Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
2019
Propuesta de mejoramiento de la PTAP en el corregimiento Propuesta de mejoramiento de la PTAP en el corregimiento
Pradilla del municipio de Mesitas del Colegio Pradilla del municipio de Mesitas del Colegio
Ana María Otero Torres Universidad de La Salle, Bogotá
Luis Miguel Rodríguez Rivera Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Otero Torres, A. M., & Rodríguez Rivera, L. M. (2019). Propuesta de mejoramiento de la PTAP en el corregimiento Pradilla del municipio de Mesitas del Colegio. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1185
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PROPUESTA DE MEJORAMIENTO DE LA PTAP EN EL CORREGIMIENTO PRADILLA
DEL MUNICIPIO DE MESITAS DEL COLEGIO.
ANA MARÍA OTERO TORRES
COD. 41141173
LUIS MIGUEL RODRÍGUEZ RIVERA
COD. 41141022
DIRECTOR:
JULIO CÉSAR RAMÍREZ RODRÍGUEZ
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA
FACULTAD DE INGENIERIA
BOGOTA D.C.
2019
2
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... 8
2. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................................. 9
3. OBJETIVOS .................................................................................................................................... 10
3.1 General ....................................................................................................................................... 10
3.2 Específicos .................................................................................................................................. 10
4. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 11
5. MARCO DE REFERENCIA ........................................................................................................... 14
5.1 Información General de la Zona de Estudio.............................................................................. 14
5.1.1 Ubicación general. ................................................................................................................. 14
5.1.2 Climatología. ......................................................................................................................... 15
5.1.3 Planta de potabilización actual ............................................................................................... 17
5.2 Marco Teórico ............................................................................................................................ 18
5.2.1 Almacenamiento. ................................................................................................................... 18
5.2.2 Coagulación. ......................................................................................................................... 18
5.2.3 Desinfección. ......................................................................................................................... 19
5.2.4 Filtración. .............................................................................................................................. 19
5.2.5 Floculación. ........................................................................................................................... 21
5.2.6 IRCA (Índice de Riesgo de Calidad del Agua). ...................................................................... 21
5.2.7 Plantas de Tratamiento Convencional (Potabilizadoras). ........................................................ 22
5.2.8 Plantas de tratamiento de agua potable. .................................................................................. 23
5.2.9 Proyección geométrica de población. ..................................................................................... 23
5.2.10 Sedimentación. .................................................................................................................... 24
5.3 Marco Conceptual ...................................................................................................................... 24
5.3.1 Agua potable o agua para consumo humano ........................................................................... 24
5.3.2 Almacenamiento. ................................................................................................................... 24
5.3.3 Calidad del agua .................................................................................................................... 25
5.3.4 Coagulación .......................................................................................................................... 25
5.3.5 Desinfección. ......................................................................................................................... 25
5.3.6 Filtración. .............................................................................................................................. 26
5.3.7 Floculación ............................................................................................................................ 26
5.3.8 Nivel de complejidad. ............................................................................................................ 26
3
5.3.9 Operación Unitaria. ............................................................................................................... 27
5.3.10 Planta de tratamiento de agua potable .................................................................................. 27
5.3.11 Población Flotante. .............................................................................................................. 27
5.3.12 Proceso Unitario. ................................................................................................................. 28
5.3.13 Sedimentación. .................................................................................................................... 28
5.3.14 Sulfato de Aluminio Tipo A ................................................................................................. 28
5.3.15 Tiempo de retención. ........................................................................................................... 28
5.4 Marco Legal................................................................................................................................ 29
5.4.1 Ley 142/2017. ....................................................................................................................... 29
5.4.2 Decreto 1575/2007. ............................................................................................................... 29
5.4.3 Resolución 2115/2007. .......................................................................................................... 29
5.4.4 RAS 2017 (Resolución 0330/2017). ....................................................................................... 29
6. METODOLOGÍA ............................................................................................................................ 30
6.1 Muestreo ..................................................................................................................................... 31
6.2 Análisis y caracterización del agua que suministra la planta ................................................... 32
7. RESULTADOS ............................................................................................................................ 36
7.1 Resultados de laboratorio .......................................................................................................... 36
7.2 Resultados técnicos ..................................................................................................................... 39
7.3 Resultados de la fuente de captación ......................................................................................... 41
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................... 44
8.1 Análisis de laboratorio ............................................................................................................... 44
8.2 Análisis técnico u operacional .................................................................................................... 52
8.3 Análisis de cobertura .................................................................................................................. 56
9. ALTERNATIVAS DE MEJORA ................................................................................................ 57
9.1 Propuesta de alternativa ganadora ............................................................................................ 58
10. CONCLUSIONES .................................................................................................................... 62
11. RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 63
12. ABREBIATURAS .................................................................................................................... 64
13. BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................................ 66
4
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. climática // datos históricos del tiempo Pradilla. ....................................................................... 17
Tabla 2. Asignación de nivel de complejidad. ......................................................................................... 26
Tabla 3. Asignación de nivel de complejidad del sistema. ....................................................................... 27
Tabla 4. Parámetros a analizar y lugares donde se realizará cada uno en la planta. ................................ 33
Tabla 5. Resultados del análisis hecho para las muestras de la época de lluvias. ..................................... 37
Tabla 6. Resultados del análisis hecho para las muestras de la época seca. ............................................ 37
Tabla 7. Resumen de los resultados de cada época. ............................................................................... 38
Tabla 8. Resultados de la revisión de parámetros de diseño. .................................................................. 39
Tabla 9. Comparación de caudal teórico y actual. ................................................................................... 40
Tabla 10. Dosificación de coagulante ..................................................................................................... 40
Tabla 11. Dosificación real aplicada y la descarga diaria a aplicar ........................................................... 41
Tabla 12. Cálculo del consumo de la alcalinidad. .................................................................................... 41
Tabla 13. Clasificación según IRCA. ......................................................................................................... 44
Tabla 14. Puntaje de riesgo a cada parámetro según la Resolución 2115/2007. ...................................... 45
Tabla 15. Descripción de calificaciones ................................................................................................... 57
Tabla 16. Puntajes de la evaluación de alternativas. ............................................................................... 58
Tabla 17. Calculo para regular la alcalinidad con NaOH .......................................................................... 58
Tabla 18. Población proyectada ............................................................................................................. 59
Tabla 19. Dimensiones del nuevo desarenador. ..................................................................................... 60
Tabla 20. Dimensiones del nuevo sedimentador. ................................................................................... 60
Tabla 21. Dimensiones del nuevo cono mezclador. ................................................................................ 61
5
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1.Georreferenciación de la población beneficiada, la planta de tratamiento y la bocatoma. . 14
Ilustración 2. Climograma Pradilla. ......................................................................................................... 15
Ilustración 3. Diagrama de temperatura Pradilla. ................................................................................... 16
Ilustración 4. Clasificación de coberturas imagen Landsat 8_57 .............................................................. 42
Ilustración 5. Convenciones y firmas espectrales. ................................................................................... 43
Ilustración 6. Clasificación de coberturas en zonas de interés. ................................................................ 43
Ilustración 7. Comparación de tiempos de retención y áreas. ................................................................. 53
6
LISTA DE ECUACIONES
Ecuación 1. Cálculo del IRCA por muestra (1) y mensual (2). ................................................................... 22
Ecuación 2. Proyección geométrica de población. .................................................................................. 23
Ecuación 3. Cálculo de tiempo de retención. .......................................................................................... 28
Ecuación 4. Concentración de dureza por titulación. .............................................................................. 34
Ecuación 5. Determinación de alcalinidad por titulación. ....................................................................... 35
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LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Plano de planta actual
Anexo 2. Graficas por parámetro en la época de lluvias
Anexo 3. Graficas por parámetro en la época seca
Anexo 4. Dimensiones actuales de la planta e ideales
Anexo 5. Evaluación de alternativas
Anexo 6. Plano del floculador con reformas
Anexo 7. Plano del segundo desarenador
Anexo 8. Plano de los dos sedimentadores
Anexo 9. Plano de planta con reformas
Anexo 10. Manual de control de caudal de bombas de dosificación
Anexo 11. Manual limpieza y desinfección de tanque de almacenamiento
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1. INTRODUCCIÓN
El agua es uno de los requisitos más fundamentales para el ser humano, por lo que es necesario
que este consuma de forma continua y segura el recurso natural, el agua por sí sola no es apta para
que las personas realicen un consumo sin inconvenientes, por lo que se implementan plantas
potabilizadoras de agua (PTAP) para mejorar su calidad y no genera afectaciones a los
consumidores.
