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PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUAS URBANAS SERVIDAS DEL
MUNICIPIO DE GUAYABETAL, CUNDINAMARCA.
Ordoñez, Angie1; Rivas, Juan2.
{angieordonez; juan.rivas}@usantotomas.edu.co
Universidad Santo Tomás de Aquino
Facultad de Ingeniería Civil
Villavicencio-Meta, 2021
Resumen- Guayabetal-Cundinamarca tiene un sistema de Alcantarillado combinado (Aguas residuales y
Pluviales), además de eso tiene una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) que actualmente no tiene la
capacidad de tratar el caudal de Aguas producido por la población; de acuerdo a investigaciones y visitas realizadas en
campo, esta planta se encuentra mal ubicada y lleva años sin realizársele limpieza pues la estructura de esta no hace
posible tal acción, produciendo malos olores y afectando la salud de los habitantes.
El presente Documento plantea el diseño funcional de una PTAR mediante la Tecnología de Lodos Activos -
Modalidad Convencional, para remoción de contaminantes y Sólidos suspendidos, planteando finalmente la mejor
alternativa para la disposición última del Manejo de Lodos. Este diseño se realiza con apoyo del aplicativo denominado
PTAR DISEÑO el cual fue realizado por un grupo de Investigadores de la Universidad Santiago de Cali (USC).
Palabras Clave: PTAR, Compostaje, Lodos Activos, Manejo de Lodos, DBO, Guayabetal.
Abstract- Guayabetal-Cundinamarca has a combined sewerage system (Wastewater and Rainwater), in
addition to that it has a Wastewater Treatment Plant (PTAR) that currently does not have the capacity to treat the
flow of Water produced by the population; According to research and field visits, this plant is poorly located and has
not been cleaned for years because the structure of this does not make such action possible, producing odors and
affecting the health of the inhabitants.
This Document proposes the functional design of a PTAR using Active Sludge Technology - Conventional
Mode, for removal of contaminants and suspended solids, finally proposing the best alternative for the ultimate disposal
of Sludge Management. This design is carried out with the support of the application called PTAR DISEÑO, which
was carried out by a group of researchers from the Universidad Santiago de Cali (USC).
Key Words: PTAR, Composting, Active Sludge, Sludge Management, DBO, Guayabetal.
1. Introducción
La baja cobertura de tratamiento de aguas residuales puede traer consigo impactos negativos
a la salud pública y problemas medioambientales principalmente en las fuentes receptoras de estas
aguas servidas. Lamentablemente esta problemática es latente en la mayor parte de Colombia, esto
se debe principalmente a la baja cobertura de sistema de tratamiento de agua residual que tiene el
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 2
país, incluso se presenta el caso de algunos municipios que tienen PTAR pero que esta se encuentra
en condiciones inadecuadas o simplemente no dan abasto, incumpliendo con la normativa vigente.
Una planta de tratamiento de agua residual es un sistema que se vale de procesos físicos y
bioquímicos, para depurar la contaminación existente en las aguas servidas o aguas residuales de
uso doméstico; estos sistemas deben estar diseñados con la idea de operar eficientemente, por
medio del integro cumplimiento de las normas que establecen los parámetros mínimos de diseño y
tratamiento adecuado a las aguas servidas, antes de que estas sean redirigidas a las fuentes hídricas.
Guayabetal-Cundinamarca, hace parte de aquellos municipios que cuentan con un sistema de
tratamiento de agua residual, pero que tristemente este no se encuentra en las condiciones óptimas
de funcionamiento, debido a que no satisface el caudal necesario para tratar todas las aguas servidas
del municipio y tampoco se encuentra en la capacidad de tratar adecuadamente el caudal que a
duras penas logra recibir. Por tal motivo, se planteó esta propuesta de diseño de una PTAR para de
este modo reducir los impactos negativos que está trayendo consigo el vertimiento de agentes
contaminantes en las fuentes hídricas aledañas al municipio.
Para dar cumplimiento a este proyecto es necesario plantear una serie de actividades que
ayudaran a su correcto desarrollo, entre estas actividades esta:
1. Hacer una caracterización del sistema de saneamiento en el cual se identifique las
condiciones actuales en las que se encuentra.
2. Realizar una caracterización hidrometeorológica y ambiental del municipio, puesto que
aquí se pueden encontrar variables a considerar en el diseño.
3. Estudiar la calidad del agua servida para de este modo determinar la cantidad de
contaminantes que tienen las aguas se vierten en el cuerpo de agua receptor.
4. Diseñar una PTAR eficiente, considerando los datos recolectados previamente acerca del
municipio. Este diseño se hará asistido por el aplicativo PATR diseño desarrollado por la
USC.
5. Sensibilización de la PTAR ante la población del municipio
2. Metodología de Diseño
Para el adecuado diseño de la PTAR se dará cumplimiento al siguiente diagrama de fases,
el cual tiene como fin último la selección del sistema de tratamiento óptimo de acuerdo a las
opciones ofrecidas por el programa PTAR DISEÑO y posterior el diseño paso a paso de la planta
la cual cumplirá con la normativa aplicable al diseño de Plantas de Tratamiento de Agua Residual:
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 3
Figura 1. Esquema de Fases para el Diseño de la PTAR
Nota: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021), contenido en el Anexo 3
3. Desarrollo
Teniendo en cuenta la metodología previamente descrita en el presente documento
procedemos a realizar la propuesta de diseño de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Servidas del Municipio de Guayabetal, Cundinamarca.
3.1. FASE 1. Estudio de Alternativas y Selección del Sistema de Tratamiento.
3.1.1 Conocimiento de las Ventajas y Desventajas de los diferentes Sistemas de Tratamiento
proporcionados por el aplicativo PTAR DISEÑO.
El aplicativo PTAR DISEÑO es una herramienta informática de libre acceso, desarrollada
por los grupos de investigación GIEIAM y COMBA I+D para realizar el “predimensionamiento de
plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas con poblaciones futuras entre 500 y 200.000
habitantes”, la cual cuenta con tecnologías básicas acordes al contexto latinoamericano (USC,
2021); esta herramienta nos permite el diseño del sistema de cribado (Rejilla), el sistema de
desarenador y canaleta Parshall como pre-tratamiento; el sedimentador primario como tratamientos
primarios y una serie de sistemas de tratamientos secundarios de los cuales se seleccionara el más
optimo acorde a las características de la población y las aguas residuales del municipio de
Guayabetal, los tratamientos secundarios opcionales son los contenidos en la Tabla N° 33.
El aplicativo PTAR DISEÑO es una herramienta informática de libre acceso, desarrollada
por los grupos de investigación GIEIAM y COMBA I+D para realizar el “predimensionamiento de
plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas con poblaciones futuras entre 500 y 200.000
habitantes”, la cual cuenta con tecnologías básicas acordes al contexto latinoamericano (USC,
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 4
2021); esta herramienta nos permite el diseño del sistema de cribado (Rejilla), el sistema de
desarenador y canaleta Parshall como pre-tratamiento; el sedimentador primario como tratamientos
primarios y una serie de sistemas de tratamientos secundarios de los cuales se seleccionara el más
optimo acorde a las características de la población y las aguas residuales del municipio de
Guayabetal, los tratamientos secundarios opcionales son los contenidos en la Tabla N° 33.
Este aplicativo nos permite realizar el diseño de los siguientes sistemas de tratamiento:
Tecnología de Laguna Anaeróbica-Sistema de Tratamiento Natural. De acuerdo a
información obtenida por parte del Ingeniero de obras Hidráulicas Rubén Fuentes Beltrán las
algunas anaeróbicas son lagunas artificiales, estas hacen parte del sistema de tratamiento primario,
para afectos del programa se tomara en cuenta como tratamiento secundario en el proceso de
selección, esto debido a la elevada carga orgánica que soportan, imperan las condiciones de
ausencia de Oxígeno, incrementándose las bacterias anaeróbicas, el principal objetivo de estas
lagunas es la reducción en sólidos suspendidos (Rango de efectividad oscila entre el 60.
Tecnología de Laguna Facultativa-Sistema de Tratamiento Natural. En el caso
concreto, de lagunas facultativas, estas se caracterizan por poseer una zona aerobia, próxima a la
superficie, y una zona anaerobia en el fondo, por lo que se pueden encontrar cualquier tipo de
microorganismos desde anaerobios estrictos en los sedimentos del fondo, hasta aerobios estrictos
en la zona inmediatamente adyacente a la superficie. (Fuentes Beltrán, S.f)
Tecnología de Filtro Percolador alta tasa, roca y alta tasa, plástico-Sistemas de
Tratamientos Convencionales. Para conocimiento del sistema del filtro percolador nos basamos
en la información proporcionada por el Ingeniero Civil Anthony Sánchez Cabrera en su repositorio
y el RAS 2000.
Los filtros percoladores están rellenos de materiales como piedras, módulos de plástico o
piezas de plástico, el agua residual se percola a través del relleno poniéndose en contacto con la
capa de limo biológico, es decir que el agua residual se percola a través de las piezas de plástico o
piedras poniéndose en contacto con los microorganismos quienes se encargan de degradar la
materia orgánica. (Sánchez Cabrera, 2019)
Tecnología de Reactor UASB (RAFA) – Sistema de tratamiento Convencional. El
reactor UASB o como sus siglas lo indican el Reactor Anaeróbico de flujo Ascendente con manto
de lodos, tiene como objetivo principal degradar los microorganismos o contaminantes presentes
en el agua residual en ausencia de oxígeno este reactor hace un poco más sencillo el proceso del
manejo de Lodos pues la tecnología que compone a este reactor permite separar internamente los
componentes relacionados con la biomasa, el biogás y el efluente tratado.
Tecnología de Lodos Activos modalidad Convencional-Sistema de tratamiento
Convencional. Este proceso tiene como objetivo permitir la depuración de origen natural donde
unos microorganismos descontaminan el agua residual por medio de un proceso de agitación y
aireación de agua residual con un lodo de microorganismos, estos oxidan la materia orgánica
llevándola a una fase más estable y menos contaminante.
Tecnología de Lodos Activos Aireación Extendida-Sistema de tratamiento
Convencional. Esta modificación tiene amplia aplicación en el tratamiento de aguas residuales
industriales y municipales. Se caracteriza por tener altos tiempos de retención que permiten
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 5
cambios bruscos en la carga hidráulica y orgánica, así como también la degradación de compuestos
más complejos o difícilmente degradables. (Ramírez Camperos, 2004)
Tabla 1. Ventajas y Desventajas de las Tecnologías de tratamiento
Tipo De
Sistema Y/O
Tratamiento
Referencias/Enlace Ventajas De La Selección Del
Sistema
Desventajas De La Selección Del
Sistema
Tecn. Laguna
Anaerobica
(Fuentes Beltrán,
S.f)
- Bajos costes de inversión, de
terreno
- Consumo energético nulo, si
el agua llega por gravedad
- Mantenimiento simple
- Escasa producción de fangos
- Alto poder de abatimiento de
microorganismos patógenos.
- Se requieren Grandes
extensiones de terreno.
- La implantación se limitada
en zonas frías o de baja
radiación solar.
- se desprenden olores
desagradables
- Pérdidas de agua por
evaporación.
Tecn. Laguna
Facultativa
(Sin contar con
Algas)
(Fuentes Beltrán,
S.f)
- Mínimo Mantenimiento
- No requiere personal
Calificado
- Pueden recibir y retener
grandes cantidades de Agua
Residual
- Bajo consumo de Energía
- Costos de operación y
mantenimientos bajos
-
- Requieren de grandes áreas
de terreno
- Problemas de malos olores
- Acumulación de lodos en el
fondo de la laguna
- El costo de Inversión puede
ser muy alto dependiendo del
precio del terreno
- Es un sistema sensible a las
condiciones climáticas.
- Moscos en los filtros
Tecn. Filtro
Percolador
Alta tasa, Roca
y Alata tasa
Plásticos
(Giraldo Jaramillo,
2020)
- Proceso biológico sencillo
- Eficaz para el tratamiento de
altas concentraciones de
sustancias orgánicas
- Adecuado para áreas
pequeñas
- Bajos rendimientos
energéticos
- Posible acumulación de
biomasa
- Requiere constante atención
del operador
- Necesita un tratamiento
adicional para cumplir con
las normas de descarga
- Problema de malo olores
Tecn. Reactor
UASB
(Giraldo Jaramillo,
2020)
- Poca extensión de terreno
- Bajos costes de construcción
y operación
- Bajo consumo Energético
- Lodo presenta buenas
características de
deshidratación
- Necesita de una etapa de
postratamiento
- Sensible a la presencia de
compuestos Tóxicos
- El comienzo del proceso es
lento
Tecn. Lodos
Activos
Modalidad
Convencional
(Sánchez Cabrera,
2019)
- Alta eficiencia de remoción
de carga orgánica
- Bajo costo Inicial
- Puede tolerar cargas
orgánicas altas
- Minimización de olores y
Vectores (Insectos)
- Mínimo riesgo de producción
de olores
-
- Requiere un mantenimiento
cuidadoso y sofisticado
- Alto costo operacional
debido a la aireación
- Alta producción de lodos
- Requerimiento de 4 a 8 horas
como tiempo de aireación
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 6
Nota: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021)
La siguiente tabla permite comparar la eficiencia de remoción que tiene cada una de las
tecnologias de tratamiento secundario propuestas por el aplicativo PTAR Diseño.
Tabla 2. Eficiencia de remoción de parámetros (%) para cada unidad de tratamiento
Nota: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021)
En el esquema de la Figura N°2 se trazaron las seis posibles alternativas para la propuesta
de diseño de la planta de tratamiento de agua residual teniendo en cuenta los cálculos y/o sistemas
que permite realizar el aplicativo de PTAR DISEÑO.
Tecn. Lodos
Activos
Aireación
Extendida
(Con
sedimentación
secundaria)
(Ramírez
Camperos, 2004)
- Alta eficiencia de remoción
de carga orgánica
- Bajo costo Inicial
- Minimización de olores y
Vectores (Insectos)
- Mínimo riesgo de producción
de olores
- Requiere un mantenimiento
cuidadoso y sofisticado
- Alto costo operacional
debido a la aireación
- Alta producción de lodos
- Requerimiento de 4 a 8 horas
como tiempo de aireación
Tipo De Sistema Y/O
Tratamiento Obtenido De: Referencia
Eliminación En %
SST DBO
5 DQO N P
Coliformes
Fecales
Tecn. Laguna Anaerobica (Fuentes
Beltrán, S.f)
(RAS 2000) 50-60 50-70 30-50 - - 80-90
---- - - - 5-10 0-5 -
Tecn. Laguna Facultativa
(Sin Contar con Algas)
(Fuentes
Beltrán, S.f)
(RAS 2000) 63-75 80-90 40-50 0-30 80-90
---- - - - 30-60 - -
Tecn. Filtro Percolador Alta
tasa, Roca
(Giraldo
Jaramillo,
2020)
(RAS 2000) 60-85 65-90 55-70 - - 80-90
---- - - - 15-30 8-12 -
Tecn. Filtro Percolador Alta
tasa, Plásticos
(Giraldo
Jaramillo,
2020)
(RAS 2000) 65-85 75-95 60-80 - - 80-90
---- - - - 15-30 8-12 -
Tecn. Reactor UASB
(Giraldo
Jaramillo,
2020)
(RAS 2000) 60-70 65-80 60-80 - 30-40 20-40
---- - - - 10-20 - -
Tecn. Lodos Activos Modalidad
Convencional
(Sánchez
Cabrera, 2019)
(RAS 2000) 80-90 80-95 70-80 - - 80-90
---- - - - 70 70 -
Tecn. Lodos Activos Aireación
Extendida (Con
sedimentación Secundaria)
(Giraldo
Jaramillo,
2020)
(Von Sperling 19996) 80-90 - - 30-40 30-45 -
(RAS 2000) - 80-95 60-70 - - 80-90
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 7
Figura 2. Esquema de alternativas de sistema de tratamiento
Nota: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021)
3.1.2 Aplicación del proceso de Selección de Alternativas con el fin de elegir la propuesta de
diseño de PTAR más optima.
Para el proceso de selección de la propuesta de Diseño de la PTAR del municipio de
Guayabetal, se evaluarán las seis alternativas que proporciona la herramienta de PTAR DISEÑO
(Ver Figura 2) teniendo en cuenta la Factibilidad de cada uno de estos en el contexto social y/o
local.
Son bastante los Ítems o características que podremos tomar en cuenta para la selección de
la alternativa sin embargo centralizaremos la evaluación en los siguientes:
• Olores y Vectores (O&V): Se evaluará el nivel de producción de olores, entre menor sea la
producción de olores mayor beneficio en Salud tendrá la población del Municipio.
PRE – TRATAMIENTO
Sistema de Cribado y/o Rejillas+Desarenador
TRATAMIENTO PRIMARIO
Sistema de Sedimentación Primario
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Tecn. Laguna
Anaerobica+Laguna
Facultativa
Tecn. Reactor
UASB+Laguna
Facultativa
Tecn. Reactor
UASB+Filtro
Percolador
Tecn. Reactor
UASB+Lodos
Activos Modalidad
Convencional
Tecn. Lodos
Activos
Modalidad
Convencional
Tecn. Lodos
Activos
Aireación
Extendida
MANEJO DE LODOS
Lechos de Secado + Compostage
Alternativa de Sistema de Tratamiento N°1
Alternativa de Sistema de Tratamiento N°2
Alternativa de Sistema de Tratamiento N°3
Alternativa de Sistema de Tratamiento N°4
Alternativa de Sistema de Tratamiento N°5
Alternativa de Sistema de Tratamiento N°6
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 8
• Operación y Mantenimiento (O&M): El sistema de tratamiento será mucho más optimo si la
Operación y Mantenimiento son requeridas en menor proporción
• Costo y/o Nivel Económico (C&N.E): A menor costo mejor resultado.
• Inversión Inicial (I.I): Es necesario considerar la Inversión Inicial que requiere la
implementación del diseño de PTAR a menor inversión mejor resultado.
• Área Requerida (A.R): el sistema seleccionado deberá ser el adecuado acorde a la
disposición de terreno entre menos área ocupe la PTAR mucho más efectiva será su
selección pues se requiere menos inversión inicial en la compra del lote.
• Consumo Energético (C.E): A menor energía de consumo, más optimo será el sistema.
• Lodos (L): Entre menor producción de lodos, mejor será el sistema
• Eficiencia (E): Entre menos dependencia de otro tipo de sistema de tratamiento o factores
externos tenga el sistema seleccionado, mayor será su eficiencia
• Personal Capacitado (PC): Es importante considerar si se debe contar con personal
calificado para la operación y mantenimiento del sistema seleccionado.
• Toleración de Carga Orgánica (T.C.O): Entre mayor toleración de carga Orgánica mayor
será la eficiencia y resultados de tratamiento por parte del sistema.
• Adaptación a Temperaturas (T°): Es importante que el sistema no se vea influenciado por las
temperaturas o cambios climáticos del ambiente
• Sólidos Suspendidos (SST): Entre mayor sea el resultado de porcentaje de eliminación de
sólidos suspendidos mayor posibilidad de eficiencia tendrá el sistema.
• Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5): Entre mayor sea el resultado de porcentaje de
eliminación de DBO mayor eficiencia en relación con la calidad del agua creara el sistema
de tratamiento
• Demanda Química de Oxigeno (DQO): Este es un indicador de contaminantes orgánicos en
el agua lo que permite indicar a eficiencia del tratamiento del sistema, este siempre se mide
a la entrada y salida de todo el sistema
• Fosforo (PT): El análisis de la remoción de PT es importante para controlar los
vertimientos a fuentes superficiales, que tengan riesgo de eutrofización y baja concentración
de oxígeno disuelto (OD).
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 9
• Nitrógeno (NT): El análisis de la remoción de NT es importante para controlar los
vertimientos a fuentes superficiales, que tengan riesgo de eutrofización y baja concentración
de oxígeno disuelto (OD).
• Coliformes Fecales (Patógenos) (C.F): Si el sistema es capaz de producir la remoción de los
Coliformes Totales su efectividad será considerada de alto grado (entre mayor porcentaje de
eliminación mayor efectividad).
En la siguiente tabla, se muestra los niveles y/o criterios de valoración que se emplearan
para la selección del sistema de tratamiento secundario óptimo.
Tabla 3. Criterios de calificación
Calificación Parámetro
0 Es el valor más aceptable para el criterio de calificación y/o evaluación
1 Es el valor aceptable para el criterio de calificación y/o evaluación
2 Es el valor intermedio entre la calificación más aceptable y la más desfavorable
3 Es el valor más desfavorable para el criterio de calificación y/o evaluación
Nota: Edición propia Adaptado de: WSP/PB,2016
La calificación más aceptable o favorable será máximo de 17 puntos y la calificación más
desfavorable será máximo de 51 puntos.
Tabla 4. Calificaciones según el rango
Calificación
Rango 0-49 50-60 61-70 71-80 81-85 85-90 91-100
Calificación 3 3 3 2 2 1 0
Nota: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021)
En la siguiente tabla se presentan la evaluación de cada una de las tecnologías de tratamiento
secundario ofrecidas por el aplicativo PTAR Diseño de acuerdo con los parámetros presentados
anteriormente.
Tabla 5. Evaluación de tecnologías de tratamiento secundario
Tipo De Sistema
Y/O Tratamiento
Ítems O Características A Evaluar Para La Selección Del Tratamiento
O&V O&M C&N.E I.I A.R C.E L E PC T.C.O T° SST DBO DQO PT NT C.F TOTAL
Tecn. Laguna
Anaeróbica 3 1 2 3 3 0 3 2 0 1 3 3 3 3 3 3 1 37
Tecn. Laguna
Facultativa 3 1 2 3 3 0 3 2 0 1 3 2 1 3 3 3 1 34
Tecn. Filtro
Percolador Alta
tasa, Roca
2 3 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 1 3 3 3 1 30
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 10
Tipo De Sistema
Y/O Tratamiento
Ítems O Características A Evaluar Para La Selección Del Tratamiento
O&V O&M C&N.E I.I A.R C.E L E PC T.C.O T° SST DBO DQO PT NT C.F TOTAL
Tecn. Filtro
Percolador Alta
tasa, Plásticos
2 3 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 0 2 3 3 1 28
Tecn. Reactor
UASB 1 1 2 2 1 1 1 2 1 2 1 3 2 2 3 3 3 31
Tecn. Lodos
Activos Modalidad
Convencional
1 3 2 1 1 1 3 1 1 1 1 1 0 2 3 3 1 26
Tecn. Lodos
Activos Aireación
Extendida
1 3 2 1 1 1 3 1 1 1 1 1 0 3 3 3 1 27
Nota 1: Edición Propia (Ordoñez & Rivas, 2021)
Nota 2: Para que la evaluación de los parámetros de SST, DBO5, DQO, PT, NT y de Coliformes
Fecales, sea equitativa en los diferentes sistemas de tratamiento propuestos, se tomaron en cuenta
los rangos y la calificación correspondiente a cada uno, contenidos en la Tabla N°4.
3.1.3 Análisis y Selección del sistema de tratamiento de Aguas Residuales para la propuesta
de Diseño de PTAR en el Municipio de Guayabetal, Cundinamarca.
De acuerdo con el proceso de selección realizado previamente y acorde a los resultados de
calificación obtenidos y contenidos en la Tabla N° 5, la alternativa de Sistema de Tratamiento
seleccionada es la N°5 (Ver Figura 2) la cual corresponde a la Tecnología de Lodos Activos
Modalidad Convencional.
Se puede analizar que el proceso de tratamiento obtenido como mejor opción al final de
todo el proceso de selección realmente es eficaz y optimo, dadas las soluciones que puede brindar
este sistema a las problemáticas, necesidades y características que presenta el Municipio de
Guayabetal de Cundinamarca.
(Cedrón Medina & Cribillon Benitez, 2017), en su tesis titulada “Diagnóstico del sistema
de aguas residuales en Salaverry y propuesta de solución” que tiene como objetivo dar una solución
a la problemática presentada en los distritos de Moncha y Salaverry (Perú), muy similar a las
problemáticas presentadas en el municipio de Guayabetal (Colombia), pues estos autores buscan
disminuir el problema de Olores proporcionados por un PTAR ya existente y remplazarla por un
sistema mucho más optimo que a la final permita también reutilizar el agua, finalmente estos
Autores concluyen el sistema de lodos activos modalidad convencional, como la mejor opción,
encontrando de este modo concordancia con los resultados obtenidos durante el desarrollo de esta
tesina contenida en el presente documento.
