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ANÁLISIS DE LOS DISEÑOS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE
AGUAPOTABLE (PTAP) Y CALIDAD DEL AGUA CRUDA Y TRATADA EN EL
DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA
LAURA MILENA CASTRO ARISTIZABAL
JUAN DIEGO VELASQUEZ TOCHOY
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
TECNOLOGÍA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL
PROYECTO DE GRADO
BOGOTÁ D.C
2015
ANÁLISIS DE LOS DISEÑOS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE
AGUAPOTABLE (PTAP) Y CALIDAD DEL AGUA CRUDA Y TRATADA EN EL
DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA
LAURA MILENA CASTRO ARISTIZABAL 20112085064
JUAN DIEGO VELASQUEZ TOCHOY 20112085057
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE “TECNOLOGO EN
SANEAMIENTO AMBIENTAL”
DIRECTOR
JUAN PABLO RODRIGUEZ MIRANDA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
TECNOLOGÍA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL
PROYECTO DE GRADO
BOGOTÁ D.C
2015
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 6
2. JUSTIFICACION ....................................................................................................................... 8
3. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 10
3.1 GENERAL ............................................................................................................................ 10
3.2 ESPECÍFICOS ....................................................................................................................... 10
4. METODOLOGIA .................................................................................................................... 11
5. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................. 14
5.1 PTAP .................................................................................................................................. 14
5.1.1 COAGULACIÓN - MEZCLA RÁPIDA HIDRÁULICA ............................................................ 14
5.1.2 FLOCULACION HIDRAULICA ......................................................................................... 18
5.1.3 SEDIMENTACIÓN ......................................................................................................... 19
5.1.4 FILTRACIÓN ................................................................................................................. 22
5.1.4 DESINFECCIÓN ............................................................................................................. 24
5.2 CALIDAD DE AGUA.............................................................................................................. 26
5.2.1 CALIDAD DE AGUA – QUÍMICA DEL AGUA .................................................................... 27
5.2.2 CALIDAD DE AGUA - BIOLÓGICA ................................................................................... 30
6 RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS ............................................................................... 33
6.1 CUMPLIMIENTO DE CRITERIOS DE DISEÑO. ........................................................................ 33
6.1.1 MÉZCLA RAPIDA .......................................................................................................... 40
6.1.2 FLOCULACIÓN .............................................................................................................. 41
6.1.3 SEDIMENTACIÓN ......................................................................................................... 43
6.1.4 FILTRACIÓN ................................................................................................................. 45
6.2 CUMPLIMIENTO DE LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE LA CALIDAD DEL AGUA. ............... 47
6.2.1 CALIDAD DE AGUA CRUDA, .......................................................................................... 47
6.2.2 CALIDAD DE AGUA TRATADA ....................................................................................... 50
6. CONCLUSIONES.................................................................................................................... 53
7. RECOMENDACIONES............................................................................................................ 54
8. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 55
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Calidad de la fuente ......................................................................................................... 14
Tabla 2 Tipos de floculadores ...................................................................................................... 18
Tabla 3 Velocidad de sedimentación de partículas ........................................................................ 20
Tabla 4 Incremento porcentual por número de unidades ............................................................... 21
Tabla 5 Límites máximos permisibles para agua cruda que requiere convencional ........................ 28
Tabla 6 Límites máximos permisibles para agua cruda que requiere solo filtración y desinfección 29
Tabla 7 Límites máximos permisibles para agua potable características químicas ......................... 30
Tabla 8 Límites máximos permisibles para agua potable características físicas ............................. 30
Tabla 9 Criterios básicos evaluados .............................................................................................. 30
Tabla 10 Agentes patógenos según ORG ...................................................................................... 31
Tabla 11 Límites máximos permisibles de microorganismos en el agua cruda............................... 32
Tabla 12 Límites máximos permisibles de microorganismos en el agua para agua tratada ............. 32
Tabla 13 Recopilación de los criterio de diseño ............................................................................ 34
Tabla 14 Recopilación de informe de laboratorio de los criterios de calidad de agua cruda y tratada
.................................................................................................................................................... 37
Tabla 15 Porcentaje de cumplimiento agua cruda en plantas con tratamiento convencional. .......... 47
Tabla 16 Porcentaje de cumplimiento de limites máximos permisibles para fuentes que solo
requieres filtración mas desinfección ............................................................................................ 49
Tabla 17 Tabla Porcentaje de cumplimiento de agua tratada ......................................................... 51
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Figura N° 2 Resalto Hidráulico .................................................................................................... 16
Figura N° 3 Cortes canaleta parshall............................................................................................. 17
Figura N° 4 Filtro rápido vista corte ............................................................................................. 22
Figura N° 5 Clasificación de filtros por tipo de lecho.................................................................... 24
Figura N° 6 Índice de cumplimiento - Mezcla rápida .................................................................... 40
Figura N° 7 Índice de cumplimiento – Floculacion tipo alabama .................................................. 41
Figura N° 8 Índice de cumplimiento- floculación tipo flujo horizontal ......................................... 42
Figura N° 9 Índice de cumplimiento sedimentador convencional de flujo horizontal ..................... 43
Figura N° 10 Índice de cumplimiento - sedimentadores de alta tasa o tasa acelerada ..................... 44
Figura N° 11 Índice de cumplimiento -Filtración Rápida .............................................................. 45
Figura N° 12 Índice de cumplimiento - Filtración Lenta ............................................................... 46
Figura N° 13 Porcentaje de cumplimiento de los límites máximos permisibles para agua cruda que
requiere tratamiento convencional ................................................................................................ 48
Figura N° 14 Índice de cumplimiento en porcentaje de límites máximos permisibles para fuentes
que requieres solo filtración más desinfección .............................................................................. 50
Figura N° 15 Índice de cumplimiento en porcentaje de los límites máximos permisibles para agua
tratada .......................................................................................................................................... 52
6
INTRODUCCIÓN
Entregar agua potable es una tarea prioritaria y de gran complejidad tanto económica como
ambiental e incluso social para un gobierno en curso, esta necesidad y como abastecerla varía
dependiendo del tamaño poblacional, las necesidades y las condiciones climatológicas de la zona
y claro está, que los recursos monetarios que son proyectados en cada periodo gubernamental sean
realmente invertidos en esta área.
Desafortunadamente, por estas dificultades propias de ciertas zonas o ubicaciones demográficas,
se presentan casos como el del continente africano donde según (UNICEF)el 45% de la población
carece de acceso de agua potable, el panorama cambia en países desarrollados, donde pese a las
problemáticas ambientales en énfasis los vertimientos antrópicos a fuentes hídricas cuentan con
una cobertura cercana a 100% cumpliendo con criterios de calidad más estrictos en sus normativas.
En pleno siglo XXI, se reporta que según (UNICEF)las enfermedades diarreicas son la segunda
mayor causa de muerte de niños menores de cinco años, matando a 4000 niños todos los días.
Pudiéndose prevenir mediante el acceso al agua potable y a servicios adecuados de saneamiento e
higiene. (Agua)
Colombia es un país afortunado ya que se clasifica como uno de los países con mayor oferta
hídrica, donde se estima que tiene un rendimiento hídrico promedio de 63 l/s-km2 que supera seis
veces el rendimiento promedio mundial (10 l/s-km2 ) y tres veces el rendimiento de Latinoamérica
(21 l/s-km2 ). (Sánchez, Garcia, Jara, & Verd, 2010, pág. 69).
El estudio nacional del agua (ENA), en el 2010 entrega un reporte de la relación de la oferta media
del agua en Colombia y la distribución de las cabeceras municipales; arrojando datos interesantes
ya que es inverso el resultado esperado. En este sentido, en el área hidrográfica del Magdalena-
Cauca, en donde se presenta el 13,2% de la oferta total nacional, se concentran el 63% de las
cabeceras municipales, mientras que en el área hidrográfica del Amazonas, en donde se encuentra
el 38,7% de la oferta media total nacional, únicamente se identifican el 4.7% de las cabeceras
municipales. De igual manera, en el área hidrográfica del Caribe, en donde se concentran el 11%
de las cabeceras municipales, solo se cuenta con el 7,8 % de la oferta media total nacional.