Actualmente, el corregimiento de Pradilla del municipio de Mesitas del Colegio en el departamento
de Cundinamarca, cuenta con una planta de potabilización administrada por la empresa Acueducto
de Pradilla E.S.P., con el fin de abastecer a toda la población con agua apta para el consumo
humano; Sin embargo, el funcionamiento de la planta tiene inconvenientes de continuidad debido
a la falta de unidades propias del proceso básico, además del ineficiente almacenamiento por el
poco espacio para realizar una reserva para eventualidades. Por tal motivo, solucionar este
problema es fundamental para garantizar que los habitantes tengan acceso a un sistema de
tratamiento ininterrumpido y de calidad, mediante la elaboración de tres fases correspondientes al
diagnóstico, el estudio/evaluación de alternativas y la formulación de la propuesta.
9
2. JUSTIFICACIÓN
Este trabajo se realiza con el fin de favorecer a los 670 usuarios en la comunidad de Pradilla del
municipio de Mesitas del Colegio, pues se ven afectados por los cierres de la PTAP, donde según
el registro del acueducto en el año 2018 fueron 70 veces en el año y cada una con una duración
promedio de 5 horas, es decir que aproximadamente se está suspendiendo el funcionamiento de la
planta 6 veces en un mes; Además se tiene el conocimiento que por la ingesta del agua se han
presentado cuadros diarreicos y de gastroenteritis; sin embargo, no se tiene un registro formal dado
que la población es atendida en Bogotá en diferentes centros, haciendo difícil recopilar la
información, por lo tanto, mediante la elaboración de una propuesta de diseño complementario en
la PTAP, se plantea una alternativa de solución que permita mejorarla planta, garantizando que la
empresa pueda usar la planta sin interrupciones y las especificaciones de la calidad del agua
demarcadas en la Resolución 2115/2007; partiendo de la importancia que tiene la potabilización
del agua; la implementación de plantas de tratamiento ha sido un camino viable para controlar el
estado del agua al que tienen acceso las personas y a su vez las posibles consecuencias que esta
pudiera tener sobre su salud (Minsalud, 2015).
10
3. OBJETIVOS
3.1 General
Realizar una propuesta de mejoramiento de la PTAP en el corregimiento Pradilla del municipio de
Mesitas del colegio, asegurando la continuidad en el funcionamiento de la PTAP y calidad del
agua.
3.2 Específicos
• Identificarlos inconvenientes técnicos que se presentan en la planta de potabilización del
corregimiento mediante un diagnóstico.
• Seleccionar las alternativas de solución más convenientes para el municipio mediante la
realización de una matriz de selección.
• Realizar el dimensionamiento de las alternativas seleccionadas para mejorar el proceso y
la continuidad del servicio.
11
4. ANTECEDENTES
Varios estudios se han realizado a cerca de la optimización de plantas de potabilización por lo que
se puede decir que es un tema de vital importancia, ya que, muchas personas que se ven
beneficiadas con este tipo de proyectos, a continuación, se presentan algunos de los trabajos con
este tipo de temática.
En el trabajo de grado, Sandra Sánchez y María Peña, decidieron realizar el proyecto de una
propuesta para el mejoramiento de la planta de tratamiento de agua potable del municipio de
Bituima en Cundinamarca, de forma tal, que no solo se mejorara la calidad del agua, sino que
también se elevara la calidad de vida de los habitantes que tiene acceso a este servicio. Las autoras
se basan en unas variables tanto dependientes del proyecto como independientes, para la decisión
de que día se tomaría la muestra para que la muestra se encuentre en el mejor estado para realizar
los correspondientes análisis fisicoquímico y biológico; en lo correspondiente a los resultados, se
propone que se realice un cambio en el coagulante, otra de las propuestas, es el mejoramiento de
la unidad encargada de la desinfección , ya que, según las autoras no funciona de la mejor manera.
Ya con los cambios necesarios establecidos realizan los cálculos y el rediseño de las unidades que
necesitan ser mejoradas, esto se realiza no teniendo en cuenta la población de la época de desarrollo
del proyecto sino una población futura, con los cálculos realizados las autoras proponen varias
alternativas que solucionarían el problema si se aplicaran, y para la selección decidieron realizar
una comparación de las alternativas en términos de costos de implementación y en los términos
ambientales. (Sánchez, et al. 2011)
María Domínguez en su trabajo de grado realiza una mejora en los procesos de coagulación y
floculación en la planta de potabilización ubicada en campo alegre, la metodología utilizada para
la realización de este proyecto por la autora, para empezar, realizó una caracterización de la
12
ubicación de la planta y de las instalaciones de la misma; según los objetivos planteados por la
autora, se seleccionan el lugar en el que se va a tomar la muestra y en los periodos en los que se va
a realizar la toma, para luego realizar la caracterización del agua de los parámetros establecidos,
con los resultados obtenidos de las pruebas en el laboratorio y mediante diagramas de coagulación
se procede a calcular los gradientes y los tiempos de mezcla para la mezcla rápida y la mezcla
lenta. (M. Domínguez, 2010).
El procedimiento usado en el proyecto de grado de Leonardo Matiz en la universidad de Los Andes
se basa en el seguimiento microscópico de las operaciones realizadas en una planta tratamiento de
agua para comprobar si efectivamente cada una de las operaciones cumplen su función, en el
documento se explica lo que se evidenció en cada una de las fases que realiza la planta y con ayuda
fotográfica se muestra el seguimiento en cada una de estas, ya evidenciado el proceso por medio
de un microscopio, el autor realiza un experimento con diferentes aguas para distinguir cuál de los
floculadores sería la mejor opción para mejorar la operación de la planta, por medio de un análisis
en la turbiedad, observando cuál de los floculadores en cuestión presenta una menor turbiedad al
finalizar el proceso, teniendo un resultado común en todas las pruebas realizadas; el documento
finaliza explicando como la planta se puede mejorar realizando un cambio en el floculador en el
que se presentó la menor turbiedad en las pruebas. (L. Matiz, 2008)
En el trabajo de grado de Carlos Hurtado se busca responder a las necesidades de las personas con
respecto a la continuidad del agua potable y el tratamiento de las aguas residuales que se generan,
buscando una opción en donde se solucionen dichos problemas, además, de los impactos
ambientales generados por la contaminación excesiva de los ríos aledaños a la zona y por el mal
manejo de los suelos cerca de los mismos; el funcionamiento de la planta de tratamiento de agua
potable se ve afectado principalmente por dos factores: el primero, es la turbiedad asociada con
13
escorrentías desde la cuenca del rio Cauca, la cual representó aproximadamente el 10% de los
cortes desde 2003; y la segunda es la contaminación desde Cali con aguas residuales y desechos
sólidos principalmente, el cual representó el 90% de los cortes del servicios desde el 2003. La
metodología usada por el autor se basa en la relación de costo-beneficio de los diferentes proyectos
aplicables a la solución de la problemática, en donde cada uno de ellos debe de catalogar los
impactos existentes y los indicadores respectivos, analizar los posibles impactos que se puedan
generar a lo largo de la implementación del proyecto, entre otros factores a tener encuentra. (C.