En terminación este sistema seleccionado es la mejor opción puesto que cuenta con los
procesos y tecnologías adecuadas para cumplir con los requerimientos o necesidades del municipio
de Guayabetal, tales como:
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 11
1. Mitigación y compensación al Impacto Ambiental
2. Disminución de problemas de Olores en el Municipio
3. Costo adecuado para el diseño y ejecución de la Planta
4. Reutilización de las Aguas tratadas por medio del sistema de recirculación y tratamiento de
Lodos, convirtiéndolas en aguas óptimas para el riego de cultivos ya que este municipio
cuenta con áreas destinadas para la agricultura, riego de jardines, plantaciones de tallo alto,
elaboración de abonos para su posterior uso y distribución, limpieza en general e incluso
producción y/o obtención de biogás para uso de los habitantes del Municipio. De lo anterior,
el Manejo final de los Lodos será de opinión y selección libre de acuerdo con los
requerimientos de los Habitantes del Municipio de Guayabetal, sin embargo, en la Fase 2
correspondiente a las etapas de diseño para el sistema de tratamiento seleccionado, más
exactamente en la Etapa VIII del diseño de la PTAR se plantea y/o diseña la mejor opción
para el Manejo Final de los Lodos obtenidos posteriormente a la recirculación de los mismos
y la disposición previa en los lechos de secado.
5. En la investigación de (Cedrón Medina & Cribillon Benitez, 2017) determinan que la
eficiencia con la que cuenta este sistema de Lodos activos alcanza un 95% y que esto se debe
primordialmente al diseño del Tanque de Aireación que por norma debe tener el diseño en sí
de todo el Sistema de Lodos Activos Modalidad Convencional pues este tanque tiene la
capacidad de mezclar los microorganismos con la materia orgánica mediante el proceso de
agitación.
Teniendo en cuenta la selección y resultados obtenidos durante el desarrollo de toda la
FASE 1 del Diseño de PTAR, se procede a realizar la FASE 2 compuesta por Ocho (8) Etapas para
el diseño óptimo de toda la PTAR teniendo en cuenta el sistema de tecnología de diseño
seleccionado previamente.
3.2. FASE 2. Etapas De Diseño Para El Sistema De Tratamiento Seleccionado
3.2.1 Etapa I. Ingreso de Datos de Entrada.
En esta etapa se ingresan los datos de entrada toman en cuenta los valores necesarios para
llevar a cabo la proyección de población.
Censos. Estos datos fueron obtenidos del departamento administrativo nacional de
estadística (DANE).
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 12
Tabla 6. Censos de Población para el Municipio de Guayabetal
Año Población
2005 1315
1993 1292
1985 1059
Nota: Edición Propia adaptada de información recopilada por del DANE (Ordoñez & Rivas, 2021)
Periodo de Diseño. Se estableció un periodo de 25 años para todos los componentes de los
sistemas de acueducto, alcantarillado y aseo. Esto de acuerdo a lo establecido en la Resolución
0330 de 2017. Si es un proyecto especial se puede considerar un periodo de diseño mayor.
Coeficiente de Retorno (R). Este puede ser estimado de acuerdo a la información existente
en la zona, en caso de no contar con mucha información del municipio de recomienda adoptar un
valor de 0.85.
Dotación Máxima de Agua Potable (D). Considerando que el casco urbano del Municipio
de Guayabetal se encuentra a una altitud media de 1.500 msnm, se asume una dotación neta máxima
de 130 L / hab.día.
3.2.2 Etapa II. Proyección Poblacional.
En esta etapa se realiza la proyección de población, el indica el crecimiento poblacional que
tendrá el municipio en el periodo de diseño establecido previamente. Estas proyecciones se
elaboran siguiendo 3 modelos matemáticos; Aritmético, Geométrico y exponencial, como se
expresa en el RAS 2000, Titulo B – Sección B2.2.4. seleccionando el modelo que mejor se ajuste
al comportamiento histórico de la población.
El programa PTAR DISEÑO calcula la proyección de población por los métodos
Aritmético y Geométrico con base a los datos definidos en la etapa I, sin embargo, este no considera
algunos factores importantes que pueden variar el resultado, por esto mismo con el fin de tener una
proyección más acertada se optó por realizarla de forma manual en una hoja de cálculo
(Ver Anexo 5).
haciendo la comparación de los resultados se opta por tomar un ponderado de las
proyecciones realizadas por los 3 métodos pues este promedio representa mejor el comportamiento
de crecimiento que ha tenido históricamente el municipio.
A continuación, se muestra la gráfica comparativa de los métodos utilizados para el cálculo
de proyecciones de población en el municipio de Guayabetal.
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 13
Figura 3. Grafica de Crecimiento Poblacional en el municipio de Guayabetal
Nota: Edición Propia adaptada del Anexo 5 (Ordoñez & Rivas, 2021)
Una vez calculado las proyecciones de población, se procede a realizar la cuantificación
total de habitantes para el periodo de diseño de 25 años, y para este caso se tendrá en cuenta un
incremento de población flotante del 5%, este valor teniendo en cuenta que el municipio tiene una
baja oferta turística, los antecedentes en relación al riesgo (deslizamientos de suelo), la
vulnerabilidad del casco urbano del municipio y considerando los flujos poblacionales en épocas
decembrinas, vacaciones escolares y eventos puntuales como ferias y fiestas. Adicionalmente, se
realiza un ajuste teniendo en cuenta que la Administración Municipal de Guayabetal certifica que
para el año 2023 se realizara el proyecto de urbanización de interés social Villa Ximena que se
describe en la siguiente tabla.
Tabla 7. Proyecto de Urbanizaciones del Municipio
Urbanización No. Viviendas Índice ocupacional
(Hab./Vivienda) Habitantes Año de Entrega
Villa Ximena 130 3.5 455 2023
Nota: información suministrada por la alcaldía de Guayabetal 2021
Con base al 5% que se estima de población flotante y considerando el proyecto de
urbanización mencionado anteriormente, se hace un ajuste a la proyección de población dando
como resultado que para el año 2046 se estima una población de aproximada de 2451 habitantes
(Ver Anexo 5)
Tabla 8. Proyección de Población Ajustada
Periodo Año Población
promedio
Población
Flotante
(5%)
Población
Total
Proyectada
Población
Nueva
Urbanización
Población
Total
Actual 2019-2021 1530 76 1606 - 1606
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Periodo Año Población
promedio
Población
Flotante
(5%)
Población
Total
Proyectada
Población
Nueva
Urbanización
Población
Total
Corto Plazo 2022-2024 1569 78 1648 455 2103
Mediano
Plazo 2025-2029 1638 82 1720 455 2175
Largo Plazo 2023-2046 1901 95 1996 455 2451
Nota: Edición Propia adaptada del anexo 5 (Ordoñez & Rivas, 2021)
Una vez obtenido estos resultados es necesario regresar a la etapa I, en esta etapa se hace
un ajuste a los datos de población para que estos tengan congruencia con los obtenidos
manualmente. Para la población y año más antiguo se toman los valores establecidos en la tabla 38,
sin embargo, para la población de censo más reciente optamos 2034 hab para el año 2019, puesto
que en este año es en el que se inició la proyección manual como se puede ver en el anexo 5. Ya
hecho el ajuste, regresamos a la etapa II en la cual se escoge el método Aritmético adoptando una
población proyectada de 2808 hab para el año 2046, ya que estos valores son los que más se asemeja
a los proyectados manualmente.
3.2.3 Etapa III. Caudales de Diseño.
Con base en los datos registrado en las etapas anteriores, el aplicativo PTAR Diseño calcula
el caudal de aguas residuales domesticas (Qarm), sin embargo, los caudales nombrados a
continuación se deben ingresar manualmente.
Caudal de Infiltración. Se presenta por infiltración de aguas subsuperficiales a las redes de
sistemas de alcantarillado sanitario, principalmente freáticas, a través de fisuras en los colectores o
juntas, en la unión de colectores con pozos de inspección y demás estructuras cuando no son
completamente impermeables. El software ofrece las opciones de calcular este valor en función de
la extensión de la red de alcantarillado o el área del alcantarillado influenciada por la infiltración.
Para este caso se escogió el método en función de la extensión de la red de alcantarillado
considerando la longitud total del sistema. En ausencia de datos locales, el valor de la tasa de
infiltración (inf) se toma de 0.5 l/s*km el cual se encuentra entre el rango de valores recomendados
por el programa.
Caudal por Conexiones Erradas (Qce). Para este diseño no se tiene en cuenta este caudal.
Caudal Industrial. Como se había dicho anteriormente Guayabetal no cuenta con industria
por lo tanto no se tiene en cuenta este caudal.
Caudal Comercial. Para la estimación de este caudal se debe considerar el área comercial
que tiene Guayabetal, el cual según el EOT es de 0,458 ha, lo que equivale a al 1,10% con respecto
al área total. Esta área comercial se presenta principalmente sobre la Carrera 1, en los Barrios
Centro y Barrio Nuevo. En la Carrera 3 con Calle 3, parte interna del Barrio Centro, encontramos
un comercio de bajo impacto. En general podemos concluir que el comercio que existente en el
Municipio es escaso y no genera gran impacto en el sistema de alcantarillado.
La contribución comercial se determina de acuerdo a la siguiente tabla.
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Tabla 9. Contribución Comercial
Nivel de complejidad del Sistema Contribución Comercial (l/s*ha)
Cualquiera 0,4-0,5
Nota: adaptado del esquema de ordenamiento territorial (EOT) de Guayabetal, Cundinamarca.
Caudal Institucional. Para la estimación de este caudal se debe considerar el área
institucional que tiene Guayabetal, el cual según el EOT es de 1,007 ha, lo que equivale a al 2,42%
con respecto al área total. Esta área institucional se refiere a todos aquellos inmuebles que prestan
servicio al municipio y se localizan principalmente en el Barrio Centro, manzanas No. 05-08-12 y
14, entre los cuales destacamos: centro de salud, alcaldía, TELECOM, inspección de policía,
centros educativos, iglesia y matadero.
La contribución comercial se determina de acuerdo a la siguiente tabla.
Tabla 10. Contribución Institucional Mínima en Zonas Residenciales
Nivel de complejidad del Sistema Contribución Institucional (l/s*ha)
Cualquiera 0,4-0,5
Nota: adaptado del esquema de ordenamiento territorial (EOT) de Guayabetal, Cundinamarca.
Caudal Mínimo Diario. Este caudal es usado para verificar el diseño estructuras como
estaciones de bombeo, el control de la velocidad en tuberías y canales, niveles de agua entre otros.
Para que el software pueda hallar este valor es necesario designar un valor de coeficiente de horario
de menor consumo (K3), este valor es igual al resultado de la división de flujo mínimo
por hora por el flujo promedio por hora registrada el mismo día; en ausencia de normas locales, el
estándar recomienda adoptar un valor de 0,5.
3.2.4 Etapa IV. Características Iniciales del Agua Residual.
En esta etapa se presentan las características iniciales de las aguas residuales, dichas
características se evaluaron e el documento de investigación.
Tabla 11. Caracterización Inicial de las Aguas Residuales
Parámetro Valor Designado Rangos Recomendados Unidades
Temperatura 22 - °C
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5) 203 100 - 400 mg/l
Demanda Química de Oxigeno (DQO) 308,88 200 - 800 mg/l
Solidos Suspendidos Totales (SST) 150 120 - 360 mg/l
Solidos Suspendidos Volátiles (SSV) 90 90 - 280 mg/l
Relación SSV/SST en el afluente 0,6 - -
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
Resumen de Datos de las Etapas I, II, III, IV. En este ítem se presenta un resumen de los
resultados obtenidos en las primeras cuatro etapas del diseño.
Tabla 12. Resumen de Datos en las Etapas 1, 2 ,3 & 4
Descripción Valor Unidad
Datos de Entrada
Fecha (año actual) 2021
Temperatura media de la localidad 22 °C
Población de censo más antiguo (Pci) 1059 Hab
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Descripción Valor Unidad
Año del censo más antiguo 1985
Población del censo más reciente 2034 Hab
Periodo de diseño 25 Años
Coeficiente de retorno (R) 0,85
Dotación máxima de agua potable (D) 130 L/había
Proyección de Poblacional
Método Aritmético
Tasa de Crecimiento poblacional (r) 28,677
Población proyectada a futuro (Pf) 2808 Hab
Nivel de complejidad según el RAS 2000 Medio
Cálculo de Caudal de Diseño
Caudal de aguas residuales domesticas (QARD) 3,6 l/s
Extensión de la red de alcantarillado
Longitud (L) 8,52 Km
Tasa de infiltración (INF) 0,5 L/s*km
Qinf 4.26 L/s
368.07 m3/dia
Comercial
Área comercial 0,46 Ha
Aporte comercial 0,5 L/s*ha
Caudal Comercial (Qc) 0,23 l/s
19.88 m3/d
Institucional
Área institucional 1,01 Ha
Aporte institucional 0,5 L/s*ha
Caudal institucional (Qin) 0,51 l/s
43,64 m3/d
Qmed 8,5863 m3/día
741.86 m3/d
Coeficiente de mayoración o variación horizontal (K) 1,8
Qmax 11,4593 m3/día
990.08 m3/d
Coeficiente de horario de menor consumo (K3) 0.5
Qmin 6.7907 m3/día
586.71 m3/d
Características del Agua Residual
Temperatura 22 °C
Demanda Bioquímica de oxígeno (DBO5) 203 mg/L o g/m3
Demanda Química de Oxigeno (DQO) 308.88 mg/L o g/m3
Solidos suspendidos totales (SST) 150 mg/L
Solidos suspendidos volátiles (SSV) 90 mg/L
Relación SSV/SST en el afluente 0.6
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
3.2.5 Etapa V. Diseño de Pre-Tratamiento (Cribado, Desarenador y canaleta Parshall)
Cribado. La rejilla se encargará de la eliminación de aquellos componentes que puedan
provocar problemas operacionales tales como solidos de gran tamaño y mediano volumen como
ramas, piedras, animales muertos y plásticos; también será preciso para impedir el paso de
elementos arrojados a los flujos de agua como colchones, muebles, ropa, basura, etc. Este elemento
se encargará de captar las aguas vertidas por los puntos de saneamiento combinados.
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Considerando que Guayabetal es un municipio con poco índice de crecimiento económico
y poblacional se diseñara una rejilla de limpieza manual. El dimensionamiento de la rejilla se
realizó de acuerdo con los siguientes parámetros:
Selección del Tipo de Rejilla: En la siguiente tabla se presentan los tipos de rejilla que se
pueden diseñar para el cribado. Para este diseño se adoptó una rejilla de tipo medio con sección de
9,5x38,1 mm.
Tabla 13. Sección según el tipo de rejilla
Tipo de Rejilla Sección en mm
Gruesa
9,5x50,0
9,5x63,5
12,7x38,1
12,7x50
Media
7,9x50,0
9,5x38,1
9,5x50,0
Finas
6,4x38,1
7,9x38,1
9,5x38,1
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
Para este tipo de rejilla se puede considerar un espaciamiento de 20 a 40 mm, y una
inclinación de barras que oscila entre los 40 a 60 grados.
Velocidad de Paso Entre Barras (V): La velocidad de paso no debe ser muy elevada, ya
que ocasionaría el arrastre de materiales que deberían ser retirados; tampoco debe ser tan baja ya
que permitiría la acumulación de material sedimentable. Las velocidades recomendadas para el
caudal máximo son: velocidad mínima de 0.6 m/s y velocidad máxima a través de la rejilla para el
caudal final debe ser igual o menor a 1.20m/s.
Perdida de Carga en la Rejilla: Para mantener la velocidad y el perfil hidráulico, se permite
una obstrucción de las rejillas hasta del 50%, en unidades de limpieza manual. Para evitar una
pérdida de carga elevada en rejillas de limpieza manual, la limpieza deberá ser continua o
programada.
Tabla 14. Factor B que depende de la sección trasversal de las barras.
Nota: Adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 18
En la siguiente tabla se encuentran resumidos los resultados de los parámetros de diseño
para el sistema de cribado.
Tabla 15. Resultados Obtenidos para el Diseño de Rejilla
Descripción Valor Rangos Recomendados Unidad
Datos de Entrada
Qmed 0,0086 - m3/s
Qmax 0,0115 - m3/s
Profundidad de la lámina de agua (h) 0.1 - m
Selección del Tipo de Rejilla
Tipo de rejilla Media - -
Espesor de la barra (t) 9.5 - mm
Ancho de la barra 38.1 - mm
Espaciamiento libre entre barras (a) 20 20 – 40 mm
Inclinación de la barra 45 45 – 60 °
Velocidad de Paso Entre Barras
Velocidad máxima (Vmax) 1,2 0,6 – 1,2 m/s
Velocidad mínima (Vmin) 0,6 0,6 m/s
Áreas
Área útil entre barras para escurrimiento (Au) 0,0096 - m2
Eficiencia (E) 0,68 - -
Área total de las rejillas (Barras incluidas) (S) 0,0141 - -
Ancho de rejillas (b) 0,1409 - -
Chequeo de Velocidades
Ancho (b) 0,1409 - m
Velocidad máxima (Vmax) 1,21 - m/s
Velocidad media (Vmed) 0,9 - m/s
Longitud del Canal (L) 2,441 - m
Velocidad Para Ancho del Canal Afluente a la Rejilla
El ancho del canal es igual al de la rejilla 0,1409 - m
Velocidad aproximada para caudal máximo 0,8136 - m/s
Velocidad aproximada para caudal medio 0,6096 - m/s
Barras y Espaciamientos
Numero de barras (Nb) 5 - -
Sección de barras 9,5 x 38,1 - mm
Numero de espacios entre barras (Ne) 6 - -
Espaciamiento entre barras 20 20 - 40 mm
Perdida de Carga en La Rejilla
Perdida de carga en la rejilla limpia (hL) 0,0567 - m
Perdida de carga en la rejilla 50% sucia (hl) 0.0661 - m
Perdida de Carga (hF) Calculada por la Ecuación de Kirshmer
Factor que depende de la sección de barras B 2,42 - -
hF 0.047 - m
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 19
Figura 4. Esquema del sistema de Cribado
Nota: Planos generados por el aplicativo PTAR Diseño
Desarenador. Es un tanque el cual tiene la función de separar los sólidos sedimentables
(arenas y gravas) mediante procesos físicos, es decir, acumulando en el fondo del tanque estos
solidos de tal modo que estos no se acumulen en los procesos posteriores. El dimensionamiento del
desarenador se realizó de acuerdo a los siguientes parámetros:
Velocidad del flujo (V): Generalmente se asume un valor de 0.3 m/s en desarenadores de
velocidad constante, esto de acuerdo al artículo 188 de la resolución 0330/2017.
Frecuencia de Limpieza: Considerando que el sistema se está diseñando para una
población relativamente baja, con poca economía y sin industria. Se opta por tomar una frecuencia
de limpieza de cada 8 días,
Profundidad útil deposito inferior de arena (p): Para hallar el valor de “p”, se debe
considerar que este depende de la frecuencia de limpieza. Si se desea disminuir el valor de p, debe
disminuir el periodo de limpieza y viceversa.
En la siguiente tabla se encuentran resumidos los resultados de los parámetros de diseño
para el diseño del desarenador.
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 20
Tabla 16. Resultados Obtenidos para el Diseño del Desarenador
Descripción Valor Rangos Recomendados Unidad
Datos de Entrada
Qmax 0,0115 - m3/s
Qmin 0,0068 - m3/s
Qmed 0,0086 - m3/s
Dimensionamiento del Desarenador
Altura máxima de agua en el desarenador 0,1205 - m
Ancho del desarenador (b) 0,32 - m
Velocidad del flujo (V) 0,3 0,2 – 0,4 m
Longitud del desarenador (L) 3,02 - m
Área longitudinal del desarenador (A) 0,955 - m2
Estimación de material retenido (q) 0,056 - m3/día
Frecuencia de Limpieza 8 - Días
Profundidad útil deposito inferior de arena (p) 0,47 - m
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
Figura 5. Esquema de desarenador
Nota: Planos generados por el aplicativo PTAR Diseño
Canaleta Parshall. La canaleta Parshall es una estructura hidráulica que comúnmente es
utilizada para medir el caudal en canales abiertos y para agregar o mezclar sustancias para limpiar
el agua, esta canaleta se usada en plantas de tratamiento de agua potable (PTAP), PTAR y distritos
de riego. Para realizar el diseño de la canaleta Parshall primeramente se debe establecer un ancho
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 21
nominal (W), el cual está sujeto a los caudales mínimo y máximo del sistema de tratamientos. En
la siguiente tabla se presentan los distintos anchos nominales según la que establece Azevedo Netto
en el libro “Manual de Hidráulica octava edición”.
Tabla 17. Anchos Nominales De Acuerdo Al Qmin Y Qmax Del Sistema
W Capacidad m3/s
in cm Qmin Qmax
3 7,6 0,00085 0,0538
6 15,2 0,00152 0,1104
9 22,9 0,00255 0,2519
12 30,5 0,00311 0,4556
18 45,7 0,00425 0,6962
24 61,0 0,01189 0,9367
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
Para este diseño se toma un ancho nominal de 7,6 cm puesto que los caudales de este
cumplen con los establecidos para el diseño.
Profundidad de la Lámina de Agua (H) para Qmax, Qmed y Qmin: Para hallar la
profundidad de la lámina de agua y los caudales en la canaleta Parshall se deben definir un
coeficiente K y un coeficiente n, dichos coeficientes se toman de acuerdo al ancho nominal definido
previamente y se sacan de la siguiente tabla.
Tabla 18. Coeficientes K Y n De Acuerdo A La Sección O Garganta Contraída (W)
W n
K
in cm Unidad Métrica Unidad Americana
3 7,6 1,547 0,176 0,0992
6 15,2 1,580 0,381 2,06
9 22,9 1,530 0,535 3,07
12 30,5 1,522 0,690 4,00
18 45,7 1,538 1,054 6,00
24 61,0 1,550 1,426 8,00
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
En la siguiente tabla se encuentran resumidos los resultados de los parámetros de diseño de
la canaleta Parshall.
Tabla 19. Resultados Obtenidos para el Diseño de Canaleta Parshall
Descripción Valor Unidad
Datos de Entrada
Qmax 0,0115 m3/s
Qmin 0,0068 m3/s
Qmed 0,0086 m3/s
Dimensionamiento de Canaleta Parshall
Ancho nominal (w) 7,6 cm
Profundidad de la Lámina de Agua (H) para Qmax, Qmed y Qmin
Coeficiente K 0,176 m
Coeficiente n 1,547 m
Hmax 1,18 m
Hmed 0,15 m
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 22
Descripción Valor Unidad
Hmin 0,13 m
Resalto (Z) 0,051 m
Dimensionamiento del Medidor Parshall
A 46,6 cm
B 45,7 cm
C 17,8 cm
D 25,9 cm
E 45,7 cm
F 15,2 cm
G 30,5 cm
K 2,5 cm
N 5,7 cm
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
Figura 6. Esquema de Canaleta Parshall
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
3.2.6 Etapa VI. Diseño de Tratamiento Primario (Sedimentación Primaria).
La sedimentación primaria se encarga de remover los residuos solios sedimentables y
material flotante para de esta manera aminorar la concentración de solidos suspendidos. Para
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 23
diseñar el sedimentador primario se consideran los requisitos mínimos de diseño dispuestos en el
Artículo 189 de la resolución 033/2017.
En la siguiente tabla se presentan los parámetros de diseño para el sedimentador primario,
cabe destacar que para este sedimentador se toma una configuración geométrica circular.
Tabla 20. Parámetros De Diseño Para Sedimentador Primario.
Parámetro Valor Rango Recomendado Unidad
Carga hidráulica superficial para caudal medio 40 30-50 m3/m2*d
Carga hidráulica superficial para caudal pico 100 80-120 m3/m2*d
Profundidad de sedimentador 4 3-4,9 m
Tiempo de retención hidráulica 2,5 1,5-2,5 horas
Diámetro del sedimentador 4,9 - m
Nota: Edición Propia adaptada del Articulo 189 de la resolución 0330/2017 (Ordoñez & Rivas,
2021)
3.2.7 Etapa VII. Diseño Del Sistema de Tratamiento Secundario Seleccionado.
Habiendo evaluado las seis alternativas de tecnologías vistas anteriormente, se optó por
tomar la tecnología de lodos activos en modalidad convencional, siendo este el que mejor resultados
tuvo de acuerdo con la evaluación de alternativas dispuesta en la tabla 37.
Tanque de Aireación. Este tanque hace parte del tratamiento biológico del agua y se
presenta antes de que el agua a tratar entre a este tanque. El agua residual se mezcla con una gran
cantidad de microorganismos aérobicos (bacterias generalmente), estos microrganismos tienen la
función de romper los coloides y disolver la materia orgánica presente en el agua. Para que este
proceso sea eficiente es necesario implementar un sistema de recirculación de agua en el cual el
agua que pasa al siguiente sistema que es el sedimentador secundario, retorne nuevamente al tanque
de aireación incrementando así el número de bacterias que ayudaran a tratar el agua residual.
Por supuesto para este sistema de recirculación se debe tener en cuenta que la cantidad de
microorganismos no acceda los recomendables para el tratamiento. Para este diseño se tuvo en
cuenta los requisitos mínimos de diseño para procesos de lodos activos dispuesto en el artículo 193
de la resolución 0330/2017.
En la siguiente tabla se encuentran resumido los resultados de diseño del tanque de
aireación.
Tabla 21. Resultados Obtenidos para el Diseño del Tanque de aireación
Parámetro Valor Rango
Recomendado Unidad
Demanda Bioquímica de Oxigeno en el efluente
(DBOe) 20 20-70 md/l
Solidos Suspendidos Totales deseados en efluente
(Xe) 30 30-70 md/l
Relación gDBO/gSST en el efluente 0,6 - -
Solidos Suspendidos Totales en el lodo el tanque
de aireación - SSTA(Xa) 3000 1500-4000 md/l
Solidos del lodo recirculado (Xu) 8000 7500-15000 md/l
Coeficiente de producción celular (Y) 0,4 0,4-0,5 mgSSV/mgDBO
Tasa especifica de respiración endógena (Kd) 0,07 0,05-0,10 Días^-1
Edad del lodo (θc) 7 3-15 Días
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Parámetro Valor Rango
Recomendado Unidad
Coeficiente de producción celular ajustado por la
pérdida de respiración endógena (Yobs) 0,269 - mgSSV/mgDBO
Cálculo de la DBO Soluble en el Efluente y la Eficiencia de Remoción de DBO5
DBO particulada (Sp) 18 - md/l
DBO soluble (Se) 2 - md/l
Eficiencia de remoción de DBO soluble 99,1 - %
Eficiencia global de remoción de DBO 90,2 - %
Producción de lodo esperado-ΔX 40,1 - Kg SV/d
Producción de lodo esperado-ΔXT 66,8 - Kg ST/d
Volumen de lodo purgado por día (Vlodo) 8,34 - m3/d
Cálculo del Volumen de Lodo del Tanque de Aireación (VTA) y Tiempo de Retención Hidráulico (TRH)
VTA 155,68 - m3
TRH 5,1 4-8 horas
Cálculo de Área superficial del Tanque de Aireación (ATA)
Profundidad del tanque de aireación (HTA) 4 4-6 m
Área Superficial (ATA) 38,92 - m2
Ancho del tanque de aireación 4,42 - m
Longitud del tanque de aireación 8,83 - m
Cálculo de la relación Alimento/Microorganismos
(A/M) 0,533 0,2-0,6 kgDBO/kgSSVTA
Cálculo de la recirculación mínima recomendada
(r) 0,6 - -
Verificación de la producción de lodo ΔX a partir del VTA, edad del lodo y concentración de SSTA
66,72 - Kg ST/d
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
Sedimentador Secundario. Este sedimentador tiene la función recibir las aguas espesadas
que provienen del tanque de aireación o tanque de lodos activados, además de esto le permite a los
microorganismos y a los residuos sólidos (lodos) aglutinarse para que de este modo se puedan
asentar en el fondo del sedimentador. Este proceso funciona en conjunto con el tanque de aireación
mediante un sistema de recirculación en el cual los lodos y microorganismos útiles asentados en el
fondo del sedimentador, retornan al tanque de aireación para que haya un incremento de bacterias
que mejore la descomposición de materia orgánica.
Este tratamiento también permite que las impurezas que se encuentran en la superficie del
tanque puedan ser retiradas antes de desembocar en el efluente. Para este diseño se tuvo en cuenta
los requisitos mínimos de diseño para sedimentadores secundarios dispuesto en el artículo 195 de
la resolución 0330/2017.
En la siguiente tabla se encuentran resumido los resultados de diseño del sedimentador
secundario.
Parámetro Valor Rango Recomendado Unidad
Tasa de flujo superficial TFS 25 20-28 para θc<18 m3/m2*d
Área de sedimentación (As) 29,68 - m2
Verificación de la Tasa de Aplicación de Solidos, en Función de la Masa de Solidos Suspendidos Proveniente del
Tanque de Aireación Afluente al Sedimentador
Masa de solidos (M) 3560,9 - KgSS/día
Profundidad de sedimentación (HSS) 4 >3,7 m
Diámetro de sedimentación 6,15 - M
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 25
Parámetro Valor Rango Recomendado Unidad
Área total requerida por la tecnología de lodos
activos modalidad convencional 87,14 - m2
Nota: Edición Propia adaptada del aplicativo PTAR diseño (Ordoñez & Rivas, 2021)
Figura 7. Esquemas de tratamiento primario y secundario
Nota: Planos generados por el aplicativo PTAR Diseño
3.2.8 Etapa VIII. Diseño del Proceso Para el Manejo de Lodos (No lo diseña el Aplicativo).
Los lodos producidos por la PTAR son desechos peligrosos que pueden poner en riesgo la
salud de las personas y del medio ambiente, sin embargo, estos lodos pueden ser estabilizados para
su aprovechamiento. A los lodos estabilizados se les conoce como “Biosólidos” y se pueden utilizar
de distintas maneras como abono, remediador, recuperador en zonas verdes, revegetalizacion en
taludes, áreas privadas, entre otras. (Salazar Espitia, 2019)
Guayabetal es un municipio que cuenta con una gran extensión de zonas verdes y campos
agrícolas, por tal motivo se opta por implementar el compostaje como tratamiento para los lodos
activos generados por la PTAR, además de ser una forma alterna de reducir la contaminación
producida por los rellenos sanitarios en los cuales se dispone generalmente este tipo de residuos.
Para el diseño de esta metodología de tratamiento de lodos se tuvo en consideración la resolución
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 26
0330 del 2017 y el decreto 1287 del 2014 por el cual se establecen criterios para el uso de los
biosólidos generados en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales.
Compostaje. Este proceso de tratamiento de lodos se presenta de acuerdo a los principios
de diseño del libro “Tratamiento de Aguas Residuales” de Jairo Alberto Romero Rojas, el cual
define el compostaje como “la degradación biológica controlada de materia orgánica hasta
formar un compuesto estable de color oscuro, textura suelta y olor a tierra similar al humus,
denominado compost”. Este proceso de compostaje se llevará a cabo de manera aerobia, el cual
apresura la descomposición de la materia orgánica permitiendo obtener temperaturas elevadas que
son necesarias para la eliminación de patógenos. Para un óptimo funcionamiento, el compostaje
tiene que cumplir con algunas condiciones tales como; PH, aireación, contenido de humedad,
relación de carbono/hidrogeno (C/N), material llenante. Este proceso busca tres objetivos
fundamentales.
1. Convertir material orgánico biológico en un compuesto estable.
2. Eliminación de patógenos gracias a altas temperaturas.
3. Reducción de humedad en el compuesto y solidos totales volátiles.
El compostaje aerobio se puede hacer de distintas formas, ya sea mecánico o manual, sin
embargo, considerando las condiciones socioeconómicas del municipio evaluadas previamente se
optará por hacer un tratamiento manual, pues un tratamiento mecánico sería demasiado costoso.
Este proceso de compostaje se realiza de acuerdo a las operaciones básicas dispuestas en el
siguiente esquema.
Figura 8. Diagrama de flujo de compostaje
Nota: Edición Propia adaptada del libro “Tratamiento de aguas residuales” de Romero
(Ordoñez & Rivas, 2021).
El proceso de compostaje se lleva a cabo mediante un sistema de pilas con aireación natural
(Ver Figura 9) en el cual se mezcla el lodo con material llenante (viruta, cascarilla de arroz o aserrín
de madera), se coloca en hileras durante 5 días, posterior a este tiempo el compuesto se airea
manualmente mediante un volteo periódico. Este volteo provee oxígeno, homogeniza la
temperatura y permite la reducción de patógenos y la estabilización de la materia orgánica. Los
lodos que pueden ser compostados incluyen tanto lodos digeridos (tratados) como lodos primarios
y secundarios sin digerir (sin tratar). Sin embargo, la digestión de los lodos antes del compostaje
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 27
puede disminuir la generación de malos olores y la reducción de solidos volátiles disponibles para
la descomposición.
Figura 9. Compostaje de lodos en pila estática aireada
Nota: Adaptada del libro “Tratamiento de aguas residuales” de Romero (Ordoñez & Rivas,
2021).
En el proceso de pilas aireadas la oxigenación depende de ventilación natural provista con
mezcla manual frecuente en las pilas. Las pilas usualmente tienen una sección trapezoidal o
triangular con un ancho de 4,5 m y altura hasta de 2 m.
Para que el compostaje se realice de forma efectiva, es recomendable mantener el compost
a una tempreatira de 40°C durante 4 horas por un periodo de 5 dias o por lo menos 55°C dentro de
la pila, seguido de un periodo de maduracion apropiado para asegurar que la reaccion del
compostaje logre su maduracion. Durante los primeros 5 dias la pila debe voltearse por lo menos
dos veses al dia para mezplar bien los lodos con el llenante. Despues de este periodo las pilas se
deben voltear con la frecuencia requerida para mantener la concentracion de oxigeno y la
temperatura en los valores apripiados para el compostaje.
El compostaje se realiza en dos etapas; la primera etapa (Síntesis), se encarga de convertir
la materia orgánica en biomasa celular; la segunda etapa (respiración endógena), hace que los
microrganismos agoten sus reservas energéticas provocando que se formen compuestos
inorgánicos simples y estables, los cuales se consideran como el compuesto final del compost.
La temperatura es uno de los factores ambientales más importantes por el efecto que tiene
sobre el desarrollo de los microorganismos ya que estos al consumir materia orgánica generan calor,
siendo la descomposición más eficiente cuando el compost tiene temperaturas entre 32 y 60 °C. La
temperatura y el PH son indicadores importantes en el desarrollo del tratamiento, variando a lo
largo del proceso de compostaje como se ve en la siguiente grafica.
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 28
Figura 10. Variación de la temperatura y el ph en el proceso de compostaje.
Nota: Adaptada del libro “Tratamiento de aguas residuales” de Romero (Ordoñez & Rivas,
2021).
En la siguiente tabla se presenta las condiciones recomendadas para llevar a cabo el proceso
de compostaje.
Descripción Rango Recomendado Unidad
Concentración optima de oxigeno 5-15 %
Humedad 50-60 %
Relación nutricional de Carbono/Nitrógeno
(C/N) 25-35 -
Tamaño de material llenante 0,3-2,7 Cm
Periodo de compostaje 6-12 Semanas
Altura de pileta (la de 0,8m ofrece mejores
resultados) 0,8-2 m
Nota: Edición Propia adaptada del libro “Tratamiento de aguas residuales” de Romero
(Ordoñez & Rivas, 2021).
4. Conclusiones
Se hizo una caracterización de las aguas residuales provenientes de los vertimientos con los
que cuenta el municipio, adicionalmente se realizó el análisis de las fuentes superficiales receptoras
aledañas a la zona de estudio, con el fin de conocer y proyectar las cargas contaminantes de las
mismas. Se determino que las aguas residuales proveniente de los vertimientos incluso las que son
tratadas por la planta que se encuentra en funcionamiento actualmente en el Guayabetal, tenían
cargas contaminantes que incumplían con los límites máximos permisibles exigidos por la norma
ambiental vigente. Por esto mismo se consideró necesario plantear un sistema de tratamiento
eficiente y que se ajustara a las condiciones socioeconómicas del municipio.
El diseño de la PTAR propuesto en el presente documento, busca mitigar la cantidad de
contaminantes en las fuentes hídricas aledañas al municipio de Guayabetal-Cundinamarca, de esta
forma mejorando las condiciones ambientales de la región y la calidad de vida de la población.
Cabe resaltar que este diseño se centra en el dimensionamiento hidráulico y el aprovechamiento de
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 29
los residuos generados por la PTAR, por consiguiente, no se orienta en el diseño estructural puesto
que no es una estructura compleja y sus materiales de construcción san de fácil acceso.
La tecnología de lodos activos en modalidad convencional es un sistema simple, estable y
eficiente de remoción de materia orgánica, además se ajusta a las necesidades de una baja
población. por esto mismo es uno de los tratamientos más utilizados. (Ramírez Camperos, 2004)
Las PTAR generan residuos peligrosos (lodos) que pueden afectar la salud de las personas
y del medio ambiente por esto mismo suelen ser dispuestos en rellenos sanitarios u otros lugares
que determinen las autoridades ambientales pertinentes. Sin embargo, varios estudios han
comprobado que estos residuos pueden ser aprovechados en distintas actividades, siendo mayor
mente utilizados en terrenos agrícolas, bosques, campos de pastoreo, o en terrenos alterados que
necesitan recuperación. Esto gracias a que los biosólidos (lodos estabilizados) abastecen el suelo
de nutrientes y renuevan la materia orgánica del terreno. ( Limón Macías, 2013)
El compostaje es proceso de tratamiento de lodos que permiten trasformar los lodos
generados por las PTAR en un compuesto beneficioso para el suelo, por tal motivo se utiliza
comúnmente en la renovación de suelos agrícolas, siendo un método alternativo para dar provecho
a estos residuos contaminantes.
5. Recomendaciones
Una vez se cumplan el periodo para el cual fue diseñada la PTAR, se debe considerar hacer
una evaluación del funcionamiento de esta. Si no cumple con la normativa vigente a la fecha (año
2046) se recomienda hacer una reforma a la estructura para abastecer las necesidades de la
población.
La PTAR se diseñó considerando que Guayabetal es un municipio sin industria relevante,
en caso de establecerse una industria se recomienda que esta tenga su propio sistema de tratamiento
puesto que de integrarse a la municipal puede provocar el mal funcionamiento de la misma.
El manejo de lodos (Compostaje) que se propuso en el diseño se puede provechar de
distintas formas como se ha dicho anteriormente, aunque se propuso como una forma de abonar los
cultivos agrícolas, es decisión de los entes gubernamentales y administrativos del municipio el uso
que le quieran dar a este producto.
Para garantizar el correcto funcionamiento de la PTAR y la duración de la misma, se
recomienda hacer un mantenimiento regular a los distintos elementos que la componen, además,
hacer un monitoreo regular de las aguas tratadas que salen de la planta y del cuerpo de agua
receptor, para comprobar el correcto funcionamiento del sistema.
El propósito principal de este proyecto es el de proponer una PTAR eficiente que pueda suplir las
necesidades sanitarias del municipio de Guayabetal-Cundinamarca, por tal motivo no se tuvo en
consideración plantear una ubicación especifica de la nueva planta puesto que este abarcaría un
estudio aparte que involucraría una investigación extendida del suelo en la zona de estudio
(topografía, geología, geomorfología, mejoramiento o estabilización de suelos de ser necesario,
etc.), por tal motivo solo se presentarán algunas consideraciones que se deben tener en cuenta al
momento de ubicar la planta:
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 30
1. La PTAR debe ser ubicada en una distancia igual o mayor a 150 m de la cabecera
municipal y en general de cualquier vivienda, o lugar que pueda causar incomodidad
o afectación a la población, esto cumpliendo con las distancias mínimas para la
localización de sistemas de tratamientos dispuestos en el artículo 183 de la
resolución 0330/2017.
2. La planta se debe ubicar a una elevación inferior a la que se encuentra la cabecera
municipal, de este modo será más fácil la recolección de las aguas residuales
domesticas por acción de la gravedad.
3. Teniendo en cuenta el mapa de pendientes presente en el anexo 6, es recomendable
ubicar la planta en una superficie con una pendiente entre 7 y 12 % siendo esta
moderadamente inclinada y permitiendo que la circulación del agua residual dentro
de la PTAR sea por acción de la gravedad.
4. Teniendo en cuenta el mapa de usos recomendados del suelo presente en el anexo
6, se recomienda ubicar la planta en una de las zonas destinadas para la agricultura
semi intensiva de orientación semi comercial y ganadería, puesto que estas áreas se
encuentran las zonas urbanas y no afectan el ecosistema fauna y flora silvestre
presente en la región.
5. Según el mapa hidrológico presente en el anexo 6, el cuerpo hídrico receptor más
apropiado para realizar el vertimiento de las aguas servidas tratadas en la planta es
Rio Negro, puesto que este se encuentra paralelo a la cabecera municipal y debido
a su magnitud tiene la capacidad de asimilar los contaminantes que se puedan
presentar en el vertimiento.
Teniendo en cuenta las anteriores consideraciones se propuso una ubicación para la PTAR
en una zona cercana a la cabecera municipal que cumple con los requisitos antes mencionaos, este
punto se encuentra en las coordenadas latitud: 4°12'36.82"N y longitud: 73°48'45.73"O. cabe
resaltar que esta ubicación se tomó de acuerdo con la investigación realizada en el documento, para
una ubicación más acertada es necesario hacer un estudio de suelos de la zona.
PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PTAR PARA EL MUNICIPIO DE GUAYABETAL CUNDINAMARCA 31
Figura 11. Posible ubicación de la PTAR.
Nota: Edición Propia adaptado de Google Earth (Ordoñez & Rivas, 2021)
6. Referencias Bibliográficas
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