(Sánchez, Garcia, Jara, & Verd, 2010, pág. 88)
7
Ahora bien, según el Censo realizado por el DANE durante el 2005, la tasa de cobertura de
acueducto en el todo el territorio colombiano corresponde a 83.2%, mostrando un gran avance con
respecto a años anteriores UNICEF (2004). Siendo este dato descartable a razón de que en zonas
rurales los índices de cobertura son significativamente menores. ( (DANE , s.f.))
En el Departamento de Cundinamarca, para el año de 2012 se estima un valor aproximado de 51%
de cobertura del recurso hídrico en los municipios del departamento (fuente autores, datos
recopilados SUI, DANE). (Véase anexo 1) Empresas Públicas de Cundinamarca (EPC) es la
entidad directamente responsable de todas las actividades ingenieriles relacionadas con el
tratamiento de aguas potables y residuales (PTAP y PTAR), diseños de planes maestros de
acueducto y alcantarillados y planes de saneamiento y manejo de vertimiento (PSMV) en los
municipios de Cundinamarca siendo estos de vital importancia para asegurar la calidad de vida de
los residentes de cada uno de estos.
Para diseñar una planta de tratamiento de agua potable, Colombia se rige por el Reglamento
Técnico del Sector de agua Potable y Saneamiento Básico-título c. Cada uno de los parámetros de
diseño debe cumplir con lo estipulado en el mismo debido a que estos se basan en la experiencia
y conocimiento de autores a nivel nacional e internacional, garantizando de esta manera que la
fuerte inversión realizada en el municipio sea acertada y avalando que cumple con los parámetros
de calidad del agua exigidos.
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2. JUSTIFICACION
El desarrollo poblacional depende de diversos factores, indiscutiblemente siendo primordial
el servicio de agua, el cual garantiza la supervivencia de la población y al ser esta potable
aumenta significativamente la esperanza de vida disminuyendo costos en salud de la
comunidad servida, al prevenir enfermedades causadas por agentes biológicos como virus o
bacterias causantes de diarrea crónica o hepatitis A; o por sustancias químicas orgánicas e
inorgánicas en concentraciones perjudiciales para el ser humano causantes de múltiples
enfermedades como intoxicaciones por metales pesados o cáncer. Por lo tanto es de gran
interés por parte de las administraciones municipales tener no solo porcentajes de coberturas
altos, si no calidad óptima en el servicio.
Las Plantas de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) se diseñan con este objetivo de brindar
un servicio continuo que abastezca a la comunidad beneficiaria de forma eficiente por un
periodo de tiempo estipulado que garantice la cobertura del servicio a la población
proyectada, para lograr estos objetivos, en Colombia el diseño de estas, como la calidad de
las fuentes de captación que alimentara a las mismas, son regidas por normas estructuradas
siendo respectivamente el reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento
básico RAS 2000 título c para los diseños de los procesos y operaciones unitarias dentro del
sistema y el decreto 1594 de 1984 y resolución 2115 para la calidad del agua cruda y potable
correspondientemente.
Pese a que una PTAP haya sido construida siguiendo minuciosamente las normativas, esta
puede estar incumpliendo por distintos factores como son el deterioro de los sistemas, la falta
de mantenimiento o el crecimiento poblacional improvisto, requiriendo una optimización que
asegure el funcionamiento de la misma.
En Cundinamarca la construcción de PTAP nuevas como la optimización de plantas ya
construidas debe ser aprobada ante el ministerio de vivienda ciudad y territorio, siendo
conocido este transcurso como “proceso de ventanilla única” estando obstaculizado el
proceso por factores tales como el incumplimiento predial, poca claridad o falta de
información de los planos, pocas alternativas de diseño, costos y finalmente el
incumplimiento de la normativa.
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Esta investigación va encaminada a analizar el cumplimiento de la normativa por medio de
una revisión y evaluación a los diseños de las plantas potabilizadoras nuevas u optimizadas;
tanto del diseño estructural como la calidad de agua de la fuente de captación para plantas
nuevas y calidad de agua de captación y conducción a la red de acueducto para plantas
optimizadas pertenecientes al territorio de Cundinamarca que se encuentren en proceso de
ventanilla única, con respecto a la normativa vigente para determinar el porcentaje de
cumplimiento de las mismas.
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3. OBJETIVOS
3.1 GENERAL
Analizar los diseños de las PTAP en el departamento de Cundinamarca nuevas y optimizadas,
así como la calidad del agua procesada en las mismas, con respecto a las normativas vigentes
3.2 ESPECÍFICOS
3.2.1 Comparar los diseños de PTAP, viabilizadas y optimizadas con la normativa vigente
en Colombia (RAS 2000 Titulo C)
3.2.2 Verificar el cumplimiento de calidad de agua al momento de captación (agua cruda) y
a la salida de la PTAP (agua tratada) en las plantas optimizadas por medio de la información
recopila de la entidad Empresas públicas de Cundinamarca
3.2.3 mostrar los resultados de los datos analizados
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4. METODOLOGIA
Para el desarrollo del presente proyecto se desarrollaron 5 fases, subdividido en actividades
específicas. Todas estas constan de varios subprocesos que garantizan la correcta ejecución
y el alcance de las metas propuestas.
RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN.
Para la recopilación de los diseños de las PTAP y los análisis de laboratorios para el análisis
de la calidad del agua, fue necesario acudir a Empresas Publicas de Cundinamarca (EPC),
donde se encuentran todos los proyectos de saneamiento básico para el municipio de
Cundinamarca.
Los proyectos considerados en el presente documento fueron analizados en el proceso de
viabilización, es decir antes de que fueran aprobados en ventanilla única, en el ministerio de
vivienda, ciudad y territorio.
Se visitaron las instalaciones de EPC y en el departamento de archivo se recuperó la
información de 30 proyectos en digital de PTAP y Planes Maestro de acueducto y
alcantarillado que incluyen dentro de su plan la construcción u optimización de una planta
de tratamiento. De los 30 proyectos recuperados, se seleccionaron 20 los cuales cumplían
con toda la información requerida.
ORGANIZACIÓN DE LA INFORMACIÓN
Teniendo la información de los 20 proyectos de los diseños u optimizaciones para PTAP, se
desarrolló una Tabla compiladora para cada uno de los parámetros de diseño de PTAP en
cada una de las operaciones unitarias floculación, sedimentación, mezcla rápida y filtración,
igualmente para los procesos unitarios de floculación, coagulación y desinfección. Cada uno
de los parámetros analizados, fueron comparados con las exigencias del Reglamento Técnico
Colombiano (RAS 2000).
Teniendo los análisis de laboratorio de agua cruda y tratada en dichas plantas, se realizó una
Tabla compiladora, comparando el resultado del análisis de laboratorio, con cada uno de los
parámetros exigidos por la normativa Colombiana en agua cruda DECRETO 1594 DE 1984,
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igualmente en el agua tratada, en esta ocasión comparando los resultados con el DECRETO
2115 DE 2007.
VERIFICACIÓN DEL CUMPLIMIENTO.
Ya teniendo la Tabla comparativa, se pasó a crear un código de colores cuantificado que
expresa el cumplimiento, no cumplimiento o no dato de la información para un parámetro
específico.
Los colores asignados para esta fase fueron el verde para CUMPLE, rojo para INCUMPLE
Y gris para NO DATO.
El anterior proceso de desarrollo para la Tabla de calidad del agua y para el análisis de los
diseños de las PTAP, de esta manera se facilitó el conteo y cuantificación de cada dato para
así representarlos gráficamente.
EXPOSICIÓN DE RESULTADOS.
Para una mejor representación de los resultados, se realizaron gráficas para cada proceso y
operación unitaria, desglosado en sus parámetros de diseño.
En el caso de la calidad del agua, se optó por que el resultado de las gráficas fuera expresado
en porcentaje, debido a la cantidad de criterios ostentados por la norma. Se usaron las
siguientes fórmulas para hallar el porcentaje de cumplimiento, no cumplimiento o no dato:
CUMPLE:
NO CUMPLE:
NO DATO:
13
Resumen metodológico
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5. MARCO TEÓRICO
5.1 PTAP
Para determinar la clase de tratamiento, ya sea tratamiento convencional o tratamiento
específico para una fuente de agua, la cual fue elegida por su ubicación y cumplimiento de
caudal óptimo para abastecer la planta y conservar un caudal ecológico, se da uso a la Tabla
otorgada por el RAS (Tabla 1) para establecer el tipo de tratamiento que más conveniente
sea de emplear para la fuente seleccionada. Se profundiza más los parámetros de calidad de
agua en el capítulo de calidad de agua (cap. 5.2).
Tabla 1 Calidad de la fuente
Fuente: RAS 2000. Titulo C, Tabla C.2 .1
La Tabla 1 muestra los límites máximos para las fuentes de agua segregadas según su nivel de
aceptabilidad.
5.1.1 COAGULACIÓN - MEZCLA RÁPIDA HIDRÁULICA
El objetivo del proceso unitario de coagulación es la erradicación de partículas suspendidas
en el agua que aportan un grado de turbiedad y color a la misma; Según (Arboleda, 2000) la
turbiedad es la propiedad óptica que tiene una sustancia liquida o sólida, de diseminar en
15
todas las direcciones la luz que pasa por ella; la (Organizacion mundial de la salud ORG,
1986) ratifica que la turbiedad por encima de 5 UNT puede ser perceptible y, en
consecuencia, generar reparos por parte del consumidor. Los niveles elevados de turbiedad
pueden proteger a los microorganismos contra los efectos de la desinfección, la turbiedad
siempre debe ser baja, de preferencia por debajo de 1 UNT, para conseguir una
desinfección efectiva. (Organizacion mundial de la salud ORG, 1986)
En cuanto al color; Según la (ORGANIZACION PANAMERICANA DE LA SALUD, 1987)
pese a no ser directamente nocivo al usuario este puede optar por no consumir el agua
otorgada por sus características organolépticas “el color en el agua potable puede deberse a
la presencia de materia orgánica de color, por ejemplo, sustancias húmicas, metales como el
hierro y el manganeso, o residuos industriales fuertemente coloreados. La experiencia a
demostrado que los consumidores puede acudir a fuentes alternativas, quizás inseguras,
cuando su agua muestra a la vista niveles de color desagradables, por lo tanto, se recomienda
que el agua potable sea incolora. El valor guía es de 15 unidades de color verdadero (UCV).
(ORGANIZACION PANAMERICANA DE LA SALUD, 1987)
“La coagulación es el proceso de combinar pequeñas partículas en agregados más grandes
(floc) y adsorber materia orgánica disuelta en los agregados de partículas para que estas
impurezas puedan ser removidas en el subsecuente proceso de separación sólido/líquida”
(Jiang, 2015), esto es logrado por medio de sustancias químicas inorgánicas u orgánicas
(coagulantes) con carga negativa que poseen la propiedad de atraer las sustancias con carga
positiva. (Romero Rojas, 2006), explica que la importancia de la mezcla rápida, radica en
dispersar uniformemente el coagulante en el agua cruda, de manera que se evite el
subtratamiento o el sobre tratamiento. Se debe tener en cuenta que el agitamiento del agua
en el sistema deberá ser lo suficientemente turbulento para dispersar el coagulante pero no
llegar al punto de romper el floc. (Jiang, 2015), Menciona que cuando el estrés dado en la
superficie del floc es mayor que la fuerza de unión, el floc se romperá, y agrega que existen
dos formas de ruptura de floc, una por erosión en la superficie y otra por fragmentación a
gran escala.
“El resalto hidráulico es un fenómeno que ocurre cuando la corriente líquida pasa de un
régimen rápido a uno tranquilo, a través de una profundidad crítica, y discurre de una
16
profundidad menor a una mayor, mientras que la velocidad cambia de mayor a menor que la
crítica”. (de Vargas, 2004) (Véase Figura N°2)
Figura N° 1 Resalto Hidráulico
Fuente: de Vargas, L. (2004). Tratamiento de agua para consumo humano: Plantas de filtración rápida. Mezcla rapida.
Lima: CEPIS/OPS
“La canaleta parshall es la forma más común de producir un resalto hidráulico, consiste en
un segmento de canal con cambio rápido de pendientes y constricción en el punto llamado
garganta. Al comienzo de ella el agua pasa por la profundidad critica (NF = 1= y debido al
cambio de pendiente se acerca hasta crear un régimen supercrítico que se convierte en un
salto hidráulico al encontrar la pendiente negativa de la sección G de salida en la que el
régimen es suscritico este salto hidráulico es el que se usa para la mezclar rápida.” (Arboleda,
2000, pág. 110), como denota la Figura 3 en la vista en planta, muestra la constricción en la
estructura y en la vista de corte los cambios de pendiente que forman el resalto hidráulico
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Figura N° 2 Cortes canaleta parshall
Fuente: de Vargas, L. (2004). Tratamiento de agua para consumo humano: Plantas de filtración rápida. Mezcla rápida.
Lima: CEPIS/OPS
La canaleta parshall, (véase Figura 3) en Colombia es el sistema más utilizado para realizar
la operación unitaria de mezcla rápida , debido a la simplicidad de diseño y al hecho de que
no requiere energía para su funcionamiento siendo este netamente hidráulico; (Romero
Rojas, 2006) menciona que el mezclador hidráulico tiene la ventaja de no requerir equipo
mecánico, consideración muy importante en el diseño de plantas para lugares que no se
dispone de personal capacitado para mantenimiento ni de suministro apropiado de repuestos,
caso de alta frecuencia en zonas urbanas y rurales en Cundinamarca
Según lo establecido por el RAS en la canaleta parshall el número de froude deberá estar
comprendido en los rangos de 1.7 a 2.5 y o 4.5 a 9.0. (Arboleda, 2000) Explica que mantener
estos límites tiene por objetivo evitar que el resalto hidráulico sea inestable, es decir que no
permanece en una sola posición, si no que cambia de sitio, lo cual dificulta la aplicación
puntual del coagulante. (Pág.110)
De igual manera está estipulado por la normativa que la relación de Ha/w deberá estar ente
0.4 y 0.8 condición que según (Arboleda, 2000) se debe a que la turbulencia de resalto no
penetra en profundidad dentro de la masa de agua, dejando una capa, bajo el resalto en que
el flujo se transportar con un mínimo de agitación.
18
5.1.2 FLOCULACION HIDRAULICA
Tabla 2 Tipos de floculadores
Según la energía de
agitación
Según el sentido del
flujo Descripción Nombre
Hidráulicos
Flujo Horizontal Con tabiques de ida y regreso
De tabiques
Flujo vertical
Con tabiques arriba y abajo del
tanque
Con codos en el fondo que
proyectan el agua hacia arriba Alabama
Con entra lateral al tanque Cox
Mecánicos Rotatorios
De paletas de eje horizontal o
vertical De paletas
De turbinas horizontales o
verticales De turbinas
Reciprocantes Rejas o cintas oscilantes Reciprocantes
hidromecánicos flujo horizontal De turbina pelton y paletas
horizontales Hidromecánicos
Fuente: Arboleda, j. (2000). Teoría y práctica de la purificación del agua.
Como ilustra la Tabla 2 se muestra las distintas tecnologías existentes para desarrollar la
operación unitaria de floculación; como alternativas para efectuar la floculación en las
plantas de tratamiento para municipios generalmente se opta por dos alternativas, los
floculadores tipo Alabama o Cox y los floculadores de tabiques de flujo horizontal y flujo
vertical, lo anterior es debido a costos de construcción y mantenimiento
Para el floculador el ras tiene establecido que el gradiente de velocidad deberá estar
comprendido entre 20 y 70 s-1 independientemente del tipo de floculador empleado, ya sea
este de tipo de flujo horizontal o vertical u Alabama. (Tebbut, 1990) Explica que “Para una
buena floculación, G deberá estar entre los valores de 20 a 70 m/s m. Con valores más bajos
la floculación es inadecuada y con valores más altos las partículas de floculo tienden a
fragmentarse”. (Pág. 136)
En contraste (Arboleda, 2000) explica que los valores frecuentemente encontrados para el
caso de los floculadores de pantallas oscilan entre los 10 y 100 s-1 y la frecuencia aumenta
en el rango comprendido de 20 y 60 s-1 (Pág. 131).
19
Según el RAS el tiempo de retención o detención para los tanques de floculación estará entre
los 20 y 30 minutos en el caso de floculadores de flujo horizontal o vertical y de 20 a 30
minutos en floculadores tipo Alabama de 20 a 40 minutos, en contraste (Tebbut, 1990)
menciona que “El tiempo de retención normal en los tanques de floculación es de 30 a 45
minutos”
En cuanto al tema de velocidad el ras tiene estipulado para floculadores de placas una
velocidad de 20 a 60 m/s (Arboleda, 2000) menciona un rango de velocidad más amplio entre
los 10 a 60 m/s y explica que velocidades superiores a 60 m/s pueden romper el floc, mientras
más bajas 10 m/s sedimentan el lodo.
Específicamente para los floculadores de tipo Alabama el ras tiene establecido que la
Velocidad en codos deberá estar comprendida en el rango de 0.4 m/s y 0.2 m/s; (Arboleda,
2000) concuerda con este rango de velocidad explicando que el objeto es evitar la ruptura del
floc. Y tanto la normativa como arboleda sugieren colocar una platina de orificio que sea
cambiado por voluntad para modificar el gradiente de velocidad, por otro lado estos dos
difieren en cuanto al número de cámaras del floculador; el ras proponiendo una cantidad
mínima de ocho y arboleda afirmando una cantidad mínima nueve y sugiere además que en
lo posible sean doce unidades y el volumen final de estas corresponda al volumen de
detención total requerido.
5.1.3 SEDIMENTACIÓN
“Se entiende por sedimentación la remoción por efecto gravitacional de las partículas en
suspensión presentes en el agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor que
el fluido.” (Maldonado Y, 2004)
“La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse por
Sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideren como
complementarios.” (Maldonado Y, 2004)
(Tebbut, 1990) Explica que “la sedimentación se usa para remover partículas de hasta 50 µm,
lo que depende de su densidad sin embargo con partículas más pequeñas, no es factible
utilizar la sedimentación para remoción de las mismas” (pág. 133) la velocidad de
20
sedimentación sin embargo puede varias por distintos factores, en la Tabla 3 se muestra un
ejemplo de la velocidad de sedimentación de partículas a 10°c
Tabla 3 Velocidad de sedimentación de partículas
tamaño de la partícula en µm Velocidad de sedimentación en m/h
1000 6 x 102
100 2x 101
10 3x 10-1
1 3x 10-3
0,1 1 x 10-5
0,01 2 x 10-7
Fuente: Tebbut, T. H. (1990). Fundamentos de control de la calidad del agua
Sedimentadores convencionales de flujo horizontal y vertical
(Arboleda, 2000) menciona que la carga superficial es la velocidad critica de sedimentación
a la cual se espera un porcentaje (70-98) de partículas de la suspensión dependiendo esto de
varios factores que enumera el autor; la determinación de la carga superficial se puede hacer
experimentalmente efectuando ensayos de sedimentación el Ras especifica un rango de carga
superficial de 15-30 m3 /(m2 .día) (Arboleda, 2000) sin embargo menciona que las cargas
superficiales bajas 20-30 m3 /(m2 .día) se usan en combinación con filtros de área sola y las
altas 35-45 m3 /(m2 .día) con filtros de lecho múltiple, esto comprobando lo mencionado por
Maldonado sobre l relación complementaria entre sedimentadores y filtros. Además el autor
recomienda que las plantas de tratamiento deben proyectarse para una operación precaria o
apenas razonable y por eso no se debe exceder los 45 m3 / (m2 .día)
Según el RAS el tiempo de detención debe estar entre 2 h y 4 h (Arboleda, 2000) explica que
“el periodo de detención es el tiempo máximo que la partícula con la mínima velocidad de
sedimentación escogida, tarda en llegar hasta el fondo. Por tanto es directamente dependiente
de la profundidad del tanque.
21
El RAS igualmente establece que la velocidad máxima de flujo horizontal deberá diseñarse
de forma que sea de máximo 1 cm/s y la Pendiente longitudinal del fondo deberá ser mayor
al 2%
(Arboleda, 2000) Menciona que para sedimentadores rectangulares la relación ancho- largo
varía entre 1 – 2-5 y 1-10 siendo más frecuente 1/4 y 1/5 Según el ras las dimensiones del
sedimentador ancho/largo deberán estar entre 1/4 y 1/8 lo cual pese a que no son los mismos
valores no son relaciones lejanas manteniendo la misma característica de una proporción de
largo mayor que el ancho del sistema largo y la profundidad debe estar entre 5 : 1 y 25 : 1 a
lo cual arboleda concuerda mas no da ninguna especificación
Para sedimentadores de flujo horizontal según el RAS el número mínimo de unidades con
que debe contar la planta de tratamiento es de 2 (Arboleda, 2000) menciona que esto se hace
para que si ocurre el caso de que una no esté funcionando (por ejemplo al estar en
mantenimiento) la otra unidad siga funcionando; también añade que teniendo en cuenta la
eventualidad de que uno de los sedimentadores este fuera de funcionamiento estos deberán
contar con incremento porcentual el área en el área total de los decantadores. Como lo indica
la Tabla 4.
Tabla 4 Incremento porcentual por número de unidades
Número de
unidades
Carga superficial m3/m2/dia
20 30 40 50
2 0 33 67 100
3 0 11 22 33
4 0 8,5 17 25
5 ó mas 0 7 13 20
Fuente: Arboleda, j. (2000). Teoría y práctica de la purificación del agua.
Sedimentador de alta tasa
“Por sedimentadores de tasa alta, sedimentadores de poca profundidad, se entiende
sedimentación en elementos poco profundos, en módulos de tubos circulares, cuadrados,
hexagonales, octogonales, de placas planas paralelas, de placas onduladas o de otras formas,
en tanques poco profundos, con tiempos de retención menores de quince minutos. La
característica principal de un sedimentador de alta tasa es su poca profundidad, regularmente
22
de orden de centímetros. En los pequeños conductos usados como sedimentadores de alta
tasa se puede desarrollar flujo laminar”. (Romero Rojas, 2006)
Pese a lo mencionado por Rojas con respecto a las profundidades bajas en los diseños de los
sedimentadores acelerados el Ras para los mismos establece una profundidad mínima de 4 a
5 metros en el diseño.
5.1.4 FILTRACIÓN
Figura N° 3 Filtro rápido vista corte
Fuente: Homero Rojas, J. A. (2006). Purificacion del agua.
“La filtración consiste en la remoción de partículas suspendidas y coloidales presentes en una
suspensión acuosa que escurre a través de un medio poroso. En general, la filtración es la
operación final de clarificación que se realiza en una planta de tratamiento de agua y, por
consiguiente, es la responsable principal de la producción de agua de calidad coincidente con
los estándares de potabilidad”. (Maldonado Yactayo, 2004)
Según (Romero Rojas, 2006)“El filtro rápido (Figura 4) por gravedad es el tipo de filtro más
utilizado en tratamiento de aguas. La operación de filtración supone dos etapas: filtración y
lavado.” (pág. 215) (Arboleda, 2000) Explica que los filtros rápidos convencionales constan
de tanques rectangulares en concreto de 3.5 a 5 m de profundidad total, en el cual se coloca
23
un lecho de arena y grava sobre un sistema de drenaje. Y menciona que se deberá realizar un
lavado del filtro invirtiendo el sentido del flujo con agua inyectada a presión, debido a que a
un intervalo de tiempo de funcionamiento este se obstruye; esta operación dura entre 5 a 15
minutos, después de la cual el filtro vuelve a su operación normal
Según el RAS la velocidad de filtración dependerá del tipo de lecho filtrante véase Figura 5
siendo para filtros de arena o antracita sola < 120 m3/(m2.día) para filtros de antracita sobre
arena < 300 m3/(m2.día) y para lechos de antracita o arena gruesa de < 400 m3/(m2.día)
según (Tebbut, 1990) la tasa de filtración para filtros lentos es de 1 a 4 m3/(m2.día) mientras
que los filtros rápidos poseen una tasa de 100 a 200 m3/(m2.día)
El nuero de filtros según (Romero Rojas, 2006) es por lo general dos par plantas pequeñas y
4 para plantas grandes sin embargo el ras recomienda que las plantas potabilizadoras cuenten
con 3 o 4 filtros dependiendo el método de lavado efectuado ya sea por limpieza de lavado
mutuo o por tanque elevado respectivamente.
La razón de utilizar un lecho filtrante de capas de materiales distintos es debido según
(Arboleda, 2000) a que al usar arenas convencionales, la permeabilidad aumenta con la
profundidad del filtro. Por consiguiente los granos más pequeños queden arriba u los más
grandes en la parte baja a lo cual el floc encontrara que a medida que baja encontrara poros
cada vez más grandes por donde circular quedando gran parte del mismo en la superficie del
lecho, la idea es cambiar esta propiedad haciendo que a medida que baja el floc por el filtro
encuentre partículas cada vez más pequeñas por lo que se utiliza carbón o antracita cuyo peso
específico varía entre 1.4 y 1.65 y arena con peso específico de 2.65
24
Figura N° 4 Clasificación de filtros por tipo de lecho
Fuente: Arboleda, j. (2000). Teoría y práctica de la purificación del agua.
5.1.4 DESINFECCIÓN
Aun en nuestro tiempo el método de desinfección más practicado es el que consiste
en emplear cloro en distintos estados para eliminar los patógenos que fueron
separados del agua en el proceso de filtración,
Según (Salsona & Méndez, 2002) “En todo el mundo, el mecanismo de
desinfección más aplicado en los sistemas de abastecimiento de agua es el que
emplea el cloro y sus compuestos derivados como agentes desinfectantes. Fue
introducido masivamente a principios del siglo XX y constituyó una revolución
tecnológica, que complementó el proceso de filtración que ya era conocido y
utilizado para el tratamiento del agua”. Además exponen que la desinfección del
agua incremento en un 50% la esperanza de vida de los países desarrollados.
La razón del uso de este agente químico existiendo otras alternativas es por las
propiedades del mismo como son la capacidad de dejar un residual pos tratamiento
que evita la contaminación del agua en la conducción en la red del acueducto; para
(Salsona & Méndez, 2002) Aunque el cloro y sus derivados no son los
desinfectantes perfectos, muestran las siguientes características que los hacen
sumamente valiosos:
25
- Tienen una acción germicida de espectro amplio.
- Muestran una buena persistencia en los sistemas de distribución de agua,
pues presentan propiedades residuales que pueden medirse fácilmente y
vigilarse en las redes después que el agua ha sido tratada o entregada a los
usuarios.
- El equipo para la dosificación es sencillo, confiable y de bajo costo.
Además, para las pequeñas comunidades hay dosificadores de “tecnología
apropiada” que son fáciles de usar por los operadores locales.
- El cloro y sus derivados se consiguen fácilmente, aun en lugares remotos de
los países en desarrollo.
- Es económico y eficaz en relación con sus costos.
Generalmente los tanques dosificadores de cloro vienen prefabricados por lo que no posee
criterios de diseño en el RAS 2000.
26
5.2 CALIDAD DE AGUA
Según (Rojas, 2002), las intervenciones en el medio rural son más complejas que en el medio
urbano, principalmente por la falta de un abastecedor responsable y por la escasa supervisión
de los servicios de abastecimiento de agua por parte de las autoridades competentes.
El análisis de la calidad del agua, además de determinar el estado de la misma, también ayuda
a determinar el costo de tratarla y para poblaciones pequeñas es un punto importante a tomar,
ya que normalmente no cuentan con altos recursos económicos para poder sostener grandes
obras de potabilización.
“Normalmente, el control de la calidad del agua en el medio rural está dirigido a la evaluación
del servicio como un todo, siendo los principales aspectos a ser considerados los siguientes:
a) Calidad del agua para consumo humano
b) Nivel del servicio de abastecimiento de agua a la comunidad
c) Deficiencias de los componentes del sistema de abastecimiento que favorecen el deterioro
de la calidad del agua
d) Estado de la gestión del sistema de abastecimiento de agua
e) Grado de sostenibilidad del servicio de abastecimiento de agua
f) Nivel de conducta sanitaria de los usuarios
g) Programas de educación sanitaria conducentes al mejoramiento del nivel de salud de los
miembros de la comunidad atendida
h) Incidencia de enfermedades
i) Impacto económico” ( (Rojas, 2002)).
Para poder garantizar que la calidad del agua entregada a determinada población se encuentra
en excelentes condiciones, Colombia se rige por varias normativas en las cuales, se encuentra
el Decreto 1594 de 1984 y la Resolución 2115 de 2007, calidad del agua cruda y del agua
tratada respectivamente. Estas normativas tienen una parte para la caracterización de los
27
Límites Máximos permisibles de sustancias químicas y la caracterización correspondiente a
microorganismos.
5.2.1 CALIDAD DE AGUA – QUÍMICA DEL AGUA
A pesar de que el ser humano requiere determinadas concentraciones de sustancias químicas
aportadas por el agua como sales, el consumo de estos por un tiempo prolongado y en
concentraciones altas, puede ocasionar graves problemas sobre la salud; por lo cual, según la
(Organización Mundial de la Salud, 2015) afectan la aceptabilidad del agua de consumo de
modos que, por lo general, conllevarían el rechazo del agua que contiene concentraciones
bastante menores que las consideradas peligrosas para la salud.
Debido a estos problemas relacionados con la salud humana, la normativa Colombiana
determina para agua Cruda y para agua Tratada unos Límites Máximos Permisibles (LMP).
La normativa que rige actualmente la calidad del agua cruda en el Decreto 1594 de 1984, el
cual determina los siguientes valores para la calidad del agua cruda, Esta normativa divide en dos los
LMP; cuando es necesario un tratamiento convencional del agua o cuando solo se requiere de
filtración y desafección la misma.(Véase en la Tabla 5)
- Como lo especifica el artículo 37 del decreto 1594 Las unidades de los valores
para las Tablas 5 y 6 serán expresadas en miligramos por litro, (mg/1)
28
Tabla 5 Límites máximos permisibles para agua cruda que requiere convencional
Referencia Expresado como Valor
Amoníaco N 1.0
Arsénico As 0.05
Bario Ba 1.0
Cadmio Cd 0.01
Cianuro CN- 0.2
Cinc Zn 15.0
Cloruros Cl- 250.0
Cobre Cu 1.0
Color Color real
75 unidades, escala Platino -
cobalto
Compuestos
Fenólicos Fenol 0.002
Cromo Cr+6 0.05
Difenil Policlorados Concentración de agente activo No detectable
Mercurio Hg 0.002
Nitratos N 10.0
Nitritos N 1.0
pH Unidades 5.0 - 9.0 unidades
Plata Ag 0.05
Plomo Pb 0.05
Selenio Se 0.01
Sulfatos S0=4 400.0
Tensoactivos
Sustancias activas al azul de
metileno 0.5
Fuente: Decreto 1594 de 1984 – Articulo 38
En esta misma resolución se determina que hay casos en los que solo se requieren los
procesos de filtración y desinfección, los cuales tienen razonablemente Límites Máximos
Permisibles más exigentes en cuanto a la concentración de las sustancias. (Véase Tabla 1)
29
Tabla 6 Límites máximos permisibles para agua cruda que requiere solo filtración y desinfección
Referencia Expresado como Valor
Amoníaco N 1.0
Arsénico As 0.05
Bario Ba 1.0
Cadmio Cd 0.01
Cianuro CN- 0.2
Cinc Zn 15.0
Cloruros Cl- 250.0
Cobre Cu 1.0
Color Color Real 20 unidades, escala Platino - cobalto
Compuestos Fenólicos Fenol 0.002
Cromo Cr+6 0.05
Difenil Policlorados Concentración de agente activo No detectable
Mercurio Hg 0.002
Nitratos N 10.0
Nitritos N 1.0
pH Unidades 6.5 - 8.5 unidades
Plata Ag 0.05
Plomo Pb 0.05
Selenio Se 0.01
Sulfatos SO=4 400.0
Tensoactivos Sustancias activas al azul de metileno 0.5
Turbiedad UJT 10 Unidades Jackson
Fuente: Decreto 1594 de 1984 – Articulo 39
Para la calidad del agua tratada en la normativa Colombiana encontramos que estos
componentes químicos, se encuentran especificados en la Resolución 2115 de 2007, cuadro
número 2. (Véase en la Tabla 9)
30
Tabla 7 Límites máximos permisibles para agua potable características químicas
Fuente: Resolución 2115 de 2007
Tabla 8 Límites máximos permisibles para agua potable características físicas
Fuente: Resolución 2115 de 2007
Tabla 9 Criterios básicos evaluados
Característica Límites Máximos Permisibles
cloro residual libre 0,3 y 2,0 mg/L
pH 6,5 y 9,0
conductividad 1000 microsiemens/cm
Fuente: Artículos de Resolución 2115 de 2007
5.2.2 CALIDAD DE AGUA - BIOLÓGICA
La gravedad de los efectos sobre la salud humana ocasionados por agentes transmitidos por
el agua es variable, de gastroenteritis leve a diarrea grave, a veces mortal, disentería, hepatitis
y fiebre tifoidea. El agua contaminada puede ser la fuente de grandes epidemias de
enfermedades, como el cólera, la disentería y la criptosporidiosis; sin embargo, la mayoría
de los agentes patógenos transmitidos por el agua presentan otras vías de infección
31
importantes, como el contacto de persona a persona y la transmisión por los alimentos.
(Organización Mundial de la Salud, 2015).
Un fallo general del sistema de sistema de protección de la seguridad del abastecimiento de
agua puede ocasionar una contaminación a gran escala del agua y, potencialmente, epidemias
detectables. Otras averías y la contaminación leve, posiblemente en ocasiones repetidas,
pueden ocasionar brotes esporádicos significativos de enfermedades, pero no es probable que
las autoridades de vigilancia de la salud pública los asocien con la fuente de abastecimiento
de agua de consumo. La evaluación y cuantificación de los riesgos puede ayudar a
comprenderlos y gestionarlos, sobre todo los relacionados con casos de enfermedades
esporádicas. (Organizacion mundial de la salud ORG, 1986).
Como se muestra en la Tabla 8, algunos de los agentes patógenos que nombra la OMS, son
tenidos en cuenta por la normativa Colombiana, en el agua cruda y en el agua tratada.
Tabla 10 Agentes patógenos según ORG
Fuente: (Organizacion mundial de la salud ORG, 1986)
Para el agua cruda, de analizan en una fuente, como se muestra en la Tabla 9, estos parámetros
microbiológicos. Estando los anteriores entre los más importantes como agentes patógenos
transmitidos por el agua.
32
Tabla 11 Límites máximos permisibles de microorganismos en el agua cruda
Referencia Expresado como Valor
Colíformes totales NMP 20.000 microorganismos/100 ml.
Coliformes fecales NMP 2.000 microorganismos /100 ml.
Fuente: Decreto 1594 de 1984
Y para la calidad del agua tratada las características microbiológicas del agua para consumo
humano deben enmarcarse dentro los valores indicados en la Tabla 10, teniendo en cuenta los límites
de confianza del 95% y para técnicas con habilidad de detección desde 1 Unidad Formadora de
Colonia (UFC) ó 1 microorganismo en 100 cm3 de muestra
Tabla 12 Límites máximos permisibles de microorganismos en el agua para agua tratada
Fuente: Resolución 2115 de 2007
33
6 RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS
6.1 CUMPLIMIENTO DE CRITERIOS DE DISEÑO.
Para determinar el cumplimiento de las operaciones y procesos unitarios se comparó los
parámetros establecidos por el reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento
básico-título c.
Se seleccionaron 20 proyectos de diseños de plantas nuevas u optimizaciones de Plantas de
Tratamiento de Agua Potable en Cundinamarca, para hacer dicha comparación.
De estos 20 proyectos hay que aclarar que para cuatro (4) fuentes de captación, la calidad del
agua es regular y según lo estipulado en el titulo C del RAS, TABLA C.2.1 (Véase Tabla 1),
la proyección del tratamiento no es el proceso convencional de potabilización desde mezcla
rápida hasta desinfección; solo contemplando filtración y desinfección en estos casos. Los
proyectos anteriormente comentados son: “Diseño hidráulico y de procesos de la planta de
tratamiento de agua potable del centro poblado Collareja”, “Diseño hidráulico y de procesos
de la planta de tratamiento de agua potable del centro poblado Aposentos”, “Diseño
hidráulico y de procesos de la planta de tratamiento de agua centro poblado Yasal - municipio
de Yacopí” y el “Informe de diseño nueva planta de tratamiento de agua potable - ptap
Villagómez”.
Los 16 proyectos restantes realizan los procesos y operaciones unitarias de Mezcla rápida,
floculación, sedimentación, filtración y desinfección; es decir ejecutan o proyectan emplear
un tratamiento convencional. De acuerdo a lo anterior se pretende catalogar según la
tecnología usada en cada proceso u operación unitaria, comparando los criterios de los
mismos.
Los resultados generales de cumplimiento de criterios de diseño y calidad de agua se
muestran en las tablas 13 y 14 respectivamente procediendo a mostrar los resultados
catalogados por el proceso u operación unitaria
34
Tabla 13 Recopilación de los criterio de diseño
35
36
Fuente: autores
37
Tabla 14 Recopilación de informe de laboratorio de los criterios de calidad de agua cruda y tratada
38
39
Fuente: autores
40
6.1.1 MÉZCLA RAPIDA
En esta operación unitaria, solo se analiza el resalto hidráulico producido por una canaleta
parshall dado que es el único método empleado para el diseño u optimización de las plantas
de tratamiento evaluadas.
Figura N° 5 Índice de cumplimiento - Mezcla rápida
En este caso solo 12 de los proyectos realizan la operación de mezcla rápida usando
canaleta parshall, los cuales son los proyectos para futuro desarrollado en los centros
poblados o veredas de: La Peña, La Vega, la Palma - Minipi de Quijano, San Bernardo,
Yacopí – Collareja, Yacopí – Aposentos, Yacopí – Yasal, Villagomez, Vergara – Cerinza,
Vergara - Guacamayas, Vergara, Nimaima, Tocaima, Tena, San Antonio del Tequendama,
Anapoima, Viota, El Colegio, Tabio y Tocaima - Las Mercedes.
Como se observa en la Figura N°6 pese a que no es el criterio que presenta mayor
incumplimiento, es significativo que el número de Fraude tenga valores de incumplimiento
alto, puesto como lo expone Arboleda, si este incumple con los límites de diseño es inestable
el resalto, lo cual dificulta la aplicación del coagulante.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Volumen maxgarganta
Volumen minefluente
Nº Froude altura/anchoHa/W
Re
gist
ro
Criterio
Incumple
Cumple
No dato
41
6.1.2 FLOCULACIÓN
De los tres tipos de floculadores hidráulicos que se encuentran en el RAS, los Municipios y
centro poblados que analizamos, solo utilizan floculadores de flujo horizontal y flujo vertical
o el floculador Alabama.
6.1.2.1 FLOCULADOR TIPO ALABAMA
Figura N° 6 Índice de cumplimiento – Floculacion tipo alabama
En este caso 8 de los proyectos realizan el proceso de floculación por medio de un
floculador Alabama. Los cuales son los proyectos desarrollados para los municipios o
centros poblados de: La Peña, La Vega, La Palma - Minipi de Quijano, San Bernardo,
Yacopí – Collareja, Yacopí – Aposentos, Yacopí – Yasal, Villagomez, Vergara – Cerinza,
Vergara – Guacamayas, Vergara, Nimaima, Tocaima, Tena San Antonio de Tequendama,
Anapoima, Viota, El Colegio, Tabio y Tocaima - las Mercedes
Como se observa en la Figura N° 7, de los 8 proyectos mencionados, la mitad incumple en
el mínimo de 8 cámaras, Arboleda incluso recomienda que el mínimo de cámaras debería ser
de 9 y en lo posible 12 que garanticen el tiempo de detención que requiera el proyecto.
0
1
2
3
4
5
6
7
#camaras vel codos gradiete develocidad (G)
tiempo dedetecion (td)
Reg
istr
o
Criterio
Incumple
Cumple
No dato
42
6.1.2.2 FLOCULADOR DE FLUJO HORIZONTAL
Figura N° 7 Índice de cumplimiento- floculación tipo flujo horizontal
Fuente: autores
En este caso solo 4 de los proyectos realizan el proceso de floculación por medio de un
floculador de flujo horizontal. Los cuales son los proyectos desarrollados para los
municipios: La vega, San Bernardo, San Antonio de Tequendama y El Colegio.
De la Figura número 8 podemos analizar en primera instancia que el gradiente de velocidad
en este proceso unitario tiene cumplimiento total en los 4 proyectos analizados por otro lado
la velocidad del agua en 2 de los cuatro proyectos incumple con el rango de velocidad de
agua lo cual puede generar tanto que el floc se sedimente antes de llegar al proceso de
sedimentación o bien que este se estrese y por tanto se rompa como lo menciona Jiang.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
gradiete develocidad (G)
tiempo de detecion(td)
Vel del agua
Re
gist
ro
Criterio
Incumple
Cumple
No dato
43
6.1.3 SEDIMENTACIÓN
De los cuatro sistemas especificados para la operación unitaria de sedimentación en el RAS título C,
solo se consideran dos, el de flujo horizontal y de alta tasa, ya que solo se emplean estas tecnologías
en los proyectos analizados.
6.1.3.1 SEDIMENTACIONES DE FLUJO HORIZONTAL
Figura N° 8 Índice de cumplimiento sedimentador convencional de flujo horizontal
Fuente: autores
Los sedimentadores de flujo horizontal son usados en 2 de los proyectos analizados, los
cuales son los proyectados a desarrollarse en: Villagómez y Anapoima.
Como muestra la Figura N° 9 lo más destacado a evaluar es que de los dos proyectos
mencionados ambos incumplen con el número mínimo de unidades, lo cual es un problema
al momento de realizar mantenimiento del sistema siendo necesario cortar el servicio de agua
para realizar mantenimiento a la planta de tratamiento, como lo expone Arboleda. De igual
manera incumple en su totalidad con la relación largo/ancho que podría descartarse ya que
varios autores proponen relaciones distintas.
6.1.3.2 SEDIMENTACIONES DE FLUJO HORIZONTAL
0
1
2
tiempo dedetecion
(td)
Cargasuperficial
Vel del flujo altura delagua
Pendientelongitudinal
largo ancho(B/L)
largo altura(L/H)
# deunidades
Reg
istr
o
Criterio
IncumpleCumpleNo dato
44
Figura N° 9 Índice de cumplimiento - sedimentadores de alta tasa o tasa acelerada
Fuente: autores
Los sedimentadores de alta tasa son usados en 12 de los proyectos analizados, que se
desarrollarían en los municipios de: La Peña, La Vega, La Palma - Minipi de Quijano, San
Bernardo, Yacopí – Collareja, Yacopí – Aposentos, Yacopí – Yasal, Villagomez, Vergara –
Cerinza, Vergara – Guacamayas, Vergara, Nimaima, Tocaima, Tena, San Antonio del
Tequendama, Anapoima, Viota, El Colegio, Tabio y Tocaima - las Mercedes.
Como denota la Figura 10 al igual que los sedimentadores de flujo horizontal estos incumplen
con el número de unidades ocasionando el mismo problema del evento en que se requiera
hacer mantenimiento del sistema, de igual manera se observa un alto incumplimiento
considerable de la carga superficial dependiendo esto del tipo de placas empleadas en el
sistema
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
tiempo dedetecion
(td)
Profundidad CargaSuperficial
# deReynold
Inclinacion Espacioentre placas
Espesor # deUnidades
Re
gist
ro
Criterio
Incumple
Cumple
No dato
45
6.1.4 FILTRACIÓN
La filtración de desarrollo en los proyectos analizados por medio de filtros rápidos y filtros
lentos.
6.1.4.1 FILTRACIÓN RÁPIDA
Figura N° 10 Índice de cumplimiento -Filtración Rápida
Fuente: autores
La filtración rápida fue usada en 16 de los 20 proyectos que se analizaron los cuales son los
desarrollados en los centros poblados y veredas de: La Peña, La Vega, La Palma – Minipi
de Quijano, San Bernardo, Vergara – Cerinza, Vergara – Guacamayas, Vergara, Nimaima,
Tocaima, Tena, San Antonio Del Tequendama, Anapoima, Viota, El colegio, Tabio, y
Tocaima las mercedes.
En la Figura 11 podemos denotar que en la temática de filtros rápidos el cumplimiento es
relativamente bueno presentado valores relativamente pequeños de incumplimiento siendo
más frecuente el incumplimiento en la velocidad de lavado de los filtros seguido por el
número de unidades de los mismos
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Velocidad de filtracion Velocidad de lavado # de Unidades
Reg
istr
o
Criterio
Incumple
Cumple
No dato
46
6.1.4.2 FILTRACIÓN RÁPIDA
Figura N° 11 Índice de cumplimiento - Filtración Lenta
Fuente: autores
La filtración lenta fue empleada en 4 de los proyectos, los cuales son proyectados para los
municipios de Yacopí – Collareja, Yacopí – Aposentos, Yacopí – Yasal y Villagomez.
Como muestra la Figura 12 en el caso de los 4 filtros lentos existentes se muestra que las
plantas comparten las mismas problemáticas en cuanto a mantener una altura de agua
óptima para el funcionamiento del filtro como pérdidas de carga siendo estos criterios los
que más se encuentran fuera de los parámetros exigidos por la norma.
0
1
2
3
4
5
Tasa defiltracion
Ha de aguasobre el lecho
Velocidad deflujo a laentrada
Perdida decarga
# de unidades
Reg
istr
o
Criterio
Incumple
Cumple
No dato
47
6.2 CUMPLIMIENTO DE LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE LA CALIDAD DEL
AGUA.
6.2.1 CALIDAD DE AGUA CRUDA,
COMPARANDO LOS CRITERIOS CON EL DECRETO 1594 DE 1084
Son 15 proyectos analizados en este ítem, de los cuales 5 tienen dos fuentes de captación, por ende
se analiza la calidad del agua cruda para 20 fuentes. La razón a que no se efectué el análisis de agua
cruda a las 20 plantas a las cuales se les analiza los criterios de diseño, es devido a que algunas
emplean como análisis de calidad de agua el IRCA del municipio o simplemente el proyecto no
contaba con el documento de análisis de laboratorio anexo.
Tabla 15 Porcentaje de cumplimiento agua cruda en plantas con tratamiento convencional.
CRITERIO DECRETO 1594
DE 1984. Art 38 % CUMPLIMIENTO
%
INCUMPLIMIENTO
%
NO DATO
Color real 80 0 20
Olor 90 0 10
Amoníaco 0 0 100
Arsénico 30 0 70
Bario 35 0 65
Cadmio 30 0 70
Cianuro 35 0 65
Cinc 55 0 45
Cloruros 100 0 0
Cobre 55 0 45
Compuestos Fenólicos 0 15 85
Cromo 55 0 45
Difenil Policlorados 0 0 100
Mercurio 5 15 80
Nitratos 55 0 45
Nitritos 70 0 30
pH 100 0 0
Plata 20 0 80
Plomo 35 15 50
Selenio 0 0 100
Sulfatos 85 0 15
Tensoactivos 20 0 80
Colíformes totales 75 25 0
Coliformes fecales 90 10 0
Porcentajes de cumplimiento véase en Tabla 14
Fuente: autores
48
Se calcularon los porcentajes de CUMPLIMIENTO con la siguiente formula:
%= Datos que cumplen el criterio *100
Total de datos
Se calcularon los porcentajes de INCUMPLIMIENTO con la siguiente formula:
%= Datos que incumplen el criterio *100
Total de datos
Se calcularon los porcentajes de NO DATO con la siguiente formula:
%= Datos que no tienen dato *100
Total de datos
Figura N° 12 Porcentaje de cumplimiento de los límites máximos permisibles para agua cruda que requiere tratamiento
convencional
En el capítulo IV- Articulo 38. De los criterios de calidad para destinación del recurso, se especifica que estos son los
criterios de calidad admisibles para la destinación del recurso para consumo humano y doméstico e indican que para su
potabilización se requiere tratamiento convencional.
Fuente: autores
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
Co
lor
real
Olo
r
Am
onía
co
Ars
énic
o
Bar
io
Cad
mio
Cia
nuro
Cin
c
Clo
ruro
s
Co
bre
Co
mpu
esto
s Fe
nól
ico
s
Cro
mo
Dif
enil
Pol
iclo
rad
os
Mer
curi
o
Nit
rato
s
Nit
rito
s
pH
Plat
a
Plo
mo
Sele
nio
Sulf
atos
Ten
soac
tivo
s
Co
lífo
rmes
tot
ales
Co
lifo
rmes
feca
les
cumple incumple No dato
49
El decreto 1594 de 1084 – Articulo 39, se especifica que los criterios para las fuentes que
solo requieren filtración y desinfección, son los que se presentan en la siguiente Tabla con
sus debidos porcentajes de cumplimiento. En este ítem hay 3 fuentes que solo requieren de
filtración y desinfección, sin embargo una de ellas tiene dos fuentes de abastecimiento, en
este caso se analizaran 4 fuentes.
Tabla 16 Porcentaje de cumplimiento de limites máximos permisibles para fuentes que solo requieres filtración mas
desinfección
Fuente: autores
CRITERIO
DECRETO 1594 DE
1084. Art 38
% CUMPLIMIENTO % INCUMPLIMIENTO % NO DATO
Color real 100 0 0
Olor 100 0 0
Turbiedad 100 0 0
Amoníaco 0 0 100
Arsénico 0 0 100
Bario 0 0 100
Cadmio 0 0 100
Cianuro 0 0 100
Cinc 0 0 100
Cloruros 100 0 0
Cobre 0 0 100
Compuestos
Fenólicos 0 0 100
Cromo 0 0 100
Difenil Policlorados 0 0 100
Mercurio 0 0 100
Nitratos 0 0 100
Nitritos 0 0 100
pH 50 50 0
Plata 0 0 100
Plomo 0 0 100
Selenio 0 0 100
Sulfatos 100 0 0
Tensoactivos 0 0 100
Colíformes totales 50 50 0
Coliformes fecales 100 0 0
50
Figura N° 13 Índice de cumplimiento en porcentaje de límites máximos permisibles para fuentes que
requieres solo filtración más desinfección
En el capítulo IV- Articulo 39 Determina los criterios de calidad admisibles para la destinación del recurso
para consumo humano y doméstico, indicando que para su potabilización se requiere sólo filtración y
desinfección
Fuente: autores
6.2.2 CALIDAD DE AGUA TRATADA
De las 19 fuentes evaluadas, se reportó la calidad del agua tratada de 10 plantas de
tratamiento; ya que estos análisis son de plantas de tratamiento que solo requieren cierta
optimización. Estos resultados fueron comparados con la Resolución 2115 de 2007 para
verificar el cumplimiento de dicha potabilización.
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
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Cad
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cumple incumple No dato
51
Tabla 17 Tabla Porcentaje de cumplimiento de agua tratada
CRITERIO
RESOLUCION 2115 DE
2007
% CUMPLIMIENTO % INCUMPLIMIENTO % NO DATO
Color aparente 70 20 10
Olor 90 0 10
Turbiedad 30 70 0
Antimonio 0 30 70
Arsénico 30 0 70
Bario 30 0 70
Cadmio 0 30 70
Cianuro libre y disociable 0 0 100
Cobre 60 0 40
Cromo total 50 0 50
Mercurio 0 10 90
Níquel 10 50 40
PH 90 10 0
Plomo 20 40 40
Selenio 0 0 100
THMs 0 0 100
HAP 0 0 100
COT 0 0 100
NO2 80 0 20
NO3 60 10 30
F 30 0 70
Calcio 30 0 70
Alcalinidad Total 80 0 20
Cloruros 0 10 90
Aluminio 10 0 90
Dureza Total 90 0 10
Hierro Total 80 0 20
Magnesio 30 0 70
Manganeso 30 0 70
Molibdeno 70 30 0
Sulfatos 70 10 20
Zinc 20 0 80
Fosfatos 80 0 20
conductividad 90 0 10
cloro residual 40 60 0
Coliformes Totales 60 40 0
Escherichia coli 70 30 0
Porcentajes de cumplimiento véase en Tabla 14 Fuente: autores
52
Cada uno de los criterios se comparó con la normativa correspondiente y se obtuvo el
porcentaje de cumplimiento con la ecuación anteriormente expuesta.
Figura N° 14 Índice de cumplimiento en porcentaje de los límites máximos permisibles para agua tratada
Porcentaje Para las 10 plantas en vía a optimización que poseen estudios de agua tratada Fuente: autores
Para las Tablas y graficas referentes a calidad de agua, tanto de agua cruda como de agua
potable lo más representativo que podemos observar es que no se le hace análisis a varios
criterios como mercurio probablemente a razón de costos dejando estos campos sin
determinar su cumplimiento o incumplimiento, lo cual no garantizaría el estado óptimo de
las fuentes de abastecimiento de las plantas de tratamiento.
Para ambos casos de agua cruda (véase Tablas 11 y 12 o Figuras 13 y 14) el valor que presenta
un cumplimiento total en todas las fuentes es la cantidad de cloruros lo cual tiene sentido
puesto Cundinamarca no está ubicada cerca a fuentes marítimas que puedan cambiar la
concentración de cloruros en fuentes de agua dulce
Para el caso de agua potable analizamos que hay un considerablemente alto incumplimiento
en la turbiedad lo cual como menciona la ganizacion mundial de la salud ORG puede ser
alamrmante devido al rechazo de esta por parte del consumidor ademas de la bulnerabilidad
que presenta esta a estar contaminada con bacterias y virus al esconderse estos en la turbiedad
durante el proceso de desinfeccion.
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
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cumple incumple No dato
53
6. CONCLUSIONES
Las optimizaciones en plantas de tratamiento permiten que las plantas antiguas
puedan seguir en funcionamiento y brindar nuevamente un correcto servicio de agua
potable en las comunidades beneficiarias a pesar que en algunos casos no este
estrictamente cumplimento con las sugerencias dadas por la normatividad como el
número de unidades.
El número de unidades de los procesos unitarios es vital para el continuo y optimo
servicio de entrega de agua potable, siendo este el que posibilita el funcionamiento
de las mismas durante el proceso de lavado.
Las PTAP diagnosticadas evidencian la tendencia a la implementación de sistemas
hidráulicos los cuales tienden a incumplir frecuentemente en el mismo criterio
específico.
Pese a que la calidad de agua cruda sea óptima un tratamiento deficiente incluso
conlleva a deteriorar la calidad de la misma.
La falta de análisis a parámetros de calidad de agua exigidos por las normas dificulta
la acertada toma de decisiones en cuanto al uso y tratamiento que requiere las fuentes
de captación.
Las plantas de tratamiento en vía a optimización deben fijarse en los valores de
turbiedad ya que estos son los valores con mayor incumplimiento registrado, lo cual
según las bases teóricas puede conllevar no solo a un problema estético para el
usuario, si no a la persistencia de microorganismos patógenos tras la desinfección.
Se estima que con un control continuo de los parámetros de diseño de los proyectos,
significaría la pronta y correcta ejecución de los mismos.
54
7. RECOMENDACIONES
Hacer la comparación de los criterios de diseño con normativas de otros países, para
poder hacer una recopilación del diseño y así, poder proponer optimizaciones en el
caso de incumplimiento.
Al momento de recopilar la información, verificar si esta se encuentra completa; para
así evitar sesgos al momento del análisis de la misma.
Tener un mayor acercamiento a los municipios o centro poblados analizados, para
así, en caso de que la información se encuentre incompleta, tener de primera mano
los datos faltantes.
Realizar la visita técnica al mayor número posible de plantas de tratamiento
analizadas, ya que la información podría estar desactualizada. De esta manera se
ratifica la validez de la información recopilada.
55
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