Hurtado, 2014)
Finalmente, para el corregimiento de Pradilla específicamente en la planta de tratamiento y
potabilización del agua se realizó un trabajo de clase titulado “Determinación del índice de riesgo
de la calidad del agua para consumo humano en el acueducto del corregimiento de Pradilla,
municipio de Mesitas del Colegio”, trabajo elaborado por A. Otero, C. López, J. Marín, J. Muñoz
y S. Ortega. En dicho trabajo se determinó el IRCA, tal como se indica en la resolución 2115 del
2007, como método para la evaluación de la calidad del agua potable, con la cual se evidenció que
el agua que allí se distribuye está en un rango de nivel de riesgo medio que indica “agua no apta
para consumo humano”, lo que implica gestión directa de la persona prestadora; esto representado
por un valor cuantitativo en este índice de 17.55. Cabe destacar que el estudio realizado estuvo
siempre bajo un formato académico y es el que dio inicio al proyecto que acá se propone. (A.
Otero, C. López, J. Marín, J. Muñoz & S. Ortega, 2018)
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5. MARCO DE REFERENCIA
5.1 Información General de la Zona de Estudio
5.1.1 Ubicación general.
El corregimiento de Pradilla se encuentra ubicado en la parte nororiental del municipio El Colegio,
de acuerdo con información del Acueducto de Pradilla E.S.P. esta abastece a 670 suscriptores en
el corregimiento, con alrededor de 4 habitantes por vivienda, lo que resultaría un total de alrededor
2700 habitantes en el corregimiento. La planta de potabilización del recurso agua que abastece al
corregimiento se encuentra localizada en la zona accidental del municipio de San Antonio de
Tequendama. En la figura 1 se presenta la ubicación georreferenciada del municipio, de la planta
de potabilización y el punto de captación del agua, además de las convenciones trabajadas.
Ilustración 1.Georreferenciación de la población beneficiada, la planta de tratamiento y la bocatoma.
Fuente: autores
15
5.1.2 Climatología.
Las condiciones climáticas de la zona de estudio son de alta importancia, ya que, debido a estas se presentan
diferentes problemáticas en el funcionamiento de la planta de potabilización, los principales factores
meteorológicos y climáticos que afectan el funcionamiento de la planta son la precipitación y la temperatura,
a continuación, se realizara una breve descripción de estos factores.
✓ Precipitación:
La precipitación característica del corregimiento de Pardilla se presenta en el diagrama 1, en este se puede
determinar que en las épocas en las que se presentan mayor precipitación durante el año son los meses de
abril, octubre y noviembre, con una precipitación máxima de alrededor 230mm/mes y una precipitación
media de 1593mm durante el año. Este factor es importante tener en cuanta debido a que en épocas en donde
la precipitación es muy alta, esto genera que la afluente contenga una carga demasiado alta de sólidos
suspendidos afectando la efectividad de la planta.
Ilustración 2. Climograma Pradilla.
Fuente: Climate-Data.org
16
✓ Temperatura
En el diagrama 2 se evidencia un estudio anual sobre la temperatura del corregimiento de Pradilla,
en este diagrama se puede evidenciar que la temperatura de la zona de estudio se mantiene un rango
en donde la temperatura mínima es de 16°C y la máxima 26°C, el clima en general del
corregimiento teniendo en cuenta la temperatura media de 21°C y con la altura promedio de
1309m, se puede decir que es cálido. Este factor es de importancia ya que la población al estar
ubicada en clima cálido la demanda de agua es mayor y la planta no es capaz de subsanar la
necesidad de todos.
Ilustración 3. Diagrama de temperatura Pradilla.
Fuente: Climate-Data.org
✓ Datos históricos.
En la tabla 1 se puede encontrar los diferentes datos de temperatura (°C y °F) y de precipitación
máximos, mínimos y medios para cada uno de los meses del año, además se presenta en una escala
de colores donde la tonalidad más clara indica que el valor es bajo y entre más oscura sea la
17
tonalidad indica que es alto el valor del dato. Los valores que se presentan en la tabla de los datos
históricos de Pradilla fueron tomados según información del 2005.
Tabla 1. climática // datos históricos del tiempo Pradilla.
Fuente: Climate-Data.org
5.1.3 Planta de potabilización actual
La planta de potabilización que abastece a la población del corregimiento de Pradilla cuenta con
las siguientes unidades para el tratamiento de agua: desarenador, mezcla rápida, sedimentador,
cuatro filtros, un tanque de cloración por medio gaseoso, un tanque de almacenamiento principal
y dos adicionales para casos extraordinarios. El funcionamiento de la planta se da principalmente
por la fuerza de gravedad y por la presión dentro de las tuberías, actualmente la planta trata un
caudal de 12 litros por segundo, información obtenida del administrador del acueducto.
En el anexo 1 se presenta la distribución actual de la planta de potabilización, en esta figura no se
tiene en cuenta la ubicación de la bocatoma y el desarenador. Actualmente la planta está construida
a partir de cemento y la parte en donde se encuentran los filtros está recubierta con baldosa. Estas
dimensiones se obtuvieron mediante una visita de campo donde se realizó el dimensionamiento de
cada una de las unidades y edificios que se encontraban dentro del área dispuesta para la planta.
18
5.2 Marco Teórico
5.2.1 Almacenamiento.
El autor, menciona que “es importante que la planta de potabilización disponga de una instalación
con la capacidad suficiente para poder satisfacer la demande del recurso por parte de los
usuarios. La instalación destinada para el almacenamiento debe de estar protegidas contra las
posibles contaminaciones secundarias y deben someterse a actividades sanitarias con cierta
frecuencia.” (A. Prada, 2009, pág. 31)
5.2.2 Coagulación.
Según Hernán Restrepo en uno de sus trabajos en el año 2009 menciona que “las partículas que se
encuentra en el agua poseen cargas negativas y/o positivas, que generan fuerzas de repulsión
entre ellas manteniéndolas dispersas y suspendidas; así mismo, evitan la rápida sedimentación de
estas. Lo anterior se denomina como sistema coloidal conformado por la doble capa de iones,
sometida al potencial Z producido en la exposición en la superficie inferior de la doble capa;
siendo este el reto de la coagulación,” al tratar de disminuirlo mediante dos tipos de métodos:
➢ Coagulación por neutralización de la carga: Se logra a través de la adición de coagulantes
con diferente signo al agua, como el alumbre o las sales de hierro.
➢ Coagulación por la disminución de la doble capa: Se incrementa la concentración de iones
en el agua, permitiendo que la distancia entre las partículas disminuya, hasta hacer el valor
del potencial Z inferior al punto crítico.
Cabe aclarar que las reacciones químicas en este proceso generar acidez en el agua por lo cual es
importante agregar productos que neutralicen el pH sin afectar el proceso. (H. Restrepo, 2009)
19
5.2.3 Desinfección.
Teniendo en cuenta lo que dice el Docente Bienvenido Marín en su Manual de química del agua
teoría y práctica, “la desinfección es uno de los últimos pasos a realizar dentro de la planta de
potabilización, esto se hace para prevenir que el agua sea dañina para el consumo humano. En la
mayoría de los casos, al tratarse de un agua proveniente de manantiales o pozos, la desinfección
es el único tratamiento necesario aplicar a dicha agua para obtener agua potable.” (2009, pág.
161)
El autor menciona que para realizar el proceso de desinfección se puede hacer por dos medios el
físico y el químico.
➢ Desinfección por medios físicos:
❖ Luz ultravioleta.
❖ Radiación electrónica.
❖ Rayos gamma.
❖ Sonido.
❖ Calor.
➢ Desinfección por medios químicos:
❖ Cloro.
❖ Bromo.
❖ Yodo.
❖ Ozono.
5.2.4 Filtración.
Teniendo en cuenta lo que dice la ingeniera Rosalina González en su libro Apuntes de Clase.
“Operaciones y procesos unitarios, la filtración es el procedimiento que se encarga de separar las
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partículas no sedimentables en un flujo de agua, este se realiza a través de un medio poroso
principalmente. Existen dos mecanismos de filtración, el mecanismo de transporte y el mecanismo
de adherencia.” (2015, pág. 57)
➢ Mecanismos de transporte de partículas:
❖ Cernido: las partículas de mayor tamaño que los poros del lecho filtrante pueden
quedar atrapadas en los intersticios, principalmente en las capas superficiales del
lecho.
❖ Sedimentación: los sólidos suspendidos quedan depositados por sedimentación en
el medio filtrante, que ofrece una gran área para ello.
❖ Intercepción: la remoción de partículas de floc no sedimentado dentro del lecho se
lleva a cabo por contacto de estas con la superficie de los granos de lecho o con floc
ya depositado, al quedar interceptadas por estos.
❖ Impacto inercial: las partículas que tienen altas velocidades por efecto de la inercia
pueden atravesar las suspensiones y continuar con su trayectoria original, hasta
chocar con los granos del filtro y quedar adheridas a él.
❖ Difusión: existe una tendencia de las partículas pequeñas a difundirse desde las
áreas de mayor concentración a las de menor concentración.
➢ Mecanismos de adherencia de partículas:
❖ Fuerzas de Van der Waals.
❖ Fuerzas electrostáticas.
❖ Puentes químicos.
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5.2.5 Floculación.
Hernán Restrepo en el 2009, menciona que “la floculación se logra a partir de los resultados de
la coagulación ya que la rapidez con que se da la agrupación de las partículas depende de su
tamaño y la relación con el estado de agitación del líquido, debido a las reacciones hidrolíticas
anteriormente generadas que facilitan la formación de flóculos los cuales aumentan su tamaño
conforme pasan por el floculador debido al tiempo de retención.” La floculación se puede dar de
dos maneras:
➢ Pericinética: Contacto de las partículas producido por el movimiento de las moléculas del
agua, este solo influye en las menores a un micrón y ocurre en los primero 6-10 segundos
del proceso.
➢ Ortocinetica: Contacto entre las partículas por la turbulencia generada por la diferencia de
direcciones y velocidades dentro de la unidad, es solo efectivo para las partículas mayores
a un micrón y se produce en los 20-40 minutos restantes del proceso.
5.2.6 IRCA (Índice de Riesgo de Calidad del Agua).
Se define el Índice de Riesgo de la Calidad del Agua para Consumo Humano, IRCA como el grado
de riesgo de ocurrencia de enfermedades relacionadas con el no cumplimiento de las características
físicas, químicas y microbiológicas del agua para consumo humano. La Resolución 2115 de 2007,
Por medio de la cual se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de
control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano. En el Artículo 15° se presenta
la Clasificación del Nivel de Riesgo, y se establecen los rangos del IRCA y el nivel de riesgo
correspondiente: 0% - 5% Sin Riesgo-Agua Apta para Consumo Humano 5.1% - 14% El nivel de
riesgo es Bajo 14.1% – 35% El nivel de riesgo es Medio 35.1% - 80% El nivel de riesgo es Alto
22
80.1% - 100% El nivel de riesgo es Inviable sanitariamente. (Observatorio Ambiental de Bogotá,
2019)
Ecuación 1. Cálculo del IRCA por muestra (1) y mensual (2).
𝐼𝑅𝐶𝐴(1) = 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑠𝑔𝑜 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑎 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟í𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠
𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑠𝑔𝑜 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑎 𝑡𝑜𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟í𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎𝑠∗ 100
𝐼𝑅𝐶𝐴(2) =IRCAs obtenidos en cada muestra realizada en el mes
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑠∗ 100
Fuente: Resolución 2115/2007
5.2.7 Plantas de Tratamiento Convencional (Potabilizadoras).
Sistema de tratamiento integrado diseñado de acuerdo al análisis de agua, que incluye todos los
procesos para la obtención de agua potable, como los son:
➢ Bocatoma: Punto de captación de un cuerpo de agua superficial el caudal a tratar en la
planta de potabilización.
➢ Desarenador: Es una estructura diseñada para retener la arena que traen aguas superficiales
a fin de evitar que ingresen al canal de aducción.
➢ Cámara de mezcla: Adición de productos químicos que faciliten la coagulación (sulfato de
aluminio y alcalinizantes (cal) como reguladores del pH.
➢ Decantador: Cambio de velocidad de llegada del agua, donde de una mezcla rápida pasa a
una mezcla lenta permitiendo la formación de flocs y sedimentos.
➢ Filtro: Unidad de sucesivas capas de arena de distinta granulometría o combinadas con
otros materiales (antracita/gravillas).
➢ Desinfección: Adición de un agente químico desinfectante para eliminar bacterias y su
desarrollo durante la distribución.
➢ Tanque de almacenamiento: Almacenamiento que sumisita agua a la red de distribución.
23
➢ Control final: Sistema de control de calidad del agua antes de la distribución.
5.2.8 Plantas de tratamiento de agua potable.
“Son un conjunto de sistemas y operaciones unitarias de tipo físico, químico y/o biológica cuya
finalidad es eliminar reducir la contaminación o las características no deseables en el agua. Las
mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua se centran en su aplicación para el
consumo humano y animal, por ende, para dar respuesta a estas se llevan a cabo los tratamientos
de potabilización.” (Acuasistec, s.f.)
5.2.9 Proyección geométrica de población.
A continuación, se presenta la ecuación obtenida en el RAS (2017) para realizar la proyección
poblacional para el corregimiento de Pradilla, esta proyección se realizó con el fin de determinar
la cantidad de población la cual se vería beneficiada por el servicio que ofrece la empresa de
Acueducto de Pradilla a una proyección de 25 años. En esta fórmula se ven inmersa la población
y el año en el que se realizó el último censo, la población y el año del censo inicial y el año para el
cual se quiere proyectar la ecuación. La ecuación 2 es la siguiente:
Ecuación 2. Proyección geométrica de población.
Fuente: RAS 2017
24
5.2.10 Sedimentación.
De acuerdo con el ingeniero Abelardo Prada en su libro Soluciones individuales en potabilización
de agua a pequeña escala menciona que “después de haberse realizado la mezcla rápida en el
tratamiento del agua, se requiere de un tiempo para que las sustancias que se generaron en el
proceso de coagulación se sedimenten. Para lograr dicho procedimiento se debe establecer
espacios en los que la materia coagulada se desplaza hacia la parte inferior, de donde puede ser
evacuada, para así ser retirada del agua que se está tratando. Además, se eliminarán los coágulos
formados anteriormente, alguna partícula en suspensión y las soluciones que están presentes en
el agua cruda, y parte importante de la contaminación biológica.” (2009, pág. 28)
5.3 Marco Conceptual
5.3.1 Agua potable o agua para consumo humano
“Es aquella que, por cumplir las características físicas, químicas y microbiológicas, en las
condiciones señaladas en el Decreto 1575 del 2007 y demás normas que la reglamenten, es apta
para consumo humano. Se utiliza en bebida directa, en la preparación de alimentos o en la higiene
personal.” (Dec.1575/07)
5.3.2 Almacenamiento.
De acuerdo con el RAS 2000 en la página 88 menciona que el tanque de almacenamiento debe
estar disponible para suministrar agua en horas de máxima demanda y a la vez debe mantener
presiones adecuadas en la red de distribución. Es necesario tener en cuenta las siguientes
condiciones:
➢ Realizar la operación de las válvulas según el régimen de servicio.
➢ Medir el caudal distribuido.
25
➢ Aforar el caudal de ingreso al tanque.
➢ Controlar la calidad del agua almacenada.
➢ Vaciar y lavar el tanque cuando se detecten sedimentos, en especial residuos de cal.
➢ Desinfección de tanques.
5.3.3 Calidad del agua
Es el resultado de comparar las características físicas, químicas y microbiológicas encontradas en
el agua, con el contenido de las normas que regulan la materia. (Dec.1575/07)
5.3.4 Coagulación
“Es el proceso mediante el cual se desestabiliza las partículas mediante la adición de químicos
coagulantes a través de la mezcla rápida para homogenizar la dispersión de dichos productos en
el agua a tratar en el menor tiempo posible. Es importante para este proceso, disponer de la
caracterización del agua entrante para la dosificación y concentración del coagulante, además de
la intensidad y tiempo de mezcla en la unidad para conseguir”: (H. Restrepo, 2009)
• Remover la turbiedad que no sedimente rápidamente.
• Retirar el color verdadero y aparente.
• Eliminar las partículas que generen sabor u olor en el agua.
5.3.5 Desinfección.
Proceso unitario el cual consiste en la introducción de reactivos químicos desinfectantes, que al
contacto con el agua reduzcan, en un alto porcentaje, las especies patógenas que generan las,
comúnmente conocidas, enfermedades de origen hídrico. (A. Prada, 2009, pág. 30)
26
5.3.6 Filtración.
“Operación unitaria que consiste en la retención y eliminación de sólidos suspendidos o flotantes
en el agua a tratar, esto se realiza a partir de una malla filtrante en donde los parámetros a tener
en cuenta son el diámetro del espaciado de la malla y la velocidad con la que el flujo tiene que
pasar la malla.” (B. Marín, 2009, pág. 162)
5.3.7 Floculación
La ingeniera Yolanda Andia define a la floculación como “el proceso que le sigue a la coagulación,
este proceso consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento
y aglomeración de los flóculos recién formados con el fin de aumentar su tamaño y peso para así
poder sedimentar más fácil.” (2000, pág. 33)
5.3.8 Nivel de complejidad.
El nivel de complejidad de una población es determinado por la cantidad de habitantes de dicha
población. En la tabla 2 se puede encontrar los niveles de complejidad en los cuales puede
pertenecer una población y el rango respectivo para cada uno de los niveles. En la tabla 3 se
presentan los años que deberá tener el diseño planteado según el nivel de complejidad al que
pertenezca la población.
Tabla 2. Asignación de nivel de complejidad.
Fuente: titulo A, RAS 2017
27
Tabla 3. Asignación de nivel de complejidad del sistema.
Fuente: título B, RAS 2017
5.3.9 Operación Unitaria.
Son aquellas unidades de proceso o tratamiento que pueden estudiarse de manera independiente,
generalmente asociadas con cambios físicos de la materia que es procesada o tratada allí (R.
González, 2015a, pág. 9)
5.3.10 Planta de tratamiento de agua potable
“Para el desarrollo de una planta de tratamiento de agua potable es necesario tener en cuenta
estudios y diseños de los componentes de un sistema de potabilización de agua, dirigido ya sea a
la construcción de obras nuevas, ampliaciones y/u optimización de las ya existentes: prefiltros,
micro tamices, trampa de grasas, aireadores, unidades de mezcla rápida, floculadores,
sedimentadores, flotación, filtración, desinfección, estabilización, ablandamiento, adsorción
sobre carbón activado, desferrización, desmagnetización, manejo de lodos, tanque de contacto del
desinfectante, dispositivos de control de las unidades de la planta e instrumentación, laboratorios,
salas de dosificación, almacenamiento de los productos, igualmente se deben referenciar los
productos químicos que pueden ser empleados en el tratamiento de agua potable.” (E. Hernández,
C. Corredor, 2017, pág. 26)
5.3.11 Población Flotante.
Se ha definido como “aquella que viaja de un lugar a otro y se encuentra en un momento dado en
un lugar, independientemente del tiempo que tiene de vivir en el mismo, pero cuyo lugar de
residencia habitual no es dicho lugar.” (Chávez y Corona, 2006)
28
5.3.12 Proceso Unitario.
Cuando se habla de cambios químicos o biológicos de la materia se hace referencia a procesos
unitarios; sin embargo, una notación muy común en el área de tratamiento de agua en particular
para potabilización es denominarlas como una operación unitaria. (R. González, 2015b, pág. 9)
5.3.13 Sedimentación.
Operación unitaria la cual se lleva a cabo en los decantadores primarios donde se separa por
gravedad las partículas y sólidos en suspensión de mayor densidad. (B. Marín, 2009, pág. 159)
5.3.14 Sulfato de Aluminio Tipo A
El sulfato de aluminio es una sal inorgánica que por sus propiedades físico-químicas, se caracteriza
por agrupar los sólidos suspendidos en el agua y acelerar la sedimentación, contribuyendo a la
disminución de la caga bacteriana, así como la remoción del color y sabor. (Aquaquimi, 2013)
5.3.15 Tiempo de retención.
Parámetro que mide la relación expresada en horas entre el caudal a tratar y el volumen del depósito
de aireación, en el tratamiento de aguas residuales. (RAI, s.f.)
Ecuación 3. Cálculo de tiempo de retención.
𝑄 =𝑉
𝑡 𝑡 =
𝑉
𝑄
Q= Caudal V= Volumen t= Tiempo
Fuente: Romero, J. (1999)
29
5.4 Marco Legal
5.4.1 Ley 142/2017.
Ley de Servicios Públicos. En el artículo 11 del capítulo 1 en el título preliminar se establecen las
obligaciones que deben cumplir las entidades, tanto públicas como privadas, al momento de prestar
un servicio público; como lo es la prestación continua del servicio y de forma equitativa.
5.4.2 Decreto 1575/2007.
Normativa de la calidad del agua. Por el cual se establece el sistema para la protección y control
de la calidad del agua para consumo humano.
5.4.3 Resolución 2115/2007.
Normativa de la calidad del agua. Por medio de la cual se señalan características, instrumentos
básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo
humano.
5.4.4 RAS 2017 (Resolución 0330/2017).
Documentación técnico-normativa del sector de agua potable y saneamiento básico.
30
6. METODOLOGÍA
Para el desarrollo de la investigación y diseño de la propuesta de mejora de la PTAP capaz de
garantizar la operación continua de la planta perteneciente al Acueducto de Pradilla E.S.P., se
desarrollaron tres fases; la primera consistió en un diagnóstico donde se realizó, el reconocimiento
del lugar de estudio y los problemas que impiden el buen servicio, mediante:
➢ La revisión de libros de registro, el comportamiento del consumo de agua en las
diferentes épocas del año época seca/lluvia (Base de datos niveles máximos y mínimos
de consumo)
➢ La búsqueda de estudios topográficos previos de la zona; sin embargo, al no
encontrarse nada en la oficina del acueducto de Pradilla, se tomaron de las bases
cartográficas del IGAC, además se tuvieron en cuenta las alturas de varios puntos a la
redonda del terreno medidas con el GPS para tener mayor exactitud en cotas de
elevación del terreno.
➢ Se evaluó la capacidad espacial del lugar donde se encuentra la PTAP para la posible
instalación de las reformas en el actual diseño se obtuvieron del trajo de campo,
mediante la medición de área a partir de los puntos tomados con el GPS y su
interpretación en el programa ArcGIS.
Así mismo, se llevaron a cabo dos visitas técnicas; la primera los días sábado 11 y domingo 12 de
mayo del 2019 (época lluvia) y la segunda visita, los días martes 4 y miércoles 5 de junio del 2019
(época seca). Cabe destacar que el realizar dos días las muestra, esto permitía ejecutar un análisis
por duplicado de cada temporada teniendo en cuenta los siguientes puntos
31
6.1 Muestreo
Del agua que abastece la PTAP y en partes estratégicas de la planta, se hizo bajo la guía del
“Manual de instrucciones, preservación y transporte de muestras de agua de consumo humano para
análisis de laboratorio” elaborado por el instituto nacional de salud y contemplado en el artículo
27 del decreto 1575 de 2017. Del cual se contemplaron las siguientes consideraciones:
1. Tipo de recipiente a usar para análisis fisicoquímicos: Para la toma de muestras se
seleccionó envases de vidrio ámbar, ya que, son lo que menos posibles reacciones con la
muestra genera, además evita las actividades fotosensibles.
2. Tipo de recipiente para análisis microbiológico: Para este tipo de muestra requiere
condiciones especiales, que consisten en el uso de envases de vidrio borosilicatado o Pyrex
debido a su resistencia a choques térmicos generados durante la esterilización, que en el
caso de agua potable se le agrega Tiosulfato de sodio para retirar el cloro de la muestra y
evitar que este acabe con los microorganismos.
3. Desinfección del punto de muestreo: En este estudio se tienen dos tipos de punto de
muestreo lo cuales son:
• Accesorio o grifo: Dentro de los puntos de muestreo solo existe uno de este tipo el
cual se encuentra en la parte inicial de la tubería que abastece la red de distribución.
Por lo cual se le hace la desinfección mediante la limpieza con hipoclorito de sodio,
además de someter a altas temperaturas durante 1 minuto para finalmente dejar
correr el agua por un minuto antes de tomar la muestra para evitar tomar lo retenido
en las tuberías.
32
• Directo: Dada la falta de llaves o sitios de control en cada unidad el muestreo se
hace mediante un balde el cual es lavado antes y después de cada muestreo con
jabón biodegradable y agua destilada.
4. Limpieza de recipientes para análisis fisicoquímicos: Estas se les hizo un lavado con agua
hirviendo, jabón neutro y un enjuague con agua destilada, para finalmente dejar escurrir.
5. Limpieza de recipientes para análisis microbiológico: Se realizó la esterilización conforme
lo estipulado al manual, respecto a la temperatura de 121°C.
6. Conservación de las muestras: Para todas las muestras se realizó la conserva mediante la
refrigeración a 4°c aproximadamente, sin embargo, a las muestras biológicas se les agrego
0.5ml de tiosulfato de sodio para eliminar el cloro y evitar que destruyera los
microorganismos presentes en el agua.
6.2 Análisis y caracterización del agua que suministra la planta
Para determinar las condiciones de llegada del agua en cada temporada y siguiendo la relevancia
de cada parámetro según su afectación a la salud, para calcular el IRCA (Índice de Riesgo de la
Calidad del Agua) expuesto en la resolución 2115/2007, se seleccionaron los parámetros
estipulados en la tabla 4. Por otro lado, se definió el lugar de medición a partir de la importancia
de cada parámetro para la operación y eficiencia de cada unidad de la planta.
33
Tabla 4. Parámetros a analizar y lugares donde se realizará cada uno en la planta.
Fuente: Autores
Por otro lado, para la caracterización del agua en el laboratorio o en campo se emplearon las
siguientes condiciones de medición:
➢ Color
Este parámetro se elaboró in-situ bajo las indicaciones del kit de color, el cual consta
de dos cilindros de vidrio y un disco que permite la comparación de colores entre el de
la muestra y el estándar para cada UPC.
➢ Turbiedad
Mediante el uso de turbidímetro este parámetro fue medido in-situ; tomando de cada
sitio predeterminado (Tabla 3) 10ml de muestra en una celda de vidrio la cual fue leída
en el equipo.
➢ pH
En este muestreo se tomó el parámetro a la llegada del laboratorio, la lectura se hizo
con el potenciómetro waterproof.
34
➢ Cloro residual libre
Debido a la importancia de este parámetro para el agua potable y su rápido consumo
este se realizó in-situ, mediante el kit de cloro libre el cual cuenta de una rueda de
comparación colorimétrica.
➢ Nitritos
Los nitritos se realizaron debido a su importancia en la salud de las personas, este
parámetro se mido con la metodología estándar de HACH, e interpretado en el
espectrofotómetro que realizó las lecturas en rango bajo, debido a la naturaleza del
agua.
➢ Dureza
La dureza es la principal causa del taponamiento de las tuberías, por lo cual, se tomó a
la salida de la planta tratamiento para relimar sospechas de obstrucción en la red por
este. Para la medición se hizo a través de la titulación con EDTA al 0.01M y su
interpretación se hizo a partir de la siguiente ecuación:
Ecuación 4. Concentración de dureza por titulación.
Fuente: autores
➢ Coliformes
La presencia de coliformes en agua apta para consumo humano es sumamente
peligrosa, ya que son los principales causantes de enfermedades gastrointestinales y
35
por ello se realizó su medición por el método de ausencia presencia de Colitag expuesto
en el manual elaborado por la empresa distribuidora Servimatic.
➢ Alcalinidad
La alcalinidad es parte fundamental del proceso de tratamiento del agua, ya que de esta
depende que los reactivo (Floculante y Coagulante) funcionen adecuadamente para
que la eficiencia de remoción sea aquella con la que se diseñó cada unidad y no afecte
las otras. Es por esto que mediante la titulación con Ácido sulfúrico (H2SO4) a
concentración 0.02N y su interpretación se hizo a partir de la siguiente ecuación:
Ecuación 5. Determinación de alcalinidad por titulación.
Fuente: autores
➢ COT
Este parámetro se determina por el método 10229, del manual de Hach, para este caso
es de najo rango, entre 0.0-20.0 mg/LC, está diseñado para agua potable, aguas
residuales, su metodología de medición es por espectrofotometría y se relaciona como
un indicador no especifico de la calidad del agua, se relaciona directamente con la DBO.
Finalmente, para valorar la calidad del agua actual se calcula el IRCA (Índice de Riesgo
de la Calidad del Agua) ecuación 1.
36
7. RESULTADOS
7.1 Resultados de laboratorio
Luego del trabajo en campo donde se realizó el reconocimiento general de la zona de estudio y la
toma de muestras, se procedió con la caracterización del agua, dando como resultado lo expuesto
en las tablas 5 y 6; así mismo, es importante mencionar que los resultados de DQO en las dos
épocas analizadas, fueron descartadas debido a su incoherencia, por lo cual, se empleó el resultado
de COT elaborado por la gobernación de Cundinamarca en monitoreos que hace al acueducto.
También, se creó un código numérico para facilitar el reconocimiento de la unidad de la cual
procede la muestra, el cual se muestra a continuación:
• Entrada1: número 1
• Desarenador: número 2
• Mezcla Rápida: número 3
• Floculador2: número 4
• Sedimentador: número 5
• Filtro: número 6
• Cloro: número 7
• Salida3: número 8
1 Se denomino a la muestra tomada antes de entrar a la bocatoma 2 Dada la falta de puntos de control esta muestra no se pudo tomar en la primera visita 3 Este punto es el de control ubicado al inicio de la tubería que abastece la red de distribución
37
Teniendo en cuenta lo anterior, se expone la tabla 5 que contiene los resultados de cada uno de los
parámetros estipulados en la metodología; vale aclarar que esta tabla hace referencia a la época de
lluvia siendo esta la representante de los niveles altos de carga contaminante.
Tabla 5. Resultados del análisis hecho para las muestras de la época de lluvias.
Parámetro Unidad de
medición
Unidad de operación unitaria
1 2 3 5 6 7 8
Sáb
ad
o
Color UPC 12 --- --- --- --- --- 2
Turbiedad UNT 2.42 3.85 12.46 1.61 0.15 1.22 2.98
pH Campo --- 6 7 6 7 6 6 7
Laboratorio --- 5.99 6.45 6.67 6.8 6.88 6.87 6.86
Cloro Total mg/L --- --- --- --- --- --- 0.8
Cloro Residual Libre mg/L --- --- --- --- --- --- 0.7
Nitritos mg/L 0.043 0.006 0.007 0.004 0.002 0.024 0.019
Dureza mgCaCO3/L --- --- --- --- --- --- 27.4
Coliformes --- Presencia --- --- --- --- --- Ausencia
Alcalinidad mg/L 19 --- --- --- --- --- 25.9
Dom
ingo
Color UPC 11 --- --- --- --- --- 8
Turbiedad UNT 2.05 16.3 11.58 1.18 2.83 1.54 1.04
pH Campo --- 6 6 7 7 7 7 6
Laboratorio --- 6.98 7.16 7.19 7.21 7.28 7.25 7.17
Cloro Total mg/L --- --- --- --- --- --- 0.9
Cloro Residual Libre mg/L --- --- --- --- --- --- 0.8
Nitritos mg/L 0.006 0.003 0.004 0.005 0.027 0.004 0.015
Dureza mgCaCO3/L --- --- --- --- --- --- 24.3
Coliformes --- Presencia --- --- --- --- --- Ausencia
Alcalinidad mg/L 21.4 --- --- --- --- --- 20.8
Fuente: autores
Siguiendo las aclaraciones ya hechas, la tabla 6 presenta los resultados de la época seca, de los
cuales solo se logró realizar duplicado para los parámetros de entrada y salida, ya que la bocatoma
se encontraba en cambio de tuberías y la planta se encontraba detenida desde el día anterior a las
10 de la noche, por lo cual sería la misma muestra del martes.
Tabla 6. Resultados del análisis hecho para las muestras de la época seca.
Parámetro Unidad de
medición
Unidad de operación unitaria
1 2 3 5 6 7 8
Mart
es
Color UPC 2 --- --- --- --- --- 5
Turbiedad UNT 1.59 1.56 2.13 0.69 1.09 0.89 1.13
pH Campo --- 7 7 6 7 6 6 7
Laboratorio --- 7.52 7.25 6.99 7.02 6.91 6.85 6.85
Cloro Total mg/L --- --- --- --- --- --- 1.4
Cloro Residual Libre mg/L --- --- --- --- --- --- 1.0
38
Nitritos mg/L 0.005 0.008 0.003 0.005 0.001 0.00 0.001
Dureza mgCaCO3/L --- --- --- --- --- --- 30.1
Coliformes --- Presencia --- --- --- --- --- Ausencia
Alcalinidad mg/L 26.2 --- --- --- --- --- 23.3
Mié
rcole
s
Color UPC 10 --- --- --- --- --- 5
Turbiedad UNT 5.85 --- --- --- --- --- 1.08
Cloro Total mg/L --- --- --- --- --- --- 1.3
Cloro Residual Libre mg/L --- --- --- --- --- --- 0.9
Nitritos mg/L 0.006 0.003 0.003 --- --- --- 0.004
Dureza mgCaCO3/L --- --- --- --- --- --- 30.7
Coliformes --- Presencia --- --- --- --- --- Ausencia
Alcalinidad mg/L 21 --- --- --- --- --- 18.6
Fuente: autores
A partir de las tablas anteriores, se elaboró la tabla 7 la cual correspondiente al resumen de los
resultados de cada época, obtenidos mediante el promedio de los dos muestreos, con el fin de
analizar y comparar los resultados de salida con la resolución 2115 del 2007. Para ello, se propuso
un código de colores donde el rojo hace referencia al cumplimiento de la norma y el verde a
cumplimiento.
Tabla 7. Resumen de los resultados de cada época.
Parámetro Unidad de
medición
Unidad de operación unitaria
1 2 3 5 6 7 8
Ép
oca
Llu
via
s
Color UPC 11.5 --- --- --- --- --- 5
Turbiedad UNT 2,24 10,08 12,02 1,40 1,49 1,38 2,01
pH --- 6,24 6,65 6,72 7,00 6,79 6,78 6,76
Cloro Total mg/L --- --- --- --- --- --- 0,85
Cloro Libre mg/L --- --- --- --- --- --- 0.75
Nitritos mg/L 0,0245 0,0045 0,0055 0,0045 0,0145 0,014 0,017
COT mg/L --- --- --- --- --- --- 8.3
Dureza mgCaCO3/L --- --- --- --- --- --- 25.9
Coliformes --- Presencia --- --- --- --- --- Ausencia
Alcalinidad mg/L 20,2 --- --- --- --- --- 23,4
Ép
oca
Sec
a
Color UPC 6 --- --- --- --- --- 5
Turbiedad UNT 3,72 1,56 2,13 0,69 1,09 0,89 1,11
pH --- 7,26 7,13 6,50 7,01 6,46 6,43 6,93
Cloro Total mg/L --- --- --- --- --- --- 1,35
Cloro Libre mg/L --- --- --- --- --- --- 0,95
Nitritos mg/L 0,0055 0,0055 0,003 0,005 0,001 0,001 0,0025
COT mg/L --- --- --- --- --- --- 8.3
Dureza mgCaCO3/L --- 0 --- --- --- --- 30,7
Coliformes --- Presencia --- --- --- --- --- Ausencia
Alcalinidad mg/L 23,6 --- --- --- --- --- 20,95
Fuente: autores
Al revisar los resultados de las tablas, se observa que los parámetros que presentan inconvenientes
son la turbiedad en época de lluvia y COT en las dos; por lo tanto, procedió a calcular los tiempos
39
de retención en cada unidad, dosificaciones de coagulante y cloración, además de realizar una
revisión a la ronda de la quebrada de la cual captan.
Finalmente se realizaron gráficos, para cada parámetro estudiado en su respectiva época de
medición (anexo 2 y 3), los cuales fueron comparados con la norma y analizados dependiendo el
comportamiento representado en las gráficas de puntos en los casos que se lograron varios puntos
de muestreo y las gráficas de barras para aquello en puntos específicos.
7.2 Resultados técnicos
Una vez realizado el estudio de las condiciones actuales del agua, se deben determinar las
especificaciones de diseño, ya que estas pueden identificar las causantes de los anteriores
resultados. De las condiciones técnicas, el primer aspecto a evaluar fue tiempos de retención en
cada una de las unidades de tratamiento, partiendo de las dimensiones de cada una, el caudal
máximo de 12 L/s y la ecuación 2, tal como se evidencia en el anexo 4. Así mismo, se realizó la
revisión de los parámetros que establece el RAS en cada unidad ya que dentro de los criterios de
cada una hay variaciones las cuales dependen de la operación que se realiza en cada una; como
resultado se obtuvo la tabla 8, en la cual se especifica el estado actual y el ideal.
Tabla 8. Resultados de la revisión de parámetros de diseño.
Actual Ideal
Desarenador
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Carga hidráulica
(m3/m2*d)
Velocidad horizontal
(m/s)
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Carga hidráulica
(m3/m2*d)
Velocidad horizontal
(m/s)
5.0 6.00 172.80 0.15 3.0 2.70 700-1600 0.2-0.4
Mezclador circular
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Gradiente de velocidad (s-1)
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Gradiente de velocidad (s-1)
0.8 0.74 353.71 0.05 0.49 1000-2000
Floculador
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Gradiente de velocidad (s-1)
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Gradiente de velocidad (s-1)
36.9 9.03 15.35 30.0 7.35 5-100
40
Sedimentador
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Carga hidráulica (m3/m2*d)
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Carga hidráulica (m3/m2*d)
23.6 5.77 179.69 15.0 3.67 120-185
Filtro
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Carga hidráulica (m3/m2*d)
Tiempo retención (min)
Área (m2)
Carga hidráulica (m3/m2*d)
14.2 0.89 291.24 10.0 0.62 180-350
Cloración Tiempo retención (min) Área (m2) Tiempo retención (min) Área (m2)
34.6 12.71 27.85 10.2
Fuente: autores
También, se verificó el caudal que actualmente tratan y se comparó con la teoría que menciona,
cuál debe ser la dotación por habitante según su nivel de complejidad, dando como resultado la
tabla 9, donde se evidencia el año, la población sin y con población flotante, el caudal teórico (Q
máx.) y el actual.
Tabla 9. Comparación de caudal teórico y actual.
Característica Habitantes Suscriptores Dneta
(L/hab*d) Dbruta
(L/hab*d) Qmd (L/s)
Qmáx (L/s)
Q actual (l/s)
Sin ajuste 2680
670 120
123,66 3,72 4,84
12 Con ajuste (24%
población flotante)
2981 123,66 4 5,55
Fuente: autores.
Por otro lado, se hizo una revisión de las dosificaciones de coagulante que aplican según registro
de la planta (tabla 10), en el cual establecen una dosis optima dictada por la prueba de jarras que
ejecutan a diario. Cabe destacar, que esto se realiza con el caudal medio que trata la planta es decir
8 L/s. La información del coagulante y su dosificación fueron suministradas por la empresa del
acueducto de Pradilla.
Tabla 10. Dosificación de coagulante
COAGULANTE UTILIZADO
D.O 1.5 ml/L D.O 2.0 ml/L
DESCARGA DIARIA (ml/día)
Sulfato de Aluminio Tipo A Al2(SO4)3
100.8 129.6
Fuente: acueducto de Pradilla
41
Sin embargo, al comparar la dosis óptima y las descargas que realizan diariamente, estas no
concuerdan al aplicarlos al caudal medio, dando como resultado que la dosis son muy bajas
comparado a la óptima que estableció el acueducto. Por tal motivo, se realiza la tabla 11 para
establecer la dosificación real aplicada y la descarga diaria que deberían reportar acorde a la
información suministrada.
Tabla 11. Dosificación real aplicada y la descarga diaria a aplicar
COAGULANTE Dosificación
óptima (ml/L) Concentración
(mg/L) Dosis (mg/L) Caudal (L/s)
Descarga óptima diária
(Kg/dia)
Descarga actual diária
(ml/dia)
Descarga actual diária
(mg/dia)
Descarga faltante (Kg/día)
1,5 1335 2,003 12 2,08 100,8 134,57 2,08
Fuente: autores
Otro parámetro evaluado fue la alcalinidad, la cual, hay que tener en cuenta el parámetro de
alcalinidad, ya que este se ve afectado con lo dosificación del coagulante, ya que la aplicación del
químico consume el doble en el parámetro de alcalinidad, en la tabla 12 se establece la perdida de
la alcalinidad por parte de la aplicación del coagulante en cada uno de los días en el que se midió
este parámetro.
Tabla 12. Cálculo del consumo de la alcalinidad.
Dosis de
coagulante
(ml/L)
Consumo
de
CaCO3 (mg/L)
Consumo
total de
CaCO3 (mg/L)
Alcalinidad Inicial
(mg/L)
Alcalinidad Final
(ml/L)
Alcalinidad
Final
promedio (ml/L)
Época
seca
Día 1
2,0025 2 4,005
23,3 19,295
18,145 Día 2 18,6 14,595
Época de
lluvias
Día 1 25,9 21,895
Día 2 20,8 16,795
Fuente: autores
7.3 Resultados de la fuente de captación
Para poder identificar las coberturas que se encuentran adyacentes al punto de captación, en el que
la planta toma el agua que se va a tratar, la herramienta utilizada fue el programa ERDAS, en el
42
que se utilizó la función de clasificación supervisada, esta clasificación se dividió en los seis tipos
de coberturas más comunes que se pueden encontrar en una imagen satelital, los cuales son: ciudad,
vegetación, agua, cultivos, nubes y sombras. En la ilustración 5 se puede evidenciar la clasificación
de la imagen satelital, esta corresponde a la ubicación 8_57 en la grilla del satélite Landsat, ya que
en esta ubicación se puede encontrar la zona de estudio, además se encontrará en la ilustración 6
las convenciones trabajadas en la imagen satelital y las firmas espectrales de cada una de las
coberturas.
Ilustración 4. Clasificación de coberturas imagen Landsat 8_57
Fuente: Autores
43
Ilustración 5. Convenciones y firmas espectrales.
Fuente: Autores
En la imagen 8_57 de la cuadrilla de Landsat, se encuentra ubicada la zona de estudio y la zona
beneficiada por el proyecto, en la ilustración 7 se encuentra de manera más clara dichas zonas, en
esta imagen se puede identificar que la mayoría de cobertura presente en la zona es la cobertura
vegetal, también se logran identificar presencia de cultivo, construcciones y cuerpos de agua.
Ilustración 6. Clasificación de coberturas en zonas de interés.
Fuente: Autores.
44
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
8.1 Análisis de laboratorio
Los resultados de laboratorio, fueron fundamentales para identificar la verdadera problemática
dentro de la planta, ya que, al ser comparados con la normativa colombiana vigente, se observó
niveles altos de COT y turbiedad (época de lluvias). Sobrepasaba la concentración mínima
permitida para agua potable. Siendo el primero el más preocupante debido a las afectaciones a la
salud que podrían generar.
Por lo anterior, se calcula el índice de riesgo de la calidad del agua para consumo humano “IRCA”
(Ecuación 1), con el fin de clasificar el nivel de riesgo en salud, además, de estudiar la viabilidad
de seguir con la planta realizando reformas que suplan las deficiencias encontradas. Este se ejecutó,
por contenido de muestra (1) y por época (2), teniendo en cuenta que se realizaron dos muestras y
cada una se tomó en un mes específico; dando como resultado la siguiente tabla:
Tabla 13. Clasificación según IRCA.
IRCA
Muestra 1 Muestra 2 Mensual Clasificación
Época de lluvia 29,75 4,96 17,36 Medio
Época seca 29,75 4,96 17,36 Medio
Fuente: autores
La clasificación determinó, que el agua en ninguno de los casos es apta para consumo humano, por
lo cual se deben realizar acciones correctivas, ya que, aún es viable para su potabilización, esta
calificación se apoyó con los puntajes de riesgo establecidos en la resolución 2115 del 2007, los
puntajes utilizados se presentan en la siguiente tabla:
45
Tabla 14. Puntaje de riesgo a cada parámetro según la Resolución 2115/2007.
PARAMETROS PUNTAJE DE
RIESGO
Alcalinidad 1
Carbono Orgánico Total 3
Cloro Libre 15
Coliformes 15
Color 6
Dureza 1
Nitritos 3
pH 1.5
Turbiedad 15
Fuente: autores
A continuación, se realizará una explicación más detallada de cada uno de los parámetros
analizados, la razón de la presencia de estos en el recurso hídrico, las afectaciones a la salud que
estos representan, y se explicaran los resultados obtenidos por cada uno de estos en las dos épocas
en los que fueron analizados.
• Cloro Libre.
La presencia del cloro en el recurso agua se debe al mismo proceso de tratamiento, ya que uno de
las unidades es la encargada de dosificar el químico para loa reducción de diferentes contaminantes
en el agua, principalmente los coliformes, lo ideal es que en el tratamiento se dosifique lo necesario
para que en la última casa se encuentre una concentración mínima de cloro y así garantizar la
calidad del recurso durante toda la distribución.
Los resultados obtenidos en campo demuestran la existencia de cloro libre para ambas épocas, por
lo que se ve relacionado la reducción en su totalidad de los coliformes durante el tratamiento de la
planta, dicho lo anterior se presenta una relación inversamente proporcional, si hay cloro libre no
46
hay coliformes, por esto es importante este parámetro, la simple presencia de cloro libre al final
del tratamiento, garantiza casi que por completo la remoción de los coliformes en su totalidad.
De acuerdo con la página Lenntech (s.f.) los efectos del cloro en la salud humana dependen de la
cantidad de cloro presente, y del tiempo y la frecuencia de exposición. Los efectos también
dependen de la salud de la persona y de las condiciones del medio cuando la exposición tuvo lugar.
La respiración de pequeñas cantidades de cloro durante cortos periodos de tiempo afecta
negativamente al sistema respiratorio humano. Los efectos van desde tos y dolor pectoral hasta
retención de agua en los pulmones. El cloro irrita la piel, los ojos y el sistema respiratorio. No es
probable que estos efectos tengan lugar a niveles de cloro encontrados normalmente en la
naturaleza. Los efectos en la salud humana asociados con la respiración o el consumo de pequeñas
cantidades de cloro durante periodos prolongados de tiempo no son conocidos. Algunos estudios
muestran que los trabajadores desarrollan efectos adversos al estar expuestos a inhalaciones
repetidas de cloro, pero otros no.
• Color.
De acuerdo con la guía de Calidad del Agua para Consumo Humano (2010), el color es el resultado
de la presencia de materiales finos suspendidos, hierro y manganeso en forma coloidal (sistema
conformado por dos o más fases) y materia orgánica. La unidad en la que se utiliza para medir la
cantidad de color en el agua es la unidad de platino cobalto (UPC).
La coloración presente el agua es en su mayor parