbitos del Perú (zona de sierra) con los consiguientes fracasos sobre todo en el tratamiento de aguas servidas. El presente proyecto tiene como finalidad de plantear una alternativa técnica económica y natural de depuración de aguas servidas de comunidades campesinas ubicadas en ladera a una altura de 3,750 m. (Comunidad campesina de Kircas) y 3,560 m. (Comunidad campesina de Huaccoto), cuyas características son de poblaciones pequeñas menores de 50 familias (250 personas) cuyas viviendas se encuentran parcialmente concentradas y dispersas. Estos dos centros poblados se encuentran ubicados en el valle del Cusco - Perú.

Figura Nª 01 Valle del Cusco


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En la actualidad la gestión y administración de los sistemas de desagüe y tratamiento de aguas servidas se encuentra en la parte baja de la ciudad del Cusco, con un tratamiento de filtros biológicos que lamentablemente no opera a su máxima capacidad por problemas de gestión y control de la empresa.

Figura Nª 02 Vista aérea Planta tratamiento de San Jerónimo de la ciudad del Cusco

En las zonas rurales no se cuenta con ninguna intervención de parte de empresas de agua en el control, manejo y operación de los sistemas de saneamiento. Esta responsabilidad es asumida por los gobiernos locales (Municipios distritales) conjuntamente con las autoridades de las comunidades campesinas, quienes requieren implementar sistemas de tratamiento de aguas servidas con una adecuada gestión, control y operación, con la finalidad de disminuir la contaminación de las aguas que discurren por las quebrada, por el vertido del efluente de la planta de tratamiento construida, y que son utilizadas aguas abajo en los sistemas de riego o abastecimiento de agua potable, como el caso del centro poblado de San Jerónimo. El presente estudio de investigación plantea desarrollar una alternativa técnica de depuración de aguas residuales mediante un tratamiento primario (decantación de sólidos) con pozas sépticas, complementados con un tratamiento secundario (oxigenación del agua) mediante saltos hidráulicos, aprovechando el desnivel de terreno existente desde las fosas sépticas hacia la planta de tratamiento, y por último la infiltración del agua hacia el lecho rocoso, que discurre hasta aflorar en la quebrada del sector. Esta propuesta de depuración de aguas residuales puede ser replicada en las diferentes comunidades alto andinas del Perú y de la región, con la finalidad de disminuir los niveles de contaminación de los cursos de agua y mejorar la calidad de vida y las condiciones de salubridad e higiene de estas comunidades campesinas.


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II PROBLEMÁTICA. El agua es un recurso vital para la supervivencia humana y el desarrollo económico; a medida que la población y la economía van creciendo aumenta la demanda de agua, en tanto que la disponibilidad de ese recurso se mantiene constante, no es posible mantener el desarrollo de la sociedad de ese entorno natural. La escasez da lugar a conflictos referentes al uso del agua, que abarcan aspectos cuantitativos y cualitativos entre las comunidades existentes en una cuenca o superficie. El desarrollo y crecimiento de las poblaciones del Perú están obligando a que los pequeños y grandes cursos de agua se destinen a satisfacer las demandas de las necesidades de las poblaciones, originando que los sectores agrícolas y ganaderos que tenían una oferta hídrica, se vean desfavorecidos, disminuyendo su producción, y sin alternativa de poder incrementar la disponibilidad de agua, la cual es contaminada cada vez más. Frente a estos problemas, el estado Peruano desde la década del 80 ha implementado una política de saneamiento básico de las poblaciones urbanas y rurales sobre todo en la zona de costa, donde se concentra la mayor parte de la población peruana, desarrollando propuestas para esas realidades en topografía, clima, altitud y características de aguas servidas. Estas propuestas al tratar de ser extrapoladas a las realidades de la sierra y selva no han tenido los logros deseados, pues la mayoría de los sistemas construidos no están trabajando adecuadamente en la zona de sierra, donde se han desarrollado el tratamiento de aguas mediante lagunajes, vertiendo las aguas contaminadas a los cursos de agua existentes. Pero se presentan varias preguntas ¿Qué sistema de tratamiento de aguas servidas es el más idóneo para las comunidades campesinas de la sierra peruana?, ¿Qué método natural puede desarrollarse para poder depurar las aguas a bajos costos económicos y sociales?, ¿Existe una propuesta técnica viable de tratamiento de aguas servidas para las comunidades campesinas de la sierra peruana?. Es indispensable desarrollar estudios y proyectos que permitan evaluar las condiciones naturales donde se encuentran las comunidades, características sociales y económicas de estas, así como implementar un proceso de concienciación de la preservación del medio ambiente, que permita el mantenimiento y operación de los sistemas de saneamiento.

II.1 A NIVEL MUNDIAL

La preocupación mundial sobre el mantenimiento y preservación del recurso hídrico ha sido debatida en diferentes eventos mundiales con la finalidad de planificar el desarrollo de las diferentes regiones y evaluar sus limitaciones. Los eventos sostenidos son los siguientes: La conferencia de Mar del Plata de 1977 marcó el comienzo de una serie de actividades globales en torno al agua. Entre ellas, el Decenio Internacional de Agua Potable y Saneamiento (1981-1990). La Conferencia Internacional sobre el Agua y el Medio Ambiente de Dublín, en 1992, estableció cuatro Principios, que siguen siendo válidos:

Principio N.° 1, «El agua dulce es un recurso finito y vulnerable, esencial para

sostener la vida, el desarrollo y el medio ambiente». Principio N.° 2, «El aprovechamiento y la gestión del agua debe inspirarse en un

planteamiento basado en la participación de los usuarios, los planificadores y los responsables de las decisiones a todos los niveles».


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Principio N.° 3, «La mujer desempeña un papel fundamental en el abastecimiento, la gestión y la protección del agua».

Principio N.° 4, «El agua tiene un valor económico en todos sus diversos usos en competencia a los que se destina y debería reconocérsele como un bien económico»

El 2.° Foro Mundial del Agua de la Haya en el año 2000 y la Conferencia Internacional sobre el Agua Dulce de Bonn en el 2001 continuaron este proceso. (Referencia 11). Después del Segundo Foro Mundial Sobre el Agua (WWF2 por sus siglas en inglés) celebrado en La Haya, el Secretariado establecido por el gobierno de Japón para organizar el Tercer Foro (WWF3 por sus siglas en inglés), solicitó al Banco Asiático de Desarrollo (ADB por sus siglas en inglés) que tomara el liderazgo para preparar la organización de un diálogo sobre agua y pobreza, en colaboración con otras organizaciones y entidades incluyendo el Banco Mundial, agencias financieras bilaterales y regionales, instituciones de investigación y organizaciones no gubernamentales (ONGs).

Una de las últimas conferencias realizadas a nivel mundial es el foro Mundial del Agua en Kyoto – Japón (19 y 18 de marzo del 2003), la cual pone como una de las necesidades prioritarias de la humanidad el de preservar, gestionar y conservar el Agua. (Referencia 07). Se han realizado múltiples reuniones y foros para tratar el problema de la Pobreza y como mejorar el acceso al agua y su gestión en estos sectores, que permita mejorar la calidad de vida, tal como lo muestra el Informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo (The World Water Development Report (WWDR)). El trabajo de concientización sobre una buena gestión y administración del agua se está dando en todo el Mundo, a través de programas y proyectos, es el caso del Programa del Banco Interamericano de Desarrollo (BID) con el apoyo de los Países Bajos (Holanda) para la Gestión de Recursos Hídricos (INWAP) (Referencia 06). Esta iniciativa pretende promover los principios de Gestión Integrada de Recursos Hídricos (GIRH) a nivel mundial, mediante la aplicación de estos principios en proyectos en América Latina y el Caribe. Los objetivos orientativos globales sobre la seguridad hídrica, planteados por Global Water Partnership. Comisión mundial del Agua (Referencia 12).

· Las estrategias y las políticas globales para la gestión integral de los recursos

hídricos (IWRM) se deberán aplicar en un 75% de los países para el año 2005 y en todos los países para el año 2015.

· La reducción a la mitad del porcentaje de personas que no tienen acceso regular a instalaciones de saneamiento higiénicas para el año 2015

· La reducción a la mitad del porcentaje de personas que no tienen acceso a cantidades adecuadas de agua potable y asequible para el año 2015

· El aumento en un 30% de la productividad de agua para la producción de comida procedente del sector agrícola que se abastece de agua de lluvia y de los sistemas de riego para el año 2015

· La reducción del riesgo de inundaciones para el 50% de las personas que viven en las llanuras expuestas a inundaciones para el año 2015

· El establecimiento de normas nacionales para asegurar la salud de los ecosistemas de agua dulce establecidos en todos los países para el año 2005, y la puesta en marcha de programas para mejorar la salud de los ecosistemas de agua fresca puestos en marcha para el año 2015.


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Estos son los principales retos que se han planteado a nivel internacional con la finalidad de asegurar para el futuro y las generaciones futuras la disponibilidad de recurso hídrico a nivel mundial, siendo indispensable plantear alternativas técnicas con la finalidad de no contaminar el recurso hídrico.

II.2 A NIVEL DE AMÉRICA DEL SUR. Los recursos hídricos de América del Sur son alrededor del 28% de los recursos hídricos renovables del mundo, para una población regional de alrededor del 6% de la población mundial. Sin embargo, existen discrepancias en la distribución de este recurso que incluyen zonas áridas y semiáridas en Argentina, Bolivia, Brasil, Chile y Perú, representando cerca de un 23% de la superficie total de la Región. Según los informes desarrollados por el grupo de trabajo Global Water Partnership (GWP) (Referencia 12), precisan la posibilidad de avizorar una crisis hídrica en la región por diversos factores: · La gestión de los recursos hídricos continúa encarándose en forma sectorial, siendo

los principales sectores usuarios: la agricultura bajo riego; la energía hidroeléctrica y el suministro de agua, existiendo por lo general, poca interacción entre los mismos.

· En general, no hay políticas estables y consistentes sobre recursos hídricos. Las políticas vigentes son las de los "gobiernos de turno" en lugar de contarse con políticas de Estado.

· Un 20% de la población continúa sin acceso al suministro de agua potable y más de un 30% carece de servicios de sanitarios, lo que representa una población entre 60-100 millones de personas sin acceso a los servicios básicos en zonas rurales y en zonas urbanas marginadas.

· La transferencia de servicios de agua (especialmente agua potable y recolección y tratamiento de efluentes) desde empresas públicas a empresas privadas tuvo lugar, en ciertos países, en una escala significativa durante la pasada década, con el objetivo de atraer capitales de inversión al sector del agua y aumentar su eficiencia.

· América del Sur tiene un gran potencial para la generación de energía hidroeléctrica. Si bien en nueve países la hidroenergía representa más del 50% del total de su producción energética, sigue existiendo un gran potencial sin aprovechar.

· Un 60% de la población habita en cuencas de ríos cuyas aguas son compartidas por dos o más países.

Deben crearse organizaciones de gestión de cuencas hídricas con el objeto de lograr un enfoque holístico de la gestión de los recursos hídricos, que involucre a todos los interesados en la gestión del agua a través de un enfoque participativo incorporando aspectos técnicos, sociales, económicos y ambientales al proceso de toma de decisiones. La Gestión Integrada de Recursos Hídricos (GIRH, referencia 08) es un concepto innovador y realista para asegurar que los aspectos sociales, económicos, ambientales y técnicos sean considerados en la gestión y en el desarrollo de los recursos hídricos. Esta considera la interacción de múltiples subsectores de agua tales como abastecimiento, saneamiento, irrigación y otras, y propone la creación de incentivos para el uso y gestión del agua de manera más eficiente y sostenible.

En los países desarrollados esta gestión de los recursos hídricos se desarrolla a nivel de Cuencas principales, y en muchos casos ya tienen programas y proyectos en ejecución que facilitan la gestión y el monitoreo, permitiendo un manejo eficiente del agua. Un claro ejemplo es el Libro Blanco del Agua de España (Referencia 10), donde presenta la evaluación del recurso hídrico y el potencial para promover una gestión integrada y concertada con la sociedad.


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II.3 A NIVEL DEL PERÚ Para el caso Peruano, la norma fundamental para la gestión de los recursos hídricos es la ley General de Aguas DL. No. 17752 (24.07.1969), que se aplica sobre las aguas marítimas, terrestres y atmosféricas del territorio nacional, en todos sus estados físicos. En su Artículo 1º. La Ley declara que "las aguas, sin excepción alguna, son de propiedad del Estado y su dominio es inalienable e imprescriptible" y que "no hay propiedad privada de las aguas ni derechos adquiridos sobre ellas". Esta Ley (1993) establece un conjunto de dispositivos bastante precisos para regular el uso o aprovechamiento de los recursos hídricos y control de su calidad. Otra característica importante es el rol protagónico que se asigna al Estado, que asume directamente la responsabilidad de formular la política para la gestión y el aprovechamiento de los recursos hídricos, buscando un uso racional y económicamente eficiente, dado el carácter multisectorial de la demanda por este recurso. Ello implica la responsabilidad de ejecutar acciones o programas para "conservar, preservar o incrementar dicho recursos", requiriéndose inventarios y evaluaciones actualizadas permanentemente. Es importante destacar que el Estado, aparte de reservarse la propiedad del recurso, tiene ciertas facultades para reservar aguas para cualquier finalidad de interés público, organizar las unidades de gestión para hacer más eficiente el uso del agua, declarar zonas de protección, desviar aguas de una cuenca a otra, sustituir fuentes de abastecimiento y declarar estados de emergencia cuando sea necesario. La administración y aplicación de la ley se realiza a través de la Autoridad de Aguas, que es ejercida actualmente por la Dirección General de Aguas y Suelos-DGAS, perteneciente al instituto nacional de Recursos Naturales-INRENA, creado mediante la Ley Orgánica del Ministerio de Agricultura (Decreto ley No. 25902, 1992). Dentro del INRENA, la DGAS es instancia encargada de asuntos relacionados con el uso sostenible de estos recursos, encargándosele la función de proponer, supervisar y controlar las políticas, planes, programas, proyectos y normas sobre el uso y aprovechamiento sostenible de los recursos agua y suelo; además de supervisar y controlar la ejecución de los mismos. Este Código del medio Ambiente es la norma fundamental para la protección del medio ambiente y la biodiversidad, asigna al Estado la responsabilidad de "prevenir y controlar la contaminación ambiental y cualquier proceso de deterioro o depredación de los recursos naturales que pueda interferir en el normal desarrollo de toda forma de vida y de la sociedad". Asimismo deja claramente establecido que el Código prevalece sobre cualquier otra norma que se le oponga y que se aplica el principio "quien contamina, paga".

En el caso de la preservación de los recursos hídricos, el Código establece un conjunto de medidas muy importantes, como la prohibición de la descarga de sustancias contaminantes sin tratamiento previo, la emisión de desechos que impidan o hagan peligrosa la utilización del agua, entre otros. La cobertura de los servicios de Agua Potable y Saneamiento muestra avances significativos entre los años 1998 y 2003, habiéndose reducido el número absoluto de población sin servicios, así como el desfase urbano – rural, además de la renovación de una proporción importante de las redes secundarias de los sistemas.


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Cuadro Nº 01. Cobertura del sistema de alcantarillado COBERTURAS 1998 2003

Cobertura agua c/red domiciliaria más piletas 60% 72.48% Cobertura del alcantarillado con red dom. Más letrinas 64% 72.38%

FUENTE: Cuadros 4 y 5 Referencia 14

De acuerdo a esta información la cobertura total de agua potable con red y pilones públicos se incrementa del 60% en 1993 al 72% en 2003, a nivel nacional. A su vez el servicio de alcantarillado y de pozos o letrinas pasó de 64% en 1993 a 72% en 2003.

Cuadro Nº 02. Coberturas: porcentaje de población servida 1998 2003 SERVICIOS

TOTAL URBANA RURAL TOTAL URBANA RURAL Agua Red. más Pilón 59.61 82.27 6.95 72.48 87.52 34.20 Red Pública 49.47 70.76 - 68.07 83.62 28.50 Pilón 10.14 - 6.95 4.41 3.90 5.70 Desagüe (1) 63.52 80.23 24.67 72.38 89.49 31.4 Red Pública 42.57 60.9 - 54.96 73.49 7.8 Pozo Séptico 20.94 19.33 24.67 17.43 15.0 23.6

(1) Red más pozo séptico o letrina FUENTE: Cuadros 4 y 5 Referencia 14

Nota: Área Rural según definición del INEI: Localidades menores de 100 viviendas contiguas como puede apreciarse el avance es significativo tanto en área urbana como en la rural, destacando esta última por el hecho de que, en 1998, no registraba servicios de agua o de desagüe conectados a redes públicas, lo cual indica que la cobertura existente en este tipo de servicios en el área rural se logró íntegramente durante este período. Con ello se ha logrado acortar el desfase urbano/rural. Cabe señalar la persistencia del desfase entre agua y alcantarillado conectados a red pública.

Grafico Nº 01 Coberturas de Agua y Desagüe a nivel del Perú


El tratamiento de aguas residuales ha sido bastante descuidado en general. En el área urbana, para el ámbito de las 45 empresas reguladas por la SUNASS, el tratamiento de aguas residuales llega a tan sólo el 14% en 1998. Además del problema del déficit de tratamiento, se presenta un problema muy grave, cual es el uso indebido de las aguas servidas en la agricultura, problema que puede derivar en serias enfermedades y epidemias. En 1998 del total de aguas residuales el 21% se descargaba en los ríos, el 43% en el mar el 0.6% en el Lago Titicaca y el 30% en otros cuerpos receptores, incluyendo el uso para riego (PRONAP, 1995).


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En 1998, la SUNASS señala que existe un escaso y casi nulo interés en operar y mantener las plantas de tratamiento de desagües debido principalmente a los costos elevados (referencia 14). Igualmente señala que la casi totalidad de los efluentes de las plantas de tratamiento no cumplen con los niveles de purificación que permitan disponerlos en cuerpos receptores sin efectos contaminantes o que permitan su adecuada autodepuración. Ello da lugar a impactos ambientales negativos sobre la flora y la fauna, así como riesgos de salud en los seres humanos, no obstante la existencia de normas para tratamiento y otras subsistiendo la manipulación clandestina de desagües crudos y/o el reuso inadecuado de aguas servidas para fines agrícolas. (Referencia 15).

Grafico Nº 02 Coberturas de tipo servicio y tratamiento en el Perú


En las décadas de los 70, 80 y 90 los gobiernos de turno implementaron programas y proyectos para implementar el saneamiento básico de las ciudades y localidades rurales importantes, encontrándose entre ellas el Fondo Nacional de Compensación y Desarrollo Social (FONCODES) que implementó los sistemas de desagüe y plantas de tratamiento con lagunajes en toda la sierra peruana, experiencia que aun no ha sido sistematizada con la finalidad de evaluar los logros y alcances obtenidos con este sistema de tratamiento. La Dirección General de Hidrología y Recursos Hídricos del SENAMHI a elaborado los balances hídricos superficiales de las cuencas de la vertiente del Océano Pacífico (Rímac, Chillón, Lurín, Cañete, Omas, Chancay Huaral, Mala y chilca), Atlántico (Urbamba- Ucayali y Marañon) y del Lago Titicaca. (Referencia 09) sobre disponibilidad hídrica.

Figura Nº 03 Cuencas hidrográficas del Perú.


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II.4 A NIVEL LOCAL El departamento del Cusco, es el onceavo de los 24 departamentos del Perú con mayor incidencia de pobreza (59.2%), con una brecha promedio del 22.0% entre los ingresos de los pobres y el valor de la línea de extrema pobreza y una severidad de desigualdad entre los pobres del 10.9% concentrada en el sector rural, donde de cada 1000 niños nacidos 71 mueren antes de cumplir 1 año, de cada 100 niños menores de 5 años 53 son desnutridos crónicos, así como el 42% de las mujeres y 17% de los varones son analfabetos que apenas han cursado los primeros 4 años y el 35.4% de los niños y adolescentes (5-19 años) no asiste a la escuela.

Figura Nº 04 Provincia y Región del Cusco.

La población de la Región Cusco que acceden al servicio de agua y desagüe llegan al 63,70% y 42,38% respectivamente, sin embargo estos indicadores se reducen sustancialmente para el caso de las familias de los provincias más pobres, donde hasta el 71,48% de las familias no tienen acceso al agua y el 65,92% se abastece del río, acequia o manante (caso Canas) y hasta el 73,81 % (Paruro) no cuenta con desagüe, con los consiguientes efectos negativos en la salud de esta población, especialmente en la población menor de 5 años, registrándose para el año 2005 una tasa de incidencia de Enfermedades Diarreicas Agudas del orden del 185% para este grupo Poblacional.

Grafico Nº 03 Acceso Agua y Desagüe a nivel región Cusco


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De la información revisada y evaluada para el valle del Cusco se ha encontrado una evaluación realizada a la plata de tratamiento de aguas servidas de la ciudad, en la cual se expresa que al empresa municipal SEDACUSCO no realiza una buena gestión y operación, debido al desconocimiento del personal en operación de la planta (Referencia 13) debido a que los niveles de depuración de las aguas se encuentran por encima de los parámetros establecidos en la legislación peruana referentes a calidad de agua (DBO5 de agua cruda es de 437 mg/lit y efluente de salida 100 mg/lit). En el valle del Cusco no se han desarrollado investigaciones ni evaluaciones de los sistemas de desagüe y plantas de tratamiento de aguas servidas de las poblaciones rurales existente, tanto a nivel de piso como a nivel de ladera, debido a que se están implementando algunas propuestas de tratamiento con la finalidad de evaluar la mejor alternativa técnica para las condiciones topográficas, climáticas y sociales.

Figura Nº 05 Imagen satelital de la Cuenca del río Huatanay

Los primeros trabajos se han realizado a través del Organismo No Gubernamental C.E.C Guaman Poma de Ayala, institución que trabaja en el fortalecimiento de las capacidades locales, quienes conjuntamente con la Mancomunidad de Municipios del Valle sur han implementado un programa de saneamiento básico de sus comunidades campesinas ubicadas no solo en el piso del valle, sino también en laderas, acciones que permiten disminuir el grado de contaminación de las aguas del río Huatanay, receptor de todos los vertidos de la ciudad y de estas comunidades campesinas.

Figura Nº 06 Planta de tratamiento de aguas de Huasao


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Otra alternativa que ha intentado implementar en diferentes comunidades del valle del Cusco es la impulsada por el programa nacional Fondo Nacional de Compensación y Desarrollo Social (FONCODES) que construyó sistema de desagüe y planta de tratamiento con lagunajes en la localidad de Lucre, la cual no tiene un buen funcionamiento debido a problemas de conexiones domiciliarias y caudal de tratamiento.

Figura Nº 07 Lagunas de oxidación

Para poder plantear alternativas técnicas adecuadas a la realidad del valle del Cusco, es indispensable conocer sus características físicas, morfológicas, meteorológicas y pluviométricas (referencia 1-5), generando caudales correspondientes a toda la cuenca, analizando el comportamiento de cada una de las micro cuencas, las cuales tiene características y particularidades diferentes.

Por lo expuesto anteriormente es indispensable desarrollar investigaciones y proyectos que permitan evaluar nuevas alternativas técnicas viables en tratamiento de aguas servidas para comunidades y poblaciones ubicadas en laderas y piso de valle del Cusco, como el ejecutado en las comunidades de Huaccoto (Distrito de San jerónimo) y Kircas (Distrito de San Sebastián).

Figura Nº 08 Imagen satelital de la comunidad de Kircas


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El tratamiento propuesto es mediante la recolecta de los desagües por medio de tanques sépticos construidos para un grupo entre tres a cinco familias, cuyos efluentes son evacuados hacia una caja de recolección, a partir del cual se plantea realizar la depuración de las aguas por medio de la incorporación de oxígeno mediante saltos hidráulicos (escalones), entregar las aguas tratadas hacia un decantador y finalmente hacia infiltrarlas en el sub suelo por medio de zanjas de infiltración que posteriormente vierten hacia el cauce existente.

Figura Nº 09 Foto de la comunidad de Huacoto


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III OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS Mediante la presente propuesta de investigación se plantea desarrollar una propuesta de tratamiento de aguas servidas para comunidades campesinas ubicadas en laderas de la sierra peruana, que permita disminuir el nivel de contaminación de los afluentes del río Huatanay y mejorar la calidad de vida de estas poblaciones, propuesta técnica que puede ser extrapolada a otras realidades de la sierra peruana y de la región.

III.1 OBJETIVO GENERAL. Analizar, evaluar y cuantificar la propuesta técnica de tratamiento de aguas servidas de las comunidades campesinas de Huaccoto y Kirkcas, mediante fosas sépticas y escaleras de oxigenación, que permita obtener niveles aceptables de depuración del efluente y validar esta propuesta técnica como una alternativa práctica para la región.

III.2 LOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

III.2.1Objetivo Nº 01 Analizar, evaluar y cuantificar los sistemas de tratamiento de aguas servidas existentes en el valle del Cusco y determinar las limitaciones técnicas, económicas y sociales de estos sistemas. a- Identificación de los sistemas de desagüe y depuración de aguas servidas

implementadas. b- Evaluación del funcionamiento del tratamiento de aguas servidas de los sistemas

identificados en el valle del Cusco. c- Análisis de los resultados del tratamiento de aguas servidas y evaluación de las

características sociales y económicas de cada sistema. d- Conclusiones y propuesta de tratamientos alternativos.

III.2.2Objetivo Nº 02 Promover e implementar una alternativa técnica de tratamiento de aguas servidas para comunidades campesinas de ladera con tratamiento de aguas servidas de forma natural y de bajo costo. a- Evaluación de las características sociales y económicas de las comunidades

propuestas. b- Diseño y propuesta técnica de tratamiento de aguas servidas de las comunidades

campesinas seleccionadas. c- Análisis y evaluación de la implementación y ejecución de la propuesta técnica. En

las comunidades campesinas.

III.2.3Objetivo Nº 03 Análisis y evaluación del funcionamiento de los diferentes elementos que conforman el sistema de desagüe y tratamiento de aguas servidas de las comunidades campesinas de Huaccoto y Kircas. a- Evaluación del funcionamiento del sistema de desagüe de las viviendas y fosas

sépticas. b- Evaluación de la fosa séptica de colección. c- Evaluación de las escaleras de oxigenación y filtración. d- Conclusiones de la evaluación.


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III.3 ALCANCES DEL ESTUDIO El presente estudio y evaluación tendrá repercusión en las poblaciones rurales de la sierra Peruana, en la medida que pueda dar una respuesta favorable al tratamiento de aguas residuales a bajos costos de inversión y mantenimiento, las cuales no requieran el empleo de personal especializado en su operación y mantenimiento. El demostrar que se puede usar tecnología no convencional con tratamientos simples de depuración que permitan disminuir fuertemente las concentraciones de carga orgánica y contaminantes en espacios reducidos, aprovechando las condiciones topográficas (pendientes fuertes de terreno) donde se pueden implementar saltos hidráulicos que oxigenen las aguas servidas, disminuyendo la contaminación de los cauces y del río Huatanay.

Figura Nº 10 Maqueta escalera oxigenación Grupo TAR

Esta alternativa técnica de tratamiento de aguas servidas con escaleras de oxigenación puede ser replicada en diferentes comunidades de altura en la sierra peruana cuyas características poblaciones, climáticas y altitudinales sean similares a las evaluadas en el presente trabajo.


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IV FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACION. En general se debe considerar que todo proceso de tratamiento de aguas residuales urbanas y rurales generan residuos sólidos y lodos que deben ser objeto de tratamiento antes de su deposición final, de forma que esta no afecte al medio ambiente, y deberá contemplar procesos de pretratamiento, tratamiento primario, secundario y terciario, según sea el caso y el nivel de contaminación del efluente. En todos los proceso del tratamiento de aguas servidas el oxígeno juega un papel importante, ya que las bacterias que degradas la materia orgánica requieren de esta para alcanzar los límites establecidos en calidad de agua a verterse a los cursos de agua.

IV.1 FASES DEL TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS

IV.1.1 Pretratamiento

Esta etapa permite separar los sólidos en suspensión usando separadores estacionarios tipo reja, tobogán o giratorios autolimpiante.

IV.1.2 Tratamiento primario Indispensable para permitir que las aguas residuales que entran en un proceso de depuración y que contienen materiales en suspensión que podrían atascar o dañar las bombas y la maquinaria, sean eliminados por medio de enrejados o barras verticales, para luego ser quemados o enterrados tras ser recogidos manual o mecánicamente y se transportan al sistema de tratamiento de lodos. Esta etapa permite separar alrededor del 30% del DBO original, y aproximadamente el 60% de los sólidos en suspensión.

a Cámara de arena:

Permite eliminar materia inorgánica o mineral (arena, sedimentos), de modo que permitan que las partículas inorgánicas de 0,2 mm o más se depositen en el fondo, mientras que las partículas más pequeñas y la mayoría de los sólidos orgánicos que permanecen en suspensión continuaran su recorrido. Hoy en día las más usadas son las cámaras aireadas de flujo en espiral con fondo en tolva, o clarificadores, provistos de brazos mecánicos encargados de raspar. Se elimina el residuo mineral y se vierte en vertederos sanitarios.

b Sedimentación: Eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación donde se depositan los materiales orgánicos, que son retirados para su eliminación. El proceso de sedimentación puede reducir de un 20 a un 40% la DBO5 y de un 40 a un 60% los sólidos en suspensión.

IV.1.3 Tratamiento secundario Etapa en que se reduce la materia orgánica soluble biodegradable insensible a las fases anteriores. Se aplica una vez que han sido eliminados de un 40 a un 60% de los sólidos en suspensión y reducidas de un 20 a un 40% la DBO5 por medios físicos en el tratamiento primario. Por lo general, los procesos microbianos empleados son aeróbicos, es decir, los microorganismos actúan en presencia de oxígeno disuelto.


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El tratamiento secundario supone, de hecho, emplear y acelerar los procesos naturales de eliminación de los residuos. En presencia de oxígeno, las bacterias aeróbicas convierten la materia orgánica en formas estables, como dióxido de carbono, agua, nitratos y fosfatos, así como otros materiales orgánicos. La producción de materia orgánica nueva es un resultado indirecto de los procesos de tratamiento biológico, y debe eliminarse antes de descargar el agua en el cauce receptor. Hay diversos procesos alternativos para el tratamiento secundario, incluyendo el filtro de goteo, el lodo activado y las lagunas.

IV.1.4 Tratamiento terciario Incluye tratamientos requeridos para eliminar nitrógeno y fósforo. El nitrógeno aparece en sus tres formas orgánicas, amoniacales y óxidos, los que actúan como fertilizantes y estimulan el crecimiento de plantas de acuáticas particularmente algas, algunos de los procedimientos empleados son alcalinización y arrastre de compuestos amoniacales por insuflado de aire, oxidación química, procesos biológicos que oxidan los compuestos de nitrógeno. El fósforo a diferencia del nitrógeno no consume oxigeno en los cuerpos receptores donde se descarga el problema radica en su eutrofización, el mejor proceso de eliminación es la precipitación química empleando cal o sales de aluminio o hierro trivalentes, tratamiento químico que no solo se usa para su control sino que coadyuva en las distintas etapas de tratamiento y mejoran la eficiencia de la depuración de plantas existentes.

IV.2 CLASIFICACION DE AGUAS Y NORMATIVA PERUANA. Según la normativa Peruana el uso del recurso hídrico para diferentes fines se clasifican de acuerdo al siguiente cuadro:

Cuadro Nº 03 Clasificación de las aguas de acuerdo a sus usos.

CLASE USOS I Aguas de abastecimiento doméstico con desinfección simple. II Agua de abastecimiento doméstico con tratamiento equivalente a procesos combinados de

mezcla y coagulación, sedimentación, filtración y cloración. III Agua para riego de vegetales de consumo crudo y bebida de animales. IV Aguas de zonas recreativas de contacto primario (baños y similares) V Aguas de zonas de pesca de mariscos bivalvos. VI Aguas de zona de preservación de fauna acuática y pesca recreativa o comercial.

Referencia 16

De acuerdo a esta normativa se plantean parámetros sobre la calidad del agua, de acuerdo al uso que se dé, como se presenta en el siguiente cuadro:

Cuadro Nº 04 Parámetros de las aguas de acuerdo a sus usos. CLASE Unidad I II III IV V VI

Coliformes totales

N.M. P. / 100 ml

8.8 20,000.0 5,000.0 5,000.0 1,000.0 20,000.0

Coliformes fecales

N.M. P. / 100 ml

0.0 4,000.0 1,000.0 1,000.0 200.0 4,000.0

Oxígeno disuelto mg/lt 3.0 3.0 3.0 3.0 5.0 4.0 D.B.O. mg/lt 5.0 5.0 15.0 10.0 10.0 10.0

Referencia 16


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Por lo tanto la propuesta de tratamiento de aguas servidas para estas comunidades campesinas debe de ajustarse a estos parámetros, siendo indispensable analizar el nivel de depuración que se obtendrá con la propuesta y la contaminación aguas abajo que se generará con el vertido hacia el cauce. De acuerdo a lo especificado en el Reglamento Nacional de Construcciones del Perú y la norma de saneamiento S.090, se estipula los valores mínimos que deben de tomarse en cuenta para el diseño de las diferentes estructuras de una planta de tratamiento, indicando lo siguiente: En el acápite 4.3.6 se indica: “Para comunidades sin sistemas de alcantarillado, la determinación de las características debe de efectuarse calculando la masa de los parámetros más importantes, a partir de los aportes per cápita según se indica en el siguiente cuadro”.

Cuadro Nº 05 Aporte percápita para aguas residuales domesticas. PARAMETROS VALORES

DBO 5 días, a 20 °C, g/(hab.d) 50.00 Sólidos en suspensión, g/(hab.d) 90.00 NH3 – N como N, g/(hab.d) 8.00 N Kjeidahl total como N, g/(hab.d) 12.00 Fósforo total, g/(hab.d) 3.00 Coliformes fecales, N° de bacterias/(hab.d) 2x1011 Salmonella Sp., N° de bacterias/(hab.d) 1x108 Nemotades intestinal., N° huevos/(hab.d) 4x105

Referencia 16

En el acápite 4.3.7 se indica: “En las comunidades en donde se haya realizado muestreo, se relacionará la masa de contaminantes de DBO, sólidos en suspensión y nutrientes, coliformes fecales y parásitos con las poblaciones contribuyentes, para determinar el aporte per cápita de los parámetros indicados. El aporte per cápita doméstico e industrial se calculará por separado”. Para nuestro caso utilizaremos los valores recomendados por el Reglamento Nacional de Construcciones, cuyo aporte percápita de DBO5 es de 50 gr/(hab.d), y al tratarse de sistema separativo los sólidos en suspensión solo corresponden a los provenientes de viviendas y no a las de aguas pluviales. Las sustancias inorgánicas en solución incluyen sales de dureza provenientes de estratos rocosos (bicarbonatos del calcio y magnesio producen una dureza temporal, mientras que los sulfatos y cloruros es permanente). Otras impurezas que se incluyen son las sales de sodio, silicatos procedentes de cuencas de rio arenosa, compuestos ferrosos y/o férricos, cloruros, aluminio proveniente de productos químicos, fosfatos de detergentes, Nitratos de fertilizantes.

IV.2.1Parámetros de control de calidad de efluentes urbanos y rurales.

a Sólidos disueltos totales (tds) El valor de Sólidos Disueltos Totales (TDS) es el residuo en partes por millón (ppm) expresados como mg/L, que se lo obtiene usando dos métodos: Método tradicional: Por evaporación de una muestra de agua hasta la sequedad, que nos proporciona un residuo que incluye coloides, compuestos orgánicos no volátiles y sales que son estables a la temperatura de 180 ºC. Siendo la mayor proporción de los residuos sales inorgánicas.


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Medición directa: Por medio de un instrumento de medición (conductivimetro), que mide este contenido en función de la temperatura del agua. También se lo obtiene multiplicando la conductividad del agua µS/cm a 25ºC por 0,7. Los TDS se utilizan como un indicador del nivel total de compuestos inorgánicos presentes en el agua. Los Sólidos Disueltos Totales se pueden medir directamente.

b pH .El agua capta contaminantes que afectan su pH. La concentración de iones hidrógeno en agua afecta tanto al pH como a la resistividad ( el valor inverso de la conductividad). El pH del agua puede disminuir hasta 4,5 si es que absorbe dióxido de carbono de la atmósfera, o bien que se haya producido en el medio, lo que no significa que el agua esté muy contaminada; sólo una fracción de una ppm de CO2 provocará una disminución del pH. La presencia de HCO3- dará por el contrario medio ligeramente básicos.

c Demanda Química de Oxigeno (DQO) El grado de contaminación orgánica se puede medir a través de la prueba de oxígeno absorbido con una solución de permanganato de potasio o a través de la prueba de demanda química de oxígeno (DQO) por titulación con dicromato de potasio. Que es la cantidad de oxígeno que se necesita para oxidar los materiales contenidos en el agua.

d Oxígeno Disueltpo ( OD ) Las aguas superficiales limpias suelen estar saturadas de oxígeno, lo que es fundamental para la vida. Si el nivel de oxígeno disuelto es bajo por debajo de 8 mg/L, indica contaminación con materia orgánica, septicización, mala calidad del agua e incapacidad para mantener determinadas formas de vida. Su medición se basa en la importancia que este tiene para evitar la formación de cantidades indeseables de sulfuro de hidrógeno, y el estado de oxidación química de varios metales tales como el hierro. Una concentración de oxígeno disuelto de más de 80% de saturación es suficiente para obtener aguas bien oxigenadas. El lanzamiento de una carga contaminadora orgánica en el curso de agua, implicará un aumento repentino de la DBO (Demanda Biológica de Oxigeno) y una disminución repentina del OD. Esto significa que habrá una proliferación de microorganismos que promoverán la degradación del contaminante, al precio de un elevado consumo de oxígeno. Habrá así una gran demanda de oxígeno, necesaria para que las aguas, aguas abajo, muestren una mejoría de calidad, de no ocurrir esto el curso de agua mostrara signos visibles de contaminación antes mostrados. Si bien el consumo de oxígeno es necesario para la limpieza del río, significa también que el mismo tendrá una menor disponibilidad para otros organismos, como los peces.

Cuadro Nº 06 Contaminación de los ríos Huatanay y Vilcanota.


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IV.3 CAPACIDAD DE AUTODEPURACION DE UN RIO. Todo sistema natural tiene un límite para poder trabajar y auto depurarse, pues el contaminante de un sistema es eliminado por medios naturales en un periodo de tiempo. Esto es aplicable a la realidad que se presentan en los diferentes cursos de agua en el planeta, pues las aguas contaminantes de un sistema son degradadas en forma natural en un determinado tiempo y distancia, de acuerdo a la capacidad de dilución de las aguas del cuerpo receptor. En el valle del Cusco, el río Huatanay es el cuerpo receptor de todas las aguas contaminadas de la ciudad y de los centros poblados rurales del valle, por lo que se hace indispensable realizar no solo un monitoreo y control de la calidad de los efluentes urbanos, sino que las aguas de este río sea recuperadas para la vida y la población del valle. Analizaremos el tiempo de recuperación del río Huatanay frente al vertido de la planta de tratamiento de la ciudad del Cusco ubicada en San Jerónimo aplicando la siguiente expresión (Referencia 18) Donde:

Qw = Caudal de agua residual. =170 l/seg Cw = Concentración de agua residual. Qr = Caudal fuente receptora. = 240 l/seg Cr = Concentración de fuente receptora. C = Concentración de la mezcla completa.

IV.3.1Caudal de mezcla.

Q = Qw + Qr Q = 170 + 240 = 410 litros/seg

IV.3.2Calculo del DBO5 de la mezcla (Lo).

Asumiremos un valor máximo de vertido de la planta de tratamiento y que el cuerpo receptor puede soportar.

Donde: Lr = DBO del cuerpo receptor = 10.10 mg O2/L Lw = DBO del efluente. = 15.00 mg O2/L,

Siendo:

Qr = 240 litros /seg Lr = 10.10 mg O2/L Qw = 170 litros /seg Lw = 40.00 mg O2/L Q = 410 litros /seg

Reemplazando:

Lo = 12.13 mg O2/L (DBO de la mezcla) Se puede concluir que para las condiciones más críticas, con el caudal más bajo que se pueda registrar en el cuerpo receptor, se tiene un DBO de la Mezcla de 12.13 mg O2/L. Por consiguiente el vertido del efluente de la Planta de Tratamiento de San Jerónimo puede ser hasta un máximo de DBO = 15.00 mg O2/L

C= ( Cr Qr + Cw Qw ) / (Qr + Qw)

Lo = ( Qr Lr + Qw Lw ) / Q


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IV.3.3Calculo del tiempo critico de recuperación del cuerpo receptor

Donde: ODr = Oxigeno Disuelto rio antes de la descarga = 8.95 mg/L. ODw = Oxigeno Disuelto Efluente aireación = 4.00 mg/L K1 = Coeficiente cinético de des - oxigenación = 0.23 K2 = Coeficiente cinético re oxigenación corriente agua = 0.85 DBOU = DBO carbonacea última o total, mg/L Lo = DBO de la mezcla K1T = Constante cinética reacción 1º orden valor inicial e-k1T = 0.23 a 20°C ODo = Oxigeno Disuelto en la Mezcla

ODo = 10.61 mg/L

Do = ODr - ODo = 1.66 mg/L Déficit Inicial

DBOU = 15.75 mg/L.

TCR= 1.57 días Esto implica que al río Huatanay le llevaría auto depurarse 1.57 días, si es que se cumplen las premisas del cálculo y no se presentan nuevos vertidos de efluentes que implicaría un mayor tiempo de autodepuración. Estimando una velocidad del río de 0.4 m/seg, requeriría 54.26 Km para recuperarse. Este proceso se podría acelerar si es que la pendiente del cauce presentará saltos y caídas que permita incorporar mayor cantidad de oxígeno al sistema. En igual forma el caso de contaminación de los cauces donde se vierten los efluentes de las plantas de tratamiento de pequeñas comunidades campesinas, originarán un nivel de contaminación que al riachuelo llevara tiempo y distancia recuperarse.

IV.4 SELECCIÓN DE PROCESO DE TRATAMIENTO.

La presente propuesta plantea depurar las aguas residuales del centro poblado rurales cuya característica particular se basa en aguas provenientes de los domicilios no existiendo industrias ni mecánicas que contaminen con mayor incidencia las aguas servidas. Una de las características exigidas para el diseño de la planta de tratamiento es evitar malos olores. La selección del tipo de tratamiento de aguas servidas debe de acondicionare a la disponibilidad de terreno, ubicación entre las viviendas y cercanía al cauce existente. Se ha realizado el análisis y evaluación del cauce de la cuenca de Huaccoto y Pillao Matao, que pasa por un costado del centro poblado y permite incorporar a su cauce las aguas tratadas debido a la capacidad de dilución (caudales del río frente al caudal de la planta) y su capacidad de auto depuración (pendiente fuertes), valores que se encuentran dentro de los parámetros exigidos por el Reglamento Nacional de Construcciones Peruano.

TCR = ln[k2/k1(1-Do(k2-k1)/k1DBOU)] /(k2-k1)

ODo = [Qr ODr + Qw ODw] / Q

DBOU = Lo / (1+e-k1T)


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IV.4.1Características generales. El sistema de saneamiento básico para ser integral debe considerar el tratamiento y vertido de las aguas residuales del centro poblado. El agua residual generada no es posible descargarla directamente al riachuelo o al sistema de drenaje, debido a que la materia orgánica eutrofizaría las aguas superficiales, además por norma de vertido de aguas residuales no está permitido descargar aguas sin tratamiento. Por lo que se hace imprescindible el tratamiento previo, estabilizando la materia orgánica transportada por el efluente y su eliminación final. Para ello se considera y evalúa experiencias anteriores en poblaciones similares adyacentes con características geográficas parecidas. Las comunidades campesinas seleccionadas se catalogan como una mediana comunidad, considerando su población actual menor a 250 habitantes. Por su propia situación geográfica y desarrollo, las pequeñas comunidades presentan una serie de problemas específicos que hacen difícil la provisión de los sistemas tanto de abastecimiento de agua potable como de tratamiento de aguas residuales.

IV.4.2 Problemas específicos asociados a las pequeñas comunidades. Debido a su tamaño las comunidades se enfrentan a una serie de problemas que dificultan la construcción y explotación de las plantas de tratamiento de aguas residuales, habitualmente gestionadas por los municipios. Los principales problemas que se presentan están relacionados con: - Costos elevados de inversión por habitante. - Costos de operación altos. - Presupuestos limitados para la explotación y mantenimiento de las instalaciones.

IV.4.3Tipos de plantas de tratamiento.

Los sistemas de tratamiento y evacuación de aguas residuales de pequeñas dimensiones incluyen un amplio rango de tamaños, desde sistemas diseñados para dar servicio a residencias unifamiliares con caudales comprendidos entre 190 y 1900 1/d hasta sistemas diseñados para el tratamiento de caudales de hasta 380 metros cúbicos/día, con algunas variantes en el sistema. Antes de tomar una decisión del proceso a considerar en el sistema de depuración de las aguas residuales, se han evaluado algunas alternativas: 1. Fosas sépticas.- Este sistema permite la degradación biológica en tanques o fosas,

las cuales filtran los líquidos al suelo y almacenan los lodos. Debido a la magnitud de la población se podría considerar como una alternativa de tratamiento.

2. Tanque de decantación y digestión.- Esta alternativa es aplicada a poblaciones menores a 1,000 habitantes, obteniendo un buen tratamiento con un tanque que permite biodegradar a la materia orgánica en un estanque, para posteriormente eliminar el efluente por medio de métodos de filtración lenta. Este sistema podría considerar como una alternativa de tratamiento.


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3. Lechos bacterianos.- Esta alternativa permite depurar aguas residuales de poblaciones de hasta 5,000 habitantes, realizando el tratamiento y digestión de la materia en tanques decantadores y la incorporación de lechos filtrantes (grava, arena, plásticos) que permitan generar el biofilm que acelere el proceso. Este procedimiento es factible de realizarlo.

4. Fangos activos.- Este procedimiento permite el tratamiento de aguas residuales de

poblaciones de hasta 5,000 habitantes, combinando procesos de lechos bacterianos e incorporando en la digestión aire en forma mecánica, siendo este proceso factible de realizarlo, mejorando los resultados del tratamiento.

5. Lagunas de Oxidación.- Estos procedimientos son utilizados en poblaciones

pequeñas como grandes, dependiendo del espacio que se disponga para la construcción de las lagunas.

6. Sistemas naturales.- Este procedimiento es utilizado en zonas cuya carga orgánica

es baja y se dispone de espacios suficientes para poder biodegradar el efluente de manera natural con plantas, o por medio de filtros de arena, descartando esta alternativa para la topografía de la zona.

Los valores indicados en el Reglamento Nacional de Construcciones Peruano para la selección de los procesos de tratamiento de aguas residuales se usarán como guía los valores del cuadro siguiente, donde se muestra valores típicos de porcentajes de remoción del DBO y de parásitos y bacterias1.

Cuadro Nº 07 Eficiencia de remoción de unidades de tratamiento. REMOCIÓN (%) REMOCIÓN

Ciclos log10 PROCESO

DE TRATAMIENTO DBO Sólidos en

suspensión Bacterias Helmitos

Sedimentación primaria 25-30 40-70 0-1 0-1 Lodos activados (a) 70-95 70-95 0-2 0-1 Filtros percoladores (a) 50-90 70-90 0-2 0-1 Lagunas aireadas (b) 80-90 © 1-2 0-1 Zanjas de oxidación (d) 70-95 80-95 1-2 0-1 Lagunas de estabilización (e) 70-85 © 1-6 1-4

Referencia 18

Donde:

(a). Precedidos y seguidos de sedimentación. (b). Incluye laguna secundaria (c). Dependiente del tipo de lagunas (d). Seguidas de sedimentación (e). Dependiendo del número de lagunas y otros factores como:

temperatura, periodo de retención y formas de lagunas. En el cuadro adjunto se indican las limitaciones y potencialidades de cada uno de los tipos de planta descrito anteriormente y su posibilidad de aplicar para las comunidades campesinas seleccionadas.

1 Página 31 Manual Plantas de Tratamiento de Aguas servidas del Reglamento Nacional de Construcciones.


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Cuadro Nº 08 Problemas y características de los sistemas de depuración de aguas servidas.

SISTEMA DE DEPURACION LIMITE RECOMEN-DADO DE USO

PROBLEMAS EN EL SISTEMA

Individual Pozos negros permeables.

Vertido de viviendas familiares

- Limitaciones del terreno. - Contaminación acuífero. - Extracción de sólidos y

eliminación. - Olores.

Pozo negro impermeable Vertido de viviendas familiares

- Extracción de sólidos y eliminación.

- Olores.

Fosas sépticas y sistemas de nitrificación

< 300 habitantes - Extracción de sólidos y eliminación.

- Olores. - Colmatado

Tanques de decantación y digestión y sistemas de nitrificación.

< 1,000 habitantes - Extracción de sólidos y eliminación.

- Colmatado. Lagunas naturales en serie (anaerobia – facultativa – anaerobia)

< 3,000 habitantes - Superficie requerida de 8-11 m²/hab.

- Olores en etapa anaerobia. - Sin impermeabilización se

contamina el acuífero. - Mosquitos y roedores. - Extracción y eliminación periódica

de lodos Lagunas naturales en serie (Facultativa – facultativa – anaerobia)

< 3,000 habitantes - Superficie requerida de 8-11 m²/hab.

- Menos olores en lagunas facultativas.

- Sin impermeabilización se contamina el acuífero.

- Mosquitos y roedores. - Extracción y eliminación periódica

de lodos Lagunas aireadas en serie (aireado natural – aireado – aireado natural)

< 15,000 habitantes - Superficie requerida de 1.8 – 3.5 m²/hab.

- Extracción y eliminación periódica de lodos.

- Consumo energético. Sedimentación digestión con nitrificación

< 1,000 habitantes - Estabilización incompleta. - Colmatado. - Extracción y eliminación de lodos.

Proceso de lechos bacterianos de baja carga y media carga.

< 2,000 habitantes - Pérdida de carga. - Olores por inversiones térmicas. - Consumo energético por

recirculación. - Mosquitos e insectos.

Filtros de arena y turba < 10,000 habitantes - Funcionamiento con intermitencias.

- Colmatado. - Limpieza de filtros - Mano de obra

Fangos activados de baja o mediana carga en canal continua.

> 1,500 habitantes - Consumo energético

Filtros verdes - Riego intermitente. - Colmatado. - Olores


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V ANALISIS Y EVALUACION DE LA PROPUESTA TECNICA. La presente propuesta se enmarca dentro de los resultados obtenidos de los diferentes sistemas de tratamiento de aguas servidas que se están impulsando en el valle del Cusco, con la finalidad de poder implementar una propuesta técnica y social que sea fácil de operar y mantener por los beneficiarios.

V.1 SISTEMAS DE TRATAMIENTO EXISTENTES EN EL VALLE DEL

CUSCO. En el valle del Cusco se han identificado cuatro tipos de tratamiento de aguas servidas urbanas y rurales siendo estas las siguientes: Tratamiento por lechos Bacterianos.

Tratamiento aplicado a los desagües de la ciudad del Cusco, planta ubicada en la localidad de San Jerónimo que es gestionada por al empres local del agua.

Tratamiento por lagunajes. Esta propuesta de tratamiento ha sido implementada por el programa nacional de Fondo de Compensación y Desarrollo Social (FONCODES) en la localidad de Lucre.

Tratamiento por pozos percoladores

Desarrollado también por el programa nacional FONCODES el cual se construyo aprovechando el punto de vertido cercano a las playas del río Vilcanota.

Tratamiento por fangos activados. Esta propuesta de tratamiento ha sido impulsada por la Mancomunidad de Municipios del Valle sur del Cusco y se han construido parcialmente en las comunidades de Angostura, Saylla, Ccorao, Huasao, Choquepata. y Huacarpay.

Figura Nº 11 Ubicación de sistemas de tratamiento de aguas servidas en el valle del Cusco


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CR D SP SSFB

Efluente- finalAgua cruda

rioHuatayay

Recirculationde agua

V.2 Planta de Tratamiento de aguas servidas de la ciudad del Cusco de lechos bacterianos. La planta de Tratamiento de Aguas Residuales de San Jerónimo se halla ubicada en el Km 8.8 de la carretera Cusco- Sicuani, situada a una altura de 3,198 msnm. La planta de San Jerónimo se empezó a construir en el año 1977 y se terminó el año 1983. El proyecto inicial comprendía la construcción de dos sedimentadores primarios, dos digestores primarios, dos digestores secundarios, dos biofiltros y dos sedimentadores secundarios. Debido a limitaciones presupuestarias, sólo se construyó la mitad de la planta diseñada, con una capacidad de tratamiento de 320 l.p.s. En el Cusco, las aguas de lluvia y las aguas residuales comparten la misma red. El caudal del agua a la planta durante diciembre de 1998 y enero de 1999 fue de un promedio de 170 l.p.s. Normalmente, una gran parte de la aguas residuales (cerca del 70% del agua que ingresa a la planta) va directamente al río Huatanay sin haber sido tratada. La planta cuenta con tratamiento de limpieza manual y con filtro biológico de digestión anaeróbica de lodos (ver a continuación plano esquemático):

Figura Nº 12 Plano esquemático de la planta San Jerónimo

Donde: CR: Cámaras de rejas D: Desarenador SP: Sedimentador Primario FB: Biofiltro SS: Sedimentador Secundario.

Figura Nª 13 Vista aérea Planta tratamiento de San Jerónimo de la ciudad del Cusco


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Aguas debajo de la planta de tratamiento, muchos campesinos utilizan las aguas del Huatanay para regar sus cultivos de verdura, maíz, etc. Estos productos son vendidos después en los mercados locales, lo cual implica un gran riesgo para la salud de la población generándose un círculo de contaminación constante. En Cusco hay pocas industrias que producen aguas residuales industriales. Dos fábricas de gaseosas y una fábrica de cerveza están conectadas a la red de la planta de San Jerónimo. Se desconoce si estas fábricas limpian previamente sus aguas antes de enviarlas a la planta. La planta ha sido proyectada de acuerdo a los estudios de campo de la época y de la experiencia local ajustándose a los estándar recomendados por The Federation of Sewage and Industrial Works Association; así como de las Normas Brasileñas. La planta de San Jerónimo es por su construcción única en el país.

V.2.1 Unidades de tratamiento de la planta de San Jerónimo. De acuerdo a la información recibida, la planta nunca ha funcionado en forma efectiva.

a Rejas Las cámaras de rejas disponen de platinas de 11,5-23 mm de espaciamiento que separan los desechos gruesos que contienen las aguas residuales. Estos desechos son sacados en forma manual y luego incinerados. Las aguas residuales continúan después de las rejas hacia los desarenadores para separar la arena fina y limo que arrastran las aguas.

Figura Nª 14 Cámara de rejas planta San Jerónimo

b Desarenadores

Los desarenadores son dos unidades de concreto armado y rectangulares, de limpieza manual conectados directamente al medidor Parshall. Los desarenadores son de 15 m de longitud y 2.6 m de altura (tienen pendiente negativa). La limpieza de los desarenadores se realiza mediante chorros de agua y la evacuación de arena por tubería (D 230 mm) hacia el rio Huatanay.

Figura Nª 15 Cámara desarenador planta San Jerónimo

c Medidor Parshall

El medidor Parshall es de escurrimiento libre con una garganta de trabajo mínimo de 17.26 lps y de 426.3 lps de trabajo máximo. Estos rangos de trabajo cumplen satisfactoriamente las necesidades de la planta. La medición de caudal se realiza con ayuda de una regla en la que se va registrando la altura en forma permanente cada hora. Se desconoce como está siendo documentado el caudal del agua.


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d Sedimentador primario. El sedimentador primario es cónico y está constituido por una unidad de concreto armado de 42.7 m de diámetro interior y 2.75 m de profundidad en las paredes (4.4 m en el centro). La pendiente de la losa hacia la tolva de recolección es de 8.35%. Las grasas, detergentes y otros materiales son retirados por el barredor de lodos (modelo EIMCO) y acumulados en la caja de la estación de bombeo E1, para su posterior bombeo al digestor primario.

Figura Nª 15 Sedimentador primario planta San Jerónimo

El barredor de lodos tiene también un sistema para barrer natas y espumas. El agua de rebose pasa al biofiltro por gravedad. La remoción de lodos se realiza muy poco o nunca. El sedimentador primario tiene para una carga de 2 m/h una capacidad de 2 800 m3/h (780 l/s).

e Biofiltro El biofiltro es una unidad de concreto armado de 50,33 m de diámetro interior y de 1,7 m de profundidad. El estrato de piedra es de 138-184 mm de diámetro. El biofiltro está provisto de un aspersor metálico de cuatro brazos accionados por la fuerza hidráulica del agua que se encarga de distribuir el agua a través de varias ventillas sobre la superficie de piedra con una velocidad promedio de 1.5 mps.

Figura Nª 16 Biofiltro planta San Jerónimo

Las aguas residuales que salen del sedimentador primario por rebalse a través de los vertederos pasan al biofiltro por gravedad, ingresando por el centro del aspersor. Desde el biofiltro sale el agua por gravedad al sedimentador secundario. El buen funcionamiento del biofiltro requiere que el agua cubra la capa filtrante en forma efectiva para estimular el crecimiento de microorganismos sobre la capa. Por el momento la recirculación del agua sobre el biofiltro es escasa, debido al ahorro de electricidad. La falta de agua en la ciudad es a veces la causa de que el agua no recircule en el biofiltro. El diseño del biofiltro, con un área grande, poca profundidad y piedras demasiado grandes, hace que el tiempo de contacto del agua en el biofiltro sea corto. Las piedras grandes tienen una superficie pequeña lo que da una carga hidráulica grande (m3/m2*h).


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f Sedimentador secundario Esta unidad es de concreto armado similar en dimensiones al sedimentador primario. Aquí se captan los sólidos restantes, los mismos que son acumulados en la base del sedimentador. El agua de salida de rebalse está siendo evacuada hacia el río Huatanay. La planta debe disponer de un sistema de bombeo de lodos hacia el sedimentador secundario. Desconocemos cómo se realiza y si efectivamente esta operación se realiza por el momento.

Figura Nª 17 Sedimentador secundario planta San Jerónimo

g Digestores

Existen dos digestores, uno primario y otro secundario de 24,4 m de diámetro interior y de 6.4 m de profundidad de forma cónica, con una capacidad de 3 200 m3. En la actualidad se utiliza uno de los digestores como depósito para los lodos bombeados del sedimentador primario. El segundo digestor está en muy malas condiciones y fuera de funcionamiento. La caldera instalada para el calentamiento de los lodos no funciona.

Figura Nª 18 Caldera de digestores planta San Jerónimo

Figura Nª 19 Digestorde lodos planta San Jerónimo

h Lechos de secado.

Los lechos de secado están formados por 10 unidades de concreto armado de forma rectangular, de 10 m de ancho por 30 m de largo cada una. Los lechos constan de un filtro de arena y grava (0.6 m de espesor).

Figura Nª 20 Lecho de secado planta San Jerónimo


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El agua es filtrada en los lechos y se obtiene una torta, que una vez secada al exterior es utilizada por los campesinos como fertilizante en la agricultura. La torta de lodo seco es sacada a mano ya que el sistema de carritos mineros no funciona.

i Efluente final El efluente de la planta está siendo evacuado directamente al río Huatanay mediante una tubería de 900 mm. de diámetro.

Figura Nª 21 Entrega efluente al río Huatanay

V.2.2 Evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento. a Entrada de las aguas a la planta.

La limpieza mecánica de las aguas residuales funciona en forma deficiente. Esto se debe a que el canal de aproximación con la cámara de rejas no es eficiente para separar los desechos gruesos que arrastran las aguas. Una solución sería instalar una reja con limpieza mecánica provista de un sencillo transportador para sacar los desechos gruesos. Estos desechos serían depositados en un contenedor, para ser más tarde llevados a un vertedero. Los desarenadores en la actualidad funcionan en forma deficiente y mucha arena es arrastrada con el agua al sedimentador primario y luego a los digestores. Una solución puede ser hacer trabajar los desarenadores en forma paralela para disminuir la velocidad de la corriente y así aumentar la sedimentación. En el desarenador se puede instalar bombas especiales colgadas de un carrete para elevar la arena y escurrirle el agua. También se puede mejorar el mantenimiento del desarenador con la instalación de un sistema que aplique aire al desarenador. Esto baja el volumen y así se alcanza una sedimentación óptima. Esta solución puede ser costosa ya que requiere de electricidad.

Figura Nª 22 Rejas en entrada de planta

b Sedimentación primaria La sedimentación primaria tiene actualmente una carga baja, con una carga de superficie de 0,4 m/h con un caudal de 170 l/s. El bombeo del agua de los lodos proveniente del sedimentador primario con una bomba que da 220 l/s, genera una carga alta momentánea, que debe ser mejorada.


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c Biofiltro La forma ineficiente de funcionamiento del biofiltro, se debe a diferentes factores: entre ellos a su construcción, su gran superficie y a su poca profundidad (1,7 m), y a sus piedras grandes, que hacen que el contacto del agua con la capa de piedras sea corto. Las piedras grandes tienen una superficie específica pequeña, lo que da un DBO de 50 gr/m2*d. El valor recomendado es de 10-15 gr DBO/m2*d Para poder obtener una carga de DBO de 15 gr/m2*d, con la carga actual de DBO (primer paso), se debería cambiar la materia del filtro por Hufon (relleno de plástico) que tiene una superficie específica más grande (cerca de 90 m2/m3 comparados con los cerca 20 m2/m3 de la actualidad). El Hufon no se pone directamente en el fondo del biofiltro ya que una capa de piedras de 0,5 m se pondrá en el fondo, para el drenaje.

Figura Nª 23 Biofiltro planta San Jerónimo

El volumen total de Hufon es de 2 600 m3, lo que significa una altura total de 1,8 m. Es decir un aumento de la capa filtrante de 0,1 m. En el segundo paso se soluciona con un nuevo aumento de altura de la capa filtrante lo que resulta un cambio del principio de libre caída. El tercer paso exige aún más altura de la capa, lo que daría proporciones exageradas al biofiltro, por lo cual hay que contar con la posibilidad de construir otro biofiltro. La función principal del biofiltro es proporcionar una eficiente dispersión del agua sobre la capa filtrante y la continuidad de la carga. Eso permite estimular el crecimiento de los microorganismos sobre el biofiltro. La recirculación del agua en el biofiltro de la Planta es escasa y a veces inexistente a causa del ahorro de electricidad. El agua tampoco recircula cuando hay escasez de agua en la ciudad. El actual aspersor para la recirculación del agua está dimensionado para 220 l/s. Esto es suficiente para la recirculación según el primer paso. El aspersor funciona deficientemente, debido a la escasa cantidad de agua que circula. La oxigenación del agua se puede mejorar con la instalación de ventillas más grandes.

d Sedimentación secundaria La sedimentación secundaria tiene actualmente una carga normal con una carga superficial de 0,4 m/h por 170 l/s. En la medida en que los lodos son descargados del sedimentador secundario, esto se hace en forma continua y con ayuda de una bomba de gran capacidad. El estudio de los planos de la Planta muestra que el tubo de salida de los lodos tiene un diámetro de 750 mm. El tubo es muy ancho, si tomamos en cuenta que está destinado a llevar los lodos hacia el sedimentador primario. El tubo debería tener en realidad un diámetro entre 150-200 mm. El tubo de entrada al sedimentador secundario y el de descarga de lodos no están muy definidos en los antecedentes que hemos recibido, por lo cual tendremos que estudiarlos más adelante con más detalles.


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e Tratamiento de lodos El tratamiento de lodos funciona con problemas. Es difícil hacerse una idea de cómo los lodos están siendo transportados en el proceso. Sin embargo, está claro que la descarga de lodos no es continua. Por el momento se utiliza el digestor número 1 para almacenar el lodo. Los lodos no son espesados. Seguramente se saca el lodo del sedimentador secundario con una bomba demasiado grande, por lo cual mucha agua es bombeada al sedimentador primario. Con las cargas actuales, es posible disminuir a la mitad la capacidad de bombeo de la descarga de lodo del sedimentador primario. La capacidad de la bomba se puede disminuir aún más para sacar los lodos recirculantes.

f Digestión de lodos Por el momento la digestión de lodos no se realiza en la Planta, ya que uno de los digestores está inservible y el otro digestor está en muy mal estado y con las paredes sin aislamiento. Además no funciona la caldera de precalentamiento de lodos. Para que la digestión de lodos funcione, es indispensable reacondicionar al menos uno de los digestores. También hay que instalar una nueva caldera, bombas y chaquetas de agua. Asimismo, antes de la digestión hay que espesar los lodos para disminuir su volumen.

Figura Nª 24 Digestor de lodos planta San Jerónimo

Para obtener una digestión óptima, hay que precalentar los lodos a una temperatura de 32°C y espesarlos a un 4% de TS (sustancia sólida). Según las muestras tomadas, se obtendrían 200 m3 de lodos de 4% TS/diario. Esto significaría que los lodos hay que mantenerlos 16 días en el digestor.

g Lechos de secado La torta de lodo seco es sacada en forma manual, con pala y carretilla. Esto resulta pesado y toma tiempo. Este tipo de trabajo se puede mecanizar.

h Toma de muestras Las actividades de laboratorio de la planta son muy escasas. Por el momento sólo se realizan análisis microbiológicos del afluente a la Planta, del sedimentador primario, biofiltro, sedimentador secundario y del efluente del emisor de la Planta. Actualmente no se realizan análisis fisicoquímicos. Esto es una gran deficiencia, ya que éstos parámetros son importantes para el buen funcionamiento de la Planta.

Figura Nª 25 Ensayos laboratorio planta San Jerónimo


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V.2.3 Conclusiones generales y recomendaciones. En términos generales, la planta de San Jerónimo está en buen estado; sin tomar en cuenta los problemas específicos que tienen algunas unidades y el diseño de ellas. El tratamiento de los lodos, la arena y los restos sólidos sólo ha tenido soluciones esporádicas. A continuación presentamos algunas conclusiones y recomendaciones para la Planta, basadas en los antecedentes evaluados.

a Valores de diseño Durante los meses de diciembre 2002y enero 2003 se han tomado muestras de agua en la Planta de acuerdo al Programa de Muestras y Análisis elaborado por la empresa municipal SEDACUSCO, los siguientes valores promedios han sido anotados:

Cuadro Nº 08 Resultados de control del efluente planta San Jerónimo. Caudal de Agua

Cruda DBO5 de Agua

Cruda DBO5 de

Efluente Final Sólidos Sedimentables Totales

de Agua Cruda 170 l/s 600 m3/h 437 mg/l 100 mg/l 8,000 kg. Sólidos Sed./dia de

los cuales 6,400 kg. es sustancia orgánica

Referencia 13

Por ejemplo en Suecia, el DBO5 de las aguas residuales es normalmente de 150-200 mg/l y la norma peruana indica que sea < 15 mg/l. Si esta cifra se convierte al equivalente por persona (70 gr. sed./persona y día), corresponde a la carga de 105 000 personas, lo que concuerda con los antecedentes que hemos recibido de la cantidad de usuarios conectados a la Planta. Los resultados de las muestras anotadas más arriba indican una reducción de un 77%. de la DBO5 de la Planta. Sin considerar que la DBO5 del agua de ingreso y de salida de la Planta es alta comparado con otros valores de plantas a nivel mundial, la reducción del DBO5 es buena. Sin embargo un DBO5 más bajo es deseable para encontrarse dentro de los parámetros establecidos por la norma Peruana. Pocas industrias descargan sus aguas en la Planta de tratamiento de San Jerónimo, solamente dos fábricas de gaseosas y una fábrica de cerveza están conectadas a la red de la planta de San Jerónimo. Se desconoce si estas fábricas limpian previamente sus aguas antes de enviarlas a la planta. Es importante hacer un estudio de las actividades de las industrias de la localidad. Ninguna sustancia dañina (como por ejemplo soda) debe entrar a la Planta, ya que esto puede dañar el proceso biológico.

V.3 Planta de Tratamiento por lagunajes. Entre los sistemas de tratamientos no convencionales existentes en el medio, el que presenta menor costo de operación y mantenimiento es el de lagunajes pues el agua proveniente de los centros urbanos pasa por las unidades de pre tratamiento hacia la laguna, donde por medio de un tiempo de retención del agua conjugados con el empleo de plantas, puede lograrse tratamientos aceptables del desagüe. Los parámetros en los que se basan normalmente los cálculos son la carga volumétrica (g DBO5/m3 día), carga superficial (kg. DBO5/ha día) y el tiempo de retención hidráulica (días), las cuales presentan limitaciones medioambientales y constructivas como distancias a los centros poblados, permeabilidad admitida para evitar posibles contaminaciones de acuíferos, vertidos de sus efluentes y posibilidad de reutilización.


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Este sistema de tratamiento ha sido implementado en una localidad del valle sur por el programa nacional FONCODES el año 1998 en el distrito de Lucre, beneficiando a esta localidad con el sistema de desagüe y planta de tratamiento.

Figura Nº 26 Lagunas de oxidación de Lucre

En el siguiente cuadro se presenta los valores que deben de alcanzar por medio del tratamiento de lagunas facultativas.

Cuadro Nº 09 Rendimientos de un lagunajes. PARÁMETRO RENDIMIENTO

Sólidos en suspensión 0-70 % DBO5 60-80 % DQO 55-75 % Nitrógeno 30-60 % Fósforo 0-30 %

Referencia 13

Entre las principales discrepancias para el uso de esta alternativa de tratamiento de aguas residuales urbanas en las zonas de sierra son los siguientes: - Uso de grandes superficies planas de terreno, que en la zona de sierra no se tiene

disponibles, y las existentes corresponden a los terrenos más productivos de la comunidad.

- Los procedimientos y hojas de cálculo existentes en el medio, donde presentan el análisis y dimensionamiento de la laguna ha sido realizado para la realidad del clima y topografía de la costa, lo que origina que no se hayan realizado la compensación en el cálculo del tiempo de retención del agua por efectos de variación de presión atmosférica y temperatura.

- No se realiza el empleo de plantas (totora y carrizo) para mejorar el nivel de depuración de las aguas servidas.

- Capacitación al comité de gestión en el manejo y operación del sistema de tratamiento de aguas servidas, debido a que estos no realizan la limpieza de los lodos generados en cada laguna.

V.3.1 Evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento. La evaluación realizad al sistema indica que existen las unidades de pre tratamiento (cámaras de rejas y desarenador) el cual funciona regularmente, dependiendo de la cantidad de basura y material flotante que arrastre el sistema, requiriendo se realice una limpieza del sistema.


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Se realizó la evaluación del funcionamiento de esta planta, realizando la toma de muestras de agua al ingreso y salida del lagunaje obteniendo los siguientes valores:

Cuadro Nº 10 Control aguas servidas laguna oxidación de Lucre.

Fecha 29/04/2003

Hora 12:56:00 p.m.

Unidad Ingreso Salida

OMS Unidades

Turbiedad 125.000 35.000 5.000 NTU

pH 7.64 7.44 6.5 - 8.5 Conductividad Eléctrica 949.00 364.00 1500.00 Us/cm

Sólidos Totales 834.00 367.00 mg/lt

DBO 161.10 71.10 mg/lt Referencia 19

El agua ingresa a las lagunas construidas, pero se aprecia que no se realiza una buena depuración debido a los siguientes factores: - La mala gestión municipal ha conectado al sistema de alcantarillado los amantes

que afloran en la zona urbana, por lo que el agua residual que llega a la planta de tratamiento ya tiene un fuerte nivel de dilución (valor bajo de la DBO de ingreso para aguas residuales).

- No se tiene suficiente caudal para la depuración de las aguas servidas, debido a la falta de conexiones domiciliarias (baños en las viviendas) y las existentes generan poca carga orgánica al sistema.

- No se tiene suficiente carga orgánica para la depuración de las aguas servidas, debido a los hábitos de consumo de la zona rural y a su idiosincrasia (falta de hábito de uso de baños).

- Infiltración del agua residual en el fondo de la laguna, el cual contamina directamente al acuífero que alimenta a la laguna natural de Huacarpay, declarado como zona ecológica del valle sur del Cusco.

- No tiene un personal encargado de la operación y limpieza en forma continua de la planta de tratamiento, sobre todo en temporada de lluvias.

V.3.2 Conclusiones generales y recomendaciones.

La inversión realizada por el estado peruano para mejorar las condiciones de salubridad e higiene de esta población no han logrado sus objetivos, pues los valores altos obtenidos del monitoreo de los efluentes indican que no se genera un buen proceso de depuración habiendo calculado una eficiencia de remoción de la DBO5 de 44.10 %, considerando que es bajo para este tipo de sistemas que debió alcanzar un valor del 70% en promedio. Se recomienda realizar un proyecto complementario de implementación de servicios higiénicos en las viviendas, para garantizar un mayor caudal y carga orgánica hacia la laguna, que permita una depuración aceptable de las aguas, complementadas con una unidad previa de decantación primaria (fosa séptica) que permita una mejor depuración de las aguas servidas. Así mismo eliminar las conexiones de manantes que son incorporados a la red para evitar una dilución de las aguas.


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V.4 Planta de Tratamiento por pozos percoladores. Otro de los sistemas promovidos a nivel nacional para pequeños centros rurales por el Fondo nacional de Compensación y Desarrollo Social (FONCODES), en sistemas de tratamiento de aguas servidas han sido los pozos percoladores, cuya principal característica es aprovechar la capacidad filtrante del suelo para poder eliminar los líquidos y almacenar gradualmente los sólidos, el cual una vez que se llena se realiza la limpieza o tratamiento con cal viva y cenizas.

Figura Nº 27 Esquema de un pozo percolador

La principal limitante de este sistema es tener un suelo adecuado y que el nivel piezométrico de las aguas subterráneas no aflore en el pozo, disminuyendo su capacidad de filtración, siendo necesario realizar obras de drenaje para bajar el nivel piezométrico. Este sistema de tratamiento ha sido implementado en la localidad de Huambutio por el programa nacional FONCODES el año 1996 con la construcción del sistema de desagüe y planta de tratamiento. Lamentablemente por haber ocupado terrenos ubicados en el cauce del río Vilcanota, el año 1998 en una crecida del río se llevo todas las instalaciones y atoro el sistema de tratamiento.

Figura Nº 27 Tratamiento con Pozos percoladores de Huambutio


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V.4.1 Evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento. Se encontraron los siguientes problemas: - Problemas de ingreso de aguas subterráneas al percolador, por encontrarse el nivel

piezométrico del río al mismo nivel que los drenes construidos, pues al ubicarse en las riberas del río, en temporada de lluvias incrementa su caudal y su nivel piezométrico, originando que el sistema no funcione adecuadamente.

- La planta de tratamiento se encontraba expuesta a crecidas del río, como anteriormente se indico, el año 1998 por una crecida del río Vilcanota se perdió estas instalaciones.

- Problemas de limpieza del filtro percolador y de la fosa séptica, que luego de un tiempo de funcionamiento no se hizo una limpieza y extracción de los lodos por el comité de gestión comunal del sistema de desagüe, y con el ingreso de arenas al sistema este termino de obstruirse.

V.5 Plantas de Tratamiento de aguas servidas con tratamiento primario.

Las poblaciones ubicadas aguas abajo de la planta de tratamiento de la ciudad del Cusco, son las que soportan la contaminación del río, pues este es utilizado para el riego de campos de cultivo en el valle sur, generándose un círculo de contaminación continua de producción agrícola y consumo en mercados. En un esfuerzo de demostrar a la ciudad del Cusco que los municipios del valle sur (San Jerónimo, Saylla, Oropesa y Lucre) están organizados y que son menos contaminadores a su entorno natural, han implementado un programa de saneamiento integral conjuntamente con la organización no gubernamental (ONG) CEC Guaman Poma de Ayala (Referencia 17) y con la cooperación internacional (Manos unidas, Solidaridad Internacional, PETJADES y ECODES) implementado una propuesta de tratamiento de aguas servidas para comunidades de piso del valle del Cusco.

V.5.1 Unidades de tratamiento propuestos.

El análisis realizado al funcionamiento de los sistemas de tratamiento de aguas servidas, descritos anteriormente, implicaba que debería de plantearse sistemas de tratamiento que respondan a la realidad de cada comunidad, con las siguientes premisas: - No se disponen de grandes terrenos de baja pendiente en las comunidades, por lo

que el sistema debe de funcionar en espacios reducidos. - Las poblaciones ubicadas en el piso del valle presentan la limitante de baja

pendiente del sistema. - El sistema de tratamiento debe de crecer de acuerdo al nivel de contaminación de

las aguas de desagüe de la comunidad. - Aprovechar el entorno natural de las comunidades para promover tecnologías no

convencionales de tratamiento, que permita disminuir los valores de contaminación mediante la incorporación de oxígeno al sistema de forma económica.

- Garantizar que la inversión del estado Peruano y de la Cooperación Internacional logre los objetivos trazados de depuración a bajos costos de operación y mantenimiento.

Se plantea inicialmente el uso de la tecnología de fangos activos, que por medio de la incorporación de aire (por medio de molinos de viento, escaleras de oxigenación o una compresora) podamos acelerar el proceso de digestión obteniendo un buen tratamiento en la planta, logrando construirlo de acuerdo a nuestras premisas, en una menor área, que logre crecer de acuerdo a las necesidades de depuración (modular), pero su limitación es de operación, el cual debe de reforzarse con un programa intensivo de sensibilización a los beneficiarios y capacitación al personal que opera la planta (seguimiento constante).


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La propuesta de unidades componentes en la planta se presentan en el gráfico siguiente: Tratamiento Primario Tratamiento Secundario Tratamiento terciario

Figura Nº 28 Diagrama tratamiento por fangos activos

Para evitar repetir los fracasos anteriores, se planteo ejecutar las plantas de tratamiento por etapas, validando cada una de ellas, realizando un monitoreo y seguimiento a las construidas y plantear modificaciones estructurales mínimas que logren una eficiencia en la remoción de la materia orgánica. Estas etapas son: Primera etapa: TRATAMIENTO PRIMARIO.

Aliviadero o cámara de excedentes. Cámara de rejas Desarenador Tanque séptico o decantador primario.

Segunda etapa: TRATAMIENTO SECUNDARIO. Tanque de oxigenación o reactor biológico Decantador secundario o lagunas de estabilización. Lecho de secado de lodos.

Tercera etapa: TRATAMIENTO TERCIARIO. Tanque de lodos. Cloración del efluente

Bajo esta premisa se ha construido la primera etapa, con la finalidad de evaluar el funcionamiento del sistema, proponer alternativas técnicas de mejorar las unidades construidas y desarrollar la propuesta para la implementación de una siguiente etapa con tratamiento secundario y terciario.


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Esta propuesta ha sido implementada en cuatro localidades del valle sur del Cusco conjuntamente con las autoridades locales y municipales, desarrollando una propuesta de capacitación al personal que opera el sistema (escuela de fontaneros), a los que gestionan (capacitación a dirigentes) y sensibilización a los beneficiarios del proyecto a través de charlas. Las unidades son las siguientes:

a Aliviadero.-

Este dispositivo tendrá un vertedor lateral para eliminar el agua de lluvias que se podría recolectar a través del sistema unitario del centro poblado, y pudiese originar problemas en la plante de tratamiento, debido a que la carga contaminante de los cinco primeros minutos que arrastra una lluvia es muy fuerte y además la cantidad de sedimentos que arrastra las aguas de lluvia, el sistema puede complicar el tratamiento y colmatar rápidamente el tanque decantador digestor. Por esta razón se construyó este aliviadero de excedentes de que elimina el caudal excedente hacia el río por medio de una tubería.

Figura Nº 29 Cámara de excedentes de lluvia

b Cámara de rejas y desarenador.

Las dimensiones de la cámara de rejas fluctúa de acuerdo a los cálculos de caudal de servicio, como por ejemplo para el caso de la planta de tratamiento de Saylla se calculo las dimensiones de 3.70 * 1.20 m. de sección irregular (ver plano) con una altura de 1.20 m. en el punto máximo, de concreto armado de 210 Kg/cm² y paredes de espesor de 0.15 m.

Figura Nº 30 Cámara de rejas


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Por procesos constructivos se ubico en forma continua el desarenador debido a que sus dimensiones no eran muy grandes.

Figura Nº 31 Plano en planta Cámara de rejas y desarenador

Figura Nº 32 Cámara de rejas y desarenador

c Sistema de decantación primaria – Tanque séptico.- Esta ha sido diseñada para facilitar la puesta en obra en cualquier tipo de terreno hasta en zonas rocosas o en lugares donde resulta muy costoso efectuar excavaciones a profundidad superior a un metro. El funcionamiento de este sistema rectangular, está basado en el principio del laberinto de decantación, a través de un proceso biológico favorecido por el cierre hermético del tanque. Las materias residuales que entran en la primera cámara del tanque son sólidas o líquidas y, dentro de las sólidas, unas se depositan en el fondo formando una costra que favorece la fermentación anaerobia según el siguiente proceso de descomposición: - Oxidación y descomposición de los materiales ligeros retenidos por la primera

pared de separación (Tabiques). - Precipitación y consecuente reflotación de los materiales depositados en el fondo,

donde se produce un proceso análogo favorecido por las descargas periódicas de agua.

- Como consecuencia de ambos puntos y simultáneamente existe una libre circulación del líquido al segundo compartimento de la fosa.

- En el segundo compartimento continúa el mismo proceso: Reflotación de los materiales descompuestos con la consecuente precipitación en el fondo del mismo para reflotar y precipitar después de una posterior oxidación en el tercer compartimento.


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Figura Nº 33 Plano del Tanque séptico o decantador primario

Figura Nº 32 Tanque séptico o decantador primario

Figura Nº 33 Interior Tanque séptico o decantador primario

Figura Nº 34 Aleros del decantador primario


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Los tabiques de concreto que sirven para formar el laberinto pueden ser construidos sobre el lugar que debe funcionar el Tanque de decantación – digestión, y los tabiques deflectores a la entrada y salida tienen la finalidad de evitar que los gases escapen por los ductos de ingreso y salida. Para el caso de la planta de tratamiento de Saylla el volumen del tanque es de 64 m3, las que se distribuirán en 9.00 m3 de decantación y 55.00 m3 de digestión y el restante es un volumen libre superior. Las dimensiones del tanque serán de 4.00 x 8.00 m de sección interior y una altura de 2.0 m. Para aislar del cambio de temperatura ambiental y evitar que los malos olores originen molestias a la población, se propone un tanque cubierto con una losa de concreto armado para realizar una digestión anaerobia.

d Tanque de oxigenación. Esta cámara tiene la finalidad de incorporar oxígeno al sistema, permitiendo que las partículas en estado coloidal se agrupen y sedimenten fácilmente, este proceso acelera la biodegradación del efluente. Las dimensiones de esta tanque para el caso de Saylla es de 10.00 m. por 8.00 m. y una altura de 2.00 m. Esta estructura no tendrá ningún tipo de cubierta.

Figura Nº 35 Plano en planta cámara oxigenación

Figura Nº 36 Plano corte cámara oxigenación


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e Tanque de decantación secundaria. Esta cámara tiene la finalidad de decantar las partículas orgánicas en suspensión y concentrar los lodos, permitiendo que el efluente sedimente las partículas en suspensión. Se plantea la construcción de una cámara rectangular cuyas dimensiones son de 6.00 m por 3.80 m. y una altura de 2.00 m. Los lodos sedimentados en esta cámara son succionados y bombeados nuevamente hacia la cámara de aireación, repitiendo este ciclo de acuerdo al tiempo de retención del lodo, después del cual será evacuado hacia el lecho de secado donde se procederá a su deshidratación. El empleo de bombas de succión para extraer el lodo y la necesidad de controlar el volumen de lodos a extraer implica el empleo de personal calificado para la operación de la planta, recomendándose el empleo de un panel de control para la operación de la planta.

f Cámara de lodos. Una vez transcurrido el tiempo de recirculación de los lodos activados se procederá a bombear estos hacia una cámara con la finalidad de almacenar y proceder a su deshidratación, y mediante un proceso de densificación que permita que el lodo se asiente en el fondo y el agua, que se encuentra en la parte superior sea drenada hacia el sistema de evacuación del agua tratada.

g Zanja de infiltración. El tratamiento final y la evacuación de los efluentes del tanque de decantación y digestión u otros sistemas de tratamiento se suele realizar por absorción en el terreno. Normalmente, el sistema de infiltración en el terreno consiste en una serie de zanjas estrechas, relativamente poco profundas (0,5 a 1,5 m. ) rellenas de un medio poroso (normalmente grava) que actúa como material filtrante, el medio poroso se emplea para: - Mantener la estructura de la zanja. - Proporcionar un tratamiento parcial del efluente. - Distribuir el efluente a las áreas de infiltración en el terreno. - Caso de que las zanjas no se hallen llenas de líquido, para proporcionar cierta

capacidad de almacenamiento temporal durante las fases de caudal punta.

Figura Nº 35 Esquema funcionamiento zanja de infiltración.


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Los cálculos para la planta de tratamiento de Saylla determinar el número de zanjas de infiltración indica que deben ser 10 con una longitud de 10.00 m. cada una, y con una sección de zanja de 0.80*0.50 m., para un volumen de las aguas al 85 %.

h Lecho de secado. Se propone un área de 10.00 * 8.00 m. donde se procederá a explanar los lodos provenientes del tanque decantador, el cual se colocará sobre una cama de piedra, que permitirá la percolación del agua y el secado de los fangos, los cuales pueden ser utilizados como abono orgánico en la agricultura.

Figura Nº 36 Esquema funcionamiento Lecho secado.

V.5.2 Evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento. Como anteriormente se indicó, las poblaciones rurales tienen sus propias características y limitaciones para un buen funcionamiento de la planta siendo estas: - Los baños de las viviendas no han sido construidos en su totalidad, por consiguiente

no hay el caudal de diseño de la planta de tratamiento. - Al no tener el caudal suficiente, no se tiene la cantidad suficiente de materia

orgánica para que trabaje adecuadamente le sistema. La población realiza sus necesidades en el campo.

- Se conectan al sistema de desagüe construido los manantes que afloran, originando una dilución del agua servida.

- La variación de la temperatura entre el día y la noche (de -5 ºC a 25 ºC) origina problemas en la estabilidad de las poblaciones de bacterias que degradan la materia orgánica.

- Que el personal capacitado para la operación del sistema se mantenga en el tiempo, pues generalmente después de un periodo de dos años, estos renuncian por falta de pago por sus servicios. No hay hábito de pago mensual por el servicio del sistema de desagüe.

- Disponibilidad de recursos financieros para la construcción total y operación del sistema.

La evaluación realizada a las diferentes unidades del sistema construido en todas las plantas de tratamiento es el siguiente:

a Aliviadero.- Esta estructura presenta problemas en su funcionamiento debido a que no existe un personal que opere el sistema, por lo que en temporada de lluvias ingresa la mayor volumen de agua hacia la planta, incrementado la altura de lodos sedimentados por el material que es arrastrado por las aguas de lluvia.


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En las nuevas plantas ejecutadas por el Centro Guaman Poma de Ayala, se definió evitar estas compuertas, para lo cual se estrangulo la tubería de salida hacia la planta con la finalidad de que lleve el caudal de diseño, el excedente de agua es evacuada por medio de un vertedor lateral hacia el río.

Figura Nº 37 Estrangulamiento tubería salida cámara excedentes lluvia.

b Cámara de rejas y desarenador.

El funcionamiento de la cámara de rejas presenta problemas debido a la retención de sólidos y flotantes (basura) que origina una decantación no solo de arenas sino también de la materia orgánica en esta unidad, esto debido a la falta de mantenimiento y limpieza de la cámara.

Figura Nº 38 Limpieza de lodos en la cámara de rejas

Se aprecia la presencia de lodos en el sistema, lo que no debe de ocurrir, para corregir esto, debe de reducirse la sección de la estructura, que permitirá un tránsito más rápido del agua con la materia orgánica hacia la fosa séptica. Las dimensiones fueron modificadas en la etapa de construcción, con lo que se produce los problemas posteriores de mal funcionamiento.


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Este problema también se ha generado debido a que se ha construido en una sola unidad la cámara de rejas y el desarenador, que al producirse una decantación de material sólido con materia orgánica, se genera una degradación de la materia orgánica en el fondo de la cámara, que genera malos olores en el sistema.

c Sistema de decantación primaria – Fosa séptica.- La evaluación realizada a esta unidad de tratamiento se realizó tomando muestras de agua al ingreso y salida del sistema, con la finalidad de determinar el grado de eficiencia de degradación, como por ejemplo presentamos el caso de los resultados de la toma de muestra de la planta de tratamiento de Saylla.

Cuadro Nº 11 Parámetros analizados en la plata de Saylla el 29-04-03. PARAMETRO Unidad INGRESO SALIDA NORMA HORA TOMA

MUESTRA 08:50:00

a.m. *01:41:00

p.m. 01:34:00

p.m. 08:24:00

a.m. *13:05:00

p.m. 12:55:00

p.m.

Temperatura º C 17.20 15.00 15.30 17.80 16.60 14.30

Turbiedad NTU 147.000 128.000 116.000 414.000 146.000 87.200 5.000

Color UC >50 >50 >50 >50 >50 >50

pH 7.50 7.33 7.37 7.42 7.41 7.31 6.5-8.5

Total de Sólidos Disueltos mg/lt 666.00 1202.00 1016.00 207.00 373.00 316.00 -

Total de Sólidos Volátiles mg/lt 982.00 1036.00 1010.00 305.00 322.00 314.00 -

DBO 64.96 225.20 84.50 36.00 129.00 46.00

Coliformes fecales NMP/100 ml 4.30E+06 4.30E+06 2.40E+07 4.95E+06 4.95E+06 2.76E+07

Coliformes termotolerantes NMP/100 ml 4.30E+06 9.00E+06 2.40E+07 4.95E+06 1.04E+07 2.76E+07 Referencia 19

La evaluación de los parámetros de DBO y DQO indican que en la planta no se está logrando un nivel de decantación de la materia orgánica y menos un proceso de biodegradación, requiriendo se realice una evaluación del funcionamiento de este sistema. Con este fin se desarrolló una evaluación del sistema mediante el uso de trazadores que permitirá conocer los parámetros de operación de los sedimentadores y en consecuencia su eficiencia.

Figura 39: Curva concentración del trazador en efluente de un reactor con comportamiento ideal.

Referencia: 20

Los resultados de los ensayos fueron evaluados aplicando métodos matemáticos establecidos por Octave Levenspiel, llevados a la forma de gráficas que permitirá identificar aspectos críticos y/o aspectos regulares de comportamiento hidrodinámico en el interior del sedimentador. Muchas de las plantas que realizan tratamiento de aguas, presentan problemas en la etapa de sedimentación primaria debido a deficiencias en el diseño ocasionando perturbaciones, turbulencias, zonas muertas y cortos circuitos en dicha unidad.


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50

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

t(h)

C(m

g/L

)

Figura 40: Grafico de concentración VS tiempo Saylla

Referencia: 21

La figura 40 representa el comportamiento del trazador dentro del sedimentador de Saylla, se puede apreciar que el sedimentador posee un flujo de comportamiento del tipo de mezcla perfecta; se llega a esta determinación porque la curva es muy corta en el extremo que correspondería a flujo pistón, el cual sería el modelo de flujo apropiado para el tratamiento de las aguas residuales. El sistema tiene la siguiente configuración:

Figura 41: Cámaras de tratamiento dentro del sedimentador

Figura 42: Cámara del decantador primario


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La cámara para una mejor evaluación se ha dividido en 7 etapas siendo estas las siguientes: - Zona 1: Entrada al sedimentador (afluente de aguas a tratar). - Zona 2: Zona en la cual se produce flujo pistón donde supone desarrollado flujo

laminar, con existencia de zonas muertas, se ve claramente metanización (burbujeo). Como se muestra en la figura 9; además la cantidad de flujo de la zona 3 a la 2 es muy escasa.

- Zona 3: Zona de alta velocidad (desplazamiento. del fluido) dentro del sedimentador

- Zona 4: Zona donde se produce flujo de mezcla completa debido al impacto con la pared por el que se produce turbulencia y movimiento desordenados que perjudican el proceso de sedimentación, a la vez remoción de lodos al pasar de la zona 4 a la zona 5 en la trayectoria del fluido, observándose una considerable acumulación de natas (grasas).

- Zona 5. Zona donde se produce alteraciones y remociones de sedimentado (lodos) desde el momento en que ingresa el agua de la zona 4 y arrastra lodos a la zona 6.

- Zona 6: Recolección de aguas sedimentadas o tratadas de las zonas 2-5 - Zona 7: zona de efluente

Figura 43: Diagrama de planta del sedimentador

El diseño de la unidad de tratamiento sigue la siguiente lógica, el agua para tratamiento ingresa por el canal central (B) de la Fig. 41 y luego de chocar con una pared que está ubicada en forma perpendicular al sentido de flujo (zona 4, fig. 43), el agua debe detenerse y trasvasar por la parte inferior de las citadas placas hacia las cámaras laterales del sedimentador (zona 5, Fig. 43), de esta manera las partículas pierdan energía cinética y continúen una trayectoria de caída hacia el fondo de la unidad de tratamiento, para luego ser removidas por la turbulencia ocasionada por el choque de agua con la pared perpendicular mencionada. La realidad es diferente, en el uso del trazador y evidenciado por la curva E de edades, se observa que prácticamente no existe una zona de tipo pistón y directamente pasa a la zona de mezcla perfecta (zona 5, Fig. 43). De las visitas realizadas para la aplicación de trazadores se ha observado que en la parte final de las 2 cámaras laterales existe una capa de lodos de una altura de hasta 0.70m mientras que en las mismas cámaras, aguas arriba la altura era inferior a 1.50 m y con tendencia a metanización por la presencia de burbujas (como se muestran en las Figuras 44). Mientras que en el canal central hay presencia de natas.


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Figura 44: Burbujeo por metanización en Saylla

Se pude concluir que el sedimentador no se produce un flujo pistón sino un flujo de mezcla perfecta, debido sobre todo al caudal de aguas que ingresa a la planta sobrepasando la capacidad, originando que tenga un tiempo de retención menor a lo calculado (calculado 2.39 h contra tiempo evaluado de 3.37 h), (Fuente 21). El funcionamiento de este decantador puede mejorarse con la implementación de pantallas deflectoras (muros de fibra de vidrio), que produzcan un serpentín con una mayor longitud de recorrido, luego tapar las salidas colocadas y construir una nuevas en cada extremo (inicio de la zona 2), que permita incrementar la longitud de recorrido, evitando la presencia de zonas muertas.

Figura 45: Mejoramiento de la cámara de sedimentación

V.5.3 Conclusiones generales y recomendaciones. Inicialmente podemos concluir que es factible realizar la construcción de plantas en forma gradual o por etapas, de acuerdo a las características del efluente y a los valore de control de salida de este (DBO5, DQO, Coliformes totales), permite no solo desarrollar una propuesta que sea alternativa para poblaciones rurales de piso del valle, sino que puede crecer la planta de acuerdo a las exigencias de la normativa peruana.


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Las conexiones domiciliarias de los baños al sistema de desagüe, permitirán incrementar los valores bajos de DBO5 característico de diseño (entre 200 y 400 ppm), para lo cual se debe de implementar la segunda etapa de tratamiento, realizando las siguientes modificaciones: - La cámara de decantación primaria (fosa séptica) modificarla con la finalidad de

que pueda inyectarse aire mediante sopladores (tubería PVC con agujeros en las fosas A y C figura 45) por el lapso inicial de 2 a 3 horas diarias.

- Construcción de un decantador secundario, para sedimentar el material flotante y desarrollar lodos que degraden la materia sedimentada.

- El efluente debe de evacuarse hacia zanjas de filtración, que se construirán en forma paralela al cauce del río, permitiendo no solo infiltrar las aguas hacia el acuífero del piso del valle, sino también el consolidar áreas verdes en la faja marginal (zona de retiro y protección de cauces, que en el Perú fluctúa de 25 a 5 m. dependiendo de la importancia del río) que permita recuperar el entorno natural del cauce.

- Construcción de la fosa de secado de lodos, el cual permita eliminar el lixiviado y el secar los lodos, que posteriormente debe ser tratado el lodo seco para el uso en compostaje (abono orgánico).

El principal problema de la segunda etapa es como incorporar oxígeno al sistema a bajo costo de operación y mantenimiento, el cual puede buscarse alternativas distintas de inyección de oxígeno, se está evaluando la construcción de molinos de viento que logren este objetivo, o el uso de compresoras de bajo consumo energético (compresoras para inflar llantas de vehículos).

Figura 46: Molino de mecate.


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VI PROPUESTA DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS PARA POBLACIONES RURALES DE LADERA. En el valle Sur del Cusco se ha logrado mejorar las condiciones de salubridad e higiene como resultado de un proceso que se inició el año 1996 con la conformación de la asociación de municipalidades quienes apostaron a un programa de desarrollo conjunto. La propuesta consistió en mejora de la calidad de la vida de la población mediante la construcción de sus sistemas de agua (65 % de cobertura) y sistemas de desagüe con plantas de tratamiento (42 % de cobertura) complementadas con acciones de capacitación (escuela de fontaneros), sensibilización (talleres con población) y monitoreo (fichas de seguimiento), lo que ha permitido mejorar el servicio que prestaba cada municipio en su jurisdicción (cobertura final de 95 % en agua potable y 72 % sistemas de desagüe con plantas de tratamiento). Las localidades que aún faltan implementar la propuesta de sistema de desagüe y tratamiento de aguas servidas son las pequeñas comunidades campesinas ubicadas en las laderas del valle Sur del Cusco, que representan aproximadamente el 15% de la población, por lo que se desarrolló una propuesta técnica que ha sido cofinanciada por la cooperación española (PETJADES - Valencia y Manos Unidas de Andalucía) e implementada por la ONG CEC Guaman Poma de Ayala para la construcción de sistemas de desagüe de pequeño diámetro y tratamiento de aguas servidas con escalera de oxigenación.

Figura 47: Poblaciones rurales del valle sur del Cusco en ladera.

Se planteó este sistema teniendo en cuenta los siguientes criterios: - Características socio culturales de la población beneficiaria, población dedicada

a las actividades agropecuarias sin mayores hábitos de higiene y uso de baños. - El tamaño de la población y la concentración de viviendas, condiciona a que

deba plantearse un sistema de alcantarillado de bajo costo ya que es una población dispersa y poco ordenada.


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- Características topográficas; esta variable es de importancia si se considera que no es susceptible de modificación o cambios; por lo cual la propuesta deberá adecuarse a esta configuración topográfica.

- Funcionalidad del Sistema; la simplicidad en el mantenimiento y operación; es una variable que tiene bastante importancia tomando en cuenta que ambas tareas requieren de recursos y personal capacitado para realizarlas, y que en nuestro caso las asumirán las JASS (Juntas Administradoras de Servicios de Saneamiento).

- El principio de autodepuración de los ríos, que debido al desnivel que existe desde los posibles puntos de vertido del efluente hasta su entrega al río Huatanay, estimado en unos 350 m. en una longitud de 2.5 Km., permiten la oxigenación de las aguas y su autodepuración.

- La norma técnica Peruana de abastecimiento de agua y saneamiento para poblaciones rurales y urbanos marginales emitida por el Ministerio de Salud, proporciona y uniformiza los parámetros de diseño de estructuras con estas características, permitiendo el empleo de sistemas no convencionales como soluciones alternativas a las necesidades existentes.

Se iniciaron los trabajos en dos comunidades campesinas cuyas dirigencias comunales permitían no solo el trabajo con todos los beneficiarios, sino el compromiso del aporte individual con la construcción de sus respectivos servicios higiénicos, las comunidades propuestas fueron Comunidad de Kircas y Comunidad de Huaccoto.

Figura Nª 48 Ubicación comunidades campesinas Kicas y Huaccoto

VI.1 Características de la población beneficiaria.

VI.1.1 Localización del Proyecto

La altitud a la que se ubican los proyectos varían entre los 3,750 m. para la comunidad campesina de Kircas, ubicada en la margen derecha y 3,560 m. para la comunidad campesina de Huaccoto ubicada en la margen izquierda, ambas comunidades tiene como principal actividad la producción agropecuaria, siendo sus principales cultivos el papa, cebolla, habas, arvejas y hortalizas.


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Figura Nº 49 Imagen satelital de la comunidad de Kircas

Figura Nº 50 Foto de la comunidad de Huacoto

VI.1.2 Accesibilidad

Los dos proyectos se pueden acceder desde la ciudad del Cusco, por medio de una vía asfaltada hacia las localidades de Tupac Amaru y San Jerónimo, a partir de estas se inician trochas carrozables hacia las comunidades de Kircas y Huaccoto, como se indican en el siguiente cuadro:

Cuadro Nº 12 Vías de Acceso a las Zonas. PROYECTO VIAS DE

ACCESO DISTANCIA

km TIPO

CARRETERA TIEMPO

Cusco - Urb. Tupac Amaru

10 Carretera asfaltada

15 min Kircas

Tupac Amaru - Kircas

8 Trocha 25 min

Cusco – San Jerónimo

15 Carretera asfaltada

20 min Huaccoto

San Jerónimo - Huaccoto

12 Trocha 40 min

Referencia 23 y 24

VI.1.3 Beneficiarios

Los beneficiarios directos con la construcción de estos proyectos son 150 personas (30 familias) de la comunidad de Kircas y 246 personas (46 familias) de la comunidad de Huaccoto, siendo la tasa de crecimiento estimada de 1.7% en zona rural, y estas poblaciones residen en las comunidades de forma permanente.


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VI.1.4 Aspecto Socio Económico La actividad predominante en la zona es la agricultura en un 90% complementado con la crianza de animales menores y ganadería en un 10%, las mismas que constituyen la fuente principal de sus ingresos. Su población está dedicada principalmente a la actividad agrícola y ganadera a menor escala dedicándose al cultivo de pequeñas parcelas de tierras en la producción agrícola de papa, habas, hortalizas destinadas principalmente al consumo. Estas comunidades conservan todavía rasgos tradicionales, la inserción en la economía del mercado regional se torna difícil por cuanto el mal estado de sus vías de comunicación hacen que los pobladores tengan dificultad en el transporte de sus productos para su venta a los principales mercados tanto de Cusco como en los distritos de San Sebastián y San Jerónimo. Analizando la estructura poblacional por edad la población comprendida entre los 15 y 60 años constituye la población económicamente activa, susceptible de intercambiar su fuerza de trabajo mediante las formas tradicionales de reciprocidad y de trabajo colectivo. La población entre los 6 -14 años, de acuerdo a la división de trabajo en la producción agropecuaria, este grupo cumple diferentes labores en cada familia, especialmente en el pastoreo y el cuidado de animales.

VI.2 Unidades de tratamiento propuestos. Los sistemas de Alcantarillados de Pequeño Diámetro (ADP) están diseñados a fin de que los colectores solo reciban la porción líquida proveniente de las aguas residuales domésticas para su tratamiento y disposición fuera de sitio. La arena, grasa y otros sólidos molestos que podrían obstruir los tubos son separados del flujo de desechos en tanques interceptores instalados antes de las acometidas domiciliarias; los sólidos que se acumulan en los tanques se extraen periódicamente para su disposición y tratamiento respectivo (secado y elaboración de compostaje). El colectar las aguas residuales pre sedimentadas tiene las siguientes ventajas: - Requerimientos de agua reducidos, Los alcantarillados de pequeño diámetro no

están diseñados para transportar sólidos, no necesitando grandes cantidades de agua para dicho transporte.

- Costos de excavación reducidos. Una vez que se sedimentan los sólidos, no es necesario que se diseñen los alcantarillados para mantener una velocidad de flujo mínima para su autolimpieza; en vez de instalarlos en una línea recta con gradiente uniforme se les puede colocar en una alineación curvilínea con gradiente variable o de inflexión, reduciendo de esta manera los costos de excavación.

- Costos de materiales reducidos. Los flujos máximos, para los que se deben diseñar los alcantarillados de pequeño diámetro, son menores que aquellos experimentados con alcantarillados convencionales porque los tanques interceptores proporcionan cierto almacenamiento que balancea dichos flujos. Se pueden reemplazar los buzones de inspección con registros o puntos de limpieza que son de menor costo.

- Requerimientos de tratamiento reducidos. En las plantas de tratamiento no se necesita el tamizado, la remoción de arena, y basura que pudiese ingresar al sistema.

Así, los sistemas de APD proveen una forma económica de mejorar las instalaciones de saneamiento existentes hasta un nivel de servicio comparable al de los alcantarillados convencionales. Debido a los menores costos de construcción y de mantenimiento y a su capacidad para funcionar con poco agua.


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Las desventajas de implementar este sistema es: - Se requieren los planos a nivel de catastro o por lo menos con la ubicación de las

casas, ya que se deben prever la ubicación de los tanques interceptores. - En este tipo de sistemas, es usual utilizar tuberías de PVC-SAL, por lo que es

necesario diseñar todas las conexiones domiciliarias. - Para construir estos sistemas es necesario considerar el financiamiento hasta

conexiones domiciliarias. - La desventaja principal del sistema de Alcantarillado de Pequeño Diámetro es la

necesidad que tienen de una evacuación y disposición periódica de los sólidos de cada tanque interceptor del sistema

- La experiencia con este sistema es limitada y variada, en consecuencia y a pesar de sus obvias ventajas, éste debe ser usado con criterio y adoptado solo en situaciones donde existan provisiones suficientes para asegurar una sólida organización para el mantenimiento y control de nuevas instalaciones en el sistema, deben tomarse precauciones especiales para prevenir las conexiones clandestinas, ya que es posible que no se instalen tanques interceptores.

Las partes del sistema son las siguientes: VI.2.1 Conexiones domiciliarias.

Esta conexión va antes de la entrada del tanque interceptor, se refiere a instalaciones de servicio higiénico. Se debe tener en cuenta que los baños funcionan con arrastre hidráulico. Debe excluirse el agua de lluvia.

Figura Nª 51 Esquema funcionamiento al tanque interceptor.

VI.2.2 Tanque interceptor. Se trata de un tanque de concreto de forma rectangular, hermética y enterrada, con una toma de entrada y una de salida con deflectores. Está diseñado para retener el flujo líquido de 12 a 24 horas y para almacenar los sólidos flotantes y sólidos pesados. Los sólidos digeridos se extraen periódicamente a través de una tapa removible.


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Figura Nª 52 Tanque interceptor.

Para cada localidad se definieron diferentes cantidades de tanques interceptores, ubicados de acuerdo a la disposición de las viviendas como se presentan en los siguientes gráficos:

Figura Nª 53 Esquema funcionamiento red Kircas.

Cuadro Nº 13 Inversión realizada en proyecto Kircas.

Referencia 23


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Figura Nª 54 Esquema funcionamiento res Huaccoto.

Cuadro Nº 14 Inversión realizada en proyecto Huaccoto.

Referencia 24

VI.2.3 Colectores.

Los colectores son tubos PVC de diámetros que varían usualmente entre 2” y 4” que están enterrados a una profundidad suficiente para recolectar las aguas residuales que provienen de los tanques interceptores. A diferencia de los colectores convencionales, los colectores de pequeño diámetro no están necesariamente colocados sobre una gradiente uniforme entre los pozos de inspección o los registros de limpieza. Los colectores pueden tener una gradiente con inflexión es decir, el colector puede tener pendientes variables que dan lugar a secciones que se mantienen llenas de agua bajo condiciones estáticas. Así mismo, el alineamiento en planta puede ser curvo a fin de evitar los obstáculos naturales o artificiales. Las ventajas que se tiene en esta etapa del sistema son:


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- Se procura evitar el uso de cajas de registro (buzones), remplazando éstas en los encuentros de calles por yees y codos de 45°, uno de los mayores costos en los sistemas convencionales se debe a los buzones.

- Se separan los sólidos sedimentables mediante tanques, lo que disminuye el diámetro de las tuberías e inclusive las permite trabajar a presión.

- Los diámetros mínimos de los colectores se entre 2” y 4” - Se puede disminuir la velocidad mínima hasta 0.30 m/s (normalmente se usa 0.60

m/s), - Ahorro en altura de excavación de zanjas.

VI.2.4 Pozos de inspección y registros de limpieza. Los pozos de inspección son de forma cilíndrica construidos de concreto, similares a los buzones de un sistema convencional que permiten el acceso para su limpieza y mantenimiento de la red, tienen el inconveniente de que permiten la infiltración de agua de lluvia y finos hacia los colectores a través de las tapas de inspección. En zonas rurales se prefieren el uso de registros roscados de limpieza porque son de menor costo y pueden sellarse herméticamente, y funcionan como puntos de limpieza hidráulica durante las operaciones de mantenimiento del colector.

Figura Nª 55 Detalle registro inspección.

VI.2.5 Planta de tratamiento.

Al generarse la decantación de los sólidos en los tanques interceptores, el agua excedente transporta materia orgánica fina en suspensión por las redes de diámetro pequeño hasta el punto donde se realizará el tratamiento. El principal problema que presenta este sistema está compuesto por la carga contaminante reflejada en los parámetros de DBO5, DQO, Sólidos disueltos y Coliformes totales o termotolerantes, los cuales deben ser tratados para ser eliminados en la planta de tratamiento. Una alternativa posible de utilizar para la realidad de estas comunidades de altura, es aprovechar el desnivel existente desde el último punto de entrega hacia la zona de infiltración, y con la finalidad de disminuir la concentración de los contaminantes se plantea incorporar oxígeno mediante saltos hidráulicos a manera de una escalera de oxigenación, que consiste en el aumento de forma apreciable del oxígeno disuelto, debido a la energía aportada por la diferencia de cota entre los escalones (referencia 22), aplicando la ecuación:


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Materia orgánica + Oxígeno Þ H2O + CO2 Se ha desarrollado estudios experimentales en el Master de Ingeniería del Agua Posible de la Universidad Politécnica de Sevilla, el ensayo consistió en captar el agua de una arqueta que recoge todos los vertidos de la escuela, en la cual se evaluó el comportamiento de los parámetros de caudal (régimen turbulento), pH, Oxígeno Disuelto, Temperatura y DQO.

Figura Nº 56: Foto de la escalera en la experiencia 1. Referencia 22

Figura Nº 57: Incremento del oxígeno disuelto.

Referencia 22

Los resultados de esta evaluación indican lo siguiente:

Incorporación de oxígeno por escalón 0.6 mg O2/lit En el planteamiento propuesto para las comunidades beneficiarias las aguas después de la oxigenación pasan a un tanque de decantación con la finalidad de poder eliminar la mayor cantidad de partículas en suspensión y sedimenten para generarse los lodos, para posteriormente pasar a una cámara de reparto hacia las zanjas de infiltración. Dentro de los sistemas de infiltración más conocidos tenemos las “zanjas de infiltración”, en los casos en los que la anchura de las zanjas de infiltración es superior a 0.60-1.20m.


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La construcción de zanjas y/o lechos de infiltración se realizan con tubería PVC cribada que van colocadas en zanjas rellenas con material filtrante y cubiertas con tierra compactada, el sistema consiste en distribuir el efluente proveniente de los tanques interceptores e incorporarlo al subsuelo a través de un sistema de infiltración. La tubería cribada es de 3” a 4” de diámetro y con pendiente entre 0.20% y 0.50%, siendo la altura mínima de material filtrante bajo los tubos de 0.30m.

VI.3 Diseño de las unidades.

VI.3.1 Diseño de pocetas de decantación (caso Kircas). Datos de diseño:

Nº de familias por poceta : 5 Nº de habitantes por familia : 5 Nº total de personas : 25 Dotación : 80 lts/hab/dia Qdiseño : 2000 lts/dia = 2 m3/día

Producción promedio por habitante

DBO5 : 50 gDBO/hab/día SST : 90 gSST/hab/día d = 1005 Kg/m³

Producción promedio por poceta:

Kg DBO5/día = 1.25 Kg DBO5/día Kg SST = 2.25 Kg SST/día

Analizando producción de fangos:

Por reducción de DBO5 Asumiendo una eficiencia de disminución de DBO5 máxima del 70%

Px = 0.656 Kg SST/día Volumen SST = 0.00065 m³/día Volumen anual = 0.24 m³/año

Por SST

F1 = 1.125 Kg/día F2 = 0.731 Px = 0.40 Kg SST/día

Volumen SST = 0.00040 m³/día Volumen anual = 0.15 m³/año

En el caso de que no exista ningún tratamiento (95% material retenido sin digestión)

Volumen SST = 0.00224 m³/día Volumen anual = 0.817 m³/año

Volumen de pocetas de acuerdo a diseño:

L = 3.0 a = 1.5 h = 0.65 V = 2.93 m³ T medio retención = 0.75 día T lodos = 3.58 años


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VI.3.2 Diseño de Planta de Decantación (caso Kircas). Datos de diseño:

Nº de familias : 30 Nº de habitantes por fam. : 5 Nº total de habitantes : 150 Dotación : 80 lts/hab/día Qdiseño : 12 000 lts/día = 12 m3/día Tretención : 3 horas Qmedio : 0.14 l/seg. Volumen Total :1500 lts/día = 1.5 m³

Acumulación de fangos: Asumiendo una eficiencia de disminución de DBO5 máxima del 30%

Px = 0.29 Kg SST/día Volumen SST = 0.00029 m³/día Volumen anual = 0.11 m³/año

L = 2.50 m. b = 1.75 m. h = 0.75 m.

Se recomienda así mismo que el decantador sea separado en 04 compartimientos de tal manera que podamos disminuir la velocidad al mínimo, obligando así a la decantación y sedimentación de partículas orgánicas; esta separación se realizará con planchas de fibra de vidrio prefabricadas y/o micas.

VI.3.3 Cascadas de aireación: Para un incremento en la cantidad de oxígeno disuelto de las aguas residuales, se propone implementar aireadores en cascada, los cuales responden a:

( )TbaR

H´+´´´

-=

046.01361.01

Donde:

H = Es la altura total necesaria con escalones de 0.20 m. de altura, ancho de 0.45 m. y longitud de escalón de 0.30 m.

a = 0.8 (aguas residuales) b = 1.1 (escalones) Cs = coeficiente de saturación del agua = 9.17 mg/l H = 2.0 para un incremento de 0 mg/l a 5 mg/l.

VI.3.4 Zanjas de filtración:

De acuerdo a la prueba de absorción se tiene que una altura de agua de 2.50 cm. se disipa en 10 minutos, con lo que tenemos una superficie de absorción de 0.61 m² por habitante, con una caudal promedio aproximado de 0.14 l/seg, se necesita una longitud aproximada de 153 m. lineales de tubería cribada de 4”. Los cálculos corresponden a: Donde:

L = Longitud de tubería cribada. K1 = Superficie de absorción necesaria en m². (0.61 m²)

Na´= 1K

L


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a = Ancho promedio de zanja (0.60 m.) N = Número de personas servidas (150)

Cuadro Nº 13 Datos de zanja de infiltración.

Resumen Diámetro de Tubería 4" Longitud Aproximada 153 Diámetro de orificios 1/4" Número de orificios por ml. 27 Espacio entre orificios 15 Altura de zanja 1.20 Altura de material filtrante bajo tubería 0.30 Ancho de zanja 0.60 Espaciamiento entre zanjas de infiltración

3.00 m

Pendiente de las zanjas 0.25% Número de zanjas paralelas 25 m c/u 6

VII EVALUACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS PARA POBLACIONES RURALES DE LADERA. Estos dos proyectos se han ejecutado a partir de octubre del 2006 a Noviembre del 2007 fecha que iniciaron a dar servicio a las comunidades. En el monitoreo realizado al funcionamiento de los sistemas se detectaron los siguientes problemas de funcionamiento.

VII.1 Conexiones domiciliarias.

La conexión domiciliaria de las viviendas consistía en conectar los desagües de los baños al sistema construido, habiendo logrado que se conecten el 90 % de los beneficiarios, cambiando los baños sépticos por baños con arrastre hidráulico. Los baños consideran una tasa de losa, un lavamanos y una ducha.

Figura Nº 58: Mejora de los servicios higiénicos.


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VII.2 Tanque interceptor. Se realizó una evaluación al sistema después de 06 meses de puesta en funcionamiento, encontró una altura de lodos muy mínima (5 cm), esto se debe a que los beneficiarios aun no están utilizando las instalaciones (cambio de hábitos de higiene) y a la idiosincrasia de la población (devolver a la pacha mama lo que le ha dado).

Figura Nº 59: Tanques interceptores (fosa séptica).

No se han registrado problemas por atoros o aniegos por problemas en los tanques, el cual se encuentra serrado herméticamente para evitar el ingreso de aguas de lluvia al sistema. Con la finalidad de evitar que los gases se concentren dentro del tanque séptico se ha colocado ductos de ventilación en la parte superior de la losa.

VII.3 Colectores.

En el sistema de colectores de desagües no se han registrado problemas de atoro o mal funcionamiento, debido a que las instalaciones no tienen más de un año de servicio y se han entregado a las autoridades locales con los respectivos ensayos de pruebas de presión hidráulica.

Figura Nº 60: Instalación de redes de desagüe.


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VII.4 Pozos de inspección y registros de limpieza. El estado de conservación de las instalaciones de desagüe se encuentra en buenas condiciones, no habiendo registrado problemas de funcionamiento.

Figura Nº 61: caja pozo de inspección.

VII.5 Planta de tratamiento.

VII.5.1 Escalera de oxigenación.

La inspección realizada a las instalaciones indica que no presenta problemas de desborde del efluente al inicio y final del sistema, como también que los saltos hidráulicos se encuentran sin mayor desgaste.

Figura Nº 62: Escalera de oxigenación.

VII.5.2 Tanque de sedimentación.

La cantidad de lodos encontrado en el tanque de decantación de igual forma ha sido mínima, dado el tiempo de operación del sistema, no presentado problemas en su funcionamiento.


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Figura Nº 63: Tanque de sedimentación.

VII.5.3 Zanjas de Infiltración.

Las zanjas de infiltración presentan un problema en la parte final de estas, se aprecia que existe una salida del agua hacia la quebrada, el cual indica que la capacidad de absorción del suelo se está sobresaturando con el consiguiente peligro de no infiltrar mayor volumen. En previsión de una sobre saturación del lecho filtrante se instaló una tubería de salida, al final de las zanjas de infiltración,, con la finalidad de que el agua discurra quebrada a bajo y continúe auto depurándose.

Figura Nº 64: Tanque de sedimentación.

VII.6 Evaluación de los resultados de los análisis de aguas. Con la finalidad de poder evaluar la eficiencia del sistema de tratamiento de aguas servidas ejecutado para estas comunidades, se ha realizado la toma de muestras de aguas en las cajas interceptoras, antes de la escalera y después de la escalera de oxigenación evaluando los parámetros de DBO, DQO. Oxígeno Disuelto, Sólidos Totales y Coliformes termotolerantes, siendo los resultados los siguientes: Del resultado obtenido, podemos indicar que el oxígeno se ha incrementado en al escalera de un valor de .xxxx a un valor de yyyyyy, que ha permitido la reducción de la DBO de xxxx a yyyy. La eficiencia del sistema, apra las condiciones inciales es de zzzzz.


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VII.7 Conclusiones.

De los resultados obtenidos y evaluación de las propuestas desarrolladas podemos concluir en lo siguiente: - El sistema de tratamiento propuesto debe de ser de acuerdo a la realidad de

cada zona, Los cálculos y formulas desarrolladas en la bibliografía existente, corresponde a condiciones ideales de comportamiento de una población con un estándar de vida, diferente a la realidad de las poblaciones rurales de la sierra Peruana, pues valores de DBO de aguas residuales es normal para zonas urbanas que fluctúan entre 200 y 300 mg/lt, pero para comunidades campesinas estos pueden bajar hasta valores de 120 a 180 mg/lt DBO.

- Se requiere implementar sistemas de tratamiento que dispongan de poca superficie y se acondicionen a la topografía de cada sector, debido a que no se disponen de superficie para las plantas de tratamiento de aguas servidas, en la sierra Peruana los terrenos llanos corresponden a los de mejor aptitud de riego y producción agrícola.

- Las propuesta desarrolladas deben de adaptarse a las características topográficas y climáticas, uno de los principales retos es implementar sistemas que puedan adaptarse a una variación de temperatura del día de -5 ªC a 25 ºC y con condiciones bajas de oxígeno por la altitud donde se ubican estas comunidades (más de los 3,000 metros).

- Aprovechar la capacidad de autodepuración de las corrientes, como se indico en uno de los apartados, la naturaleza puede recuperarse en forma gradual su estado natural y eliminar gradualmente los contaminantes vertidos a su sistema, en este caso la fuerte pendiente de los cauces, permite la incorporación de oxígeno al sistema y disminuye los valores de los contaminantes presentes.

- Compromiso en la gestión y operación de los sistemas por los beneficiarios, son quienes tendrán la responsabilidad de cuidar, mantener y operar el sistema y dependerá del grado de compromiso que tengan estos para mejorar sus condiciones de habitabilidad y calidad de vida.

- Alternativas posibles con tecnologías no convencionales, este sistema de tratamiento de aguas servidas que aprovecha las condiciones topográficas de ubicación de la planta de tratamiento, permite no solo acelerar el proceso de biodegradación de la materia orgánica, sino bajar los valores de los parámetros de la DBO, DQO y Sólidos suspendidos, el cual puede ser replicado para realidades similares a las de estas comunidades intervenidas.

- La principal dificultad del sistema es la eliminación de los parásitos y bacterias, que al realizar el proceso de infiltración en el suelo no se garantiza una buena remoción de la concentración de estos, requiriendo se realicen mayores investigaciones con la finalidad de mejorar la presente propuesta.


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VIII Referencias bibliográficas. Las fuentes consultadas para poder analizar y plantear el problema de estudio son las siguientes:

1. Generación de caudales mensuales en la sierra peruana (río Vilcanota). Plan MERISS II - Cusco. 1980.

2. Estudio de las cuencas hidrográficas para la defensa del patrimonio monumental del Cusco. Oficina de Ingeniería y Servicios técnicos (CORDE-CUSCO), Cusco - 1984.

3. Riesgos de crecidas y deslizamientos en la ciudad del Cusco. Informe Geológico - UNESCO - AID. R.W. Fleming - l. Moniton - S. Novosad, UNSAAC - NUFIC - 1986.

4. Tesis : "Bases hidrológicas e hidráulicas para la evacuación de aguas pluviales y servidas de la zona nor este dela ciudad del Cusco". Fabio Cáceres D. Carlos Luna L., UNSAAC – Ingeniería Civil – 1989.

5. Tesis: "Aplicación de modelos matemáticos para la generación de caudales mensuales en cuencas de la región sur del Perú". Mario Aguirre Nuñez., UNSAAC – Ingeniería Civil – 1993

6. Estrategia para el manejo integrado de los recursos hídricos, Washintong DC, 1998. 7. Apoyo para políticas y estrategias de manejo integrado de recursos hídricos en América

Central, División del medio ambiente, Banco Interamericano de Desarrollo, 1999. 8. Marco analítico para el manejo integrado de recursos hídricos, P Van Hofwegen, F

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10. Libro Blanco del Agua. Centro de Publicaciones Secretaria General Técnica Ministerio de medio Ambiente – 2000.

11. Agua para todos, Agua para la vida. Informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo. UNESCO. París 2003.

12. Agua para el siglo XXI. De la Visión a la acción para América del Sur. Global Water Partnership (GWP). Buenos Aires – Argentina. 2003.

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2025, Nelly Nuñez Timoteo, Lima enero de 2000 15. Informe Nacional de Perú sobre Agua y Saneamiento, SUNASS 98, pg.13 16. Aportes a la ley de aguas, para detectar parámetros de contaminación de los ríos en La

selva peruana, por actividades Petroleras. Congreso Peruano. 17. Salvemos el Huatanay, una prioridad para la vida en el valle del Cusco. CEC Guaman

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CEC Guaman Poma de Ayala, Fluquer Peña Laureano, 2005. 20. Análisis de flujos y factores que determinan los periodos de retención, Pérez Carrión,

José 21. Ensayo con trazadores para evaluar sedimentadores primarios (Angostura grande y

Saylla), Dra. Miryam Salas Pino, CEC Guaman Poma de Ayala, 2007. 22. La escalera: sistema de oxigenación por gravedad, Benoit Batut Grupo TAR, I congreso

internacional del Agua, 2005 23. Sistema de Desagüe de pequeño diámetro de la comunidad campesina de Huaccoto,

CEC Guaman poma de Ayala, 2005 24. Sistema de Desagüe de pequeño diámetro de la comunidad campesina de Kircas, CEC

Guaman poma de Ayala, 2005.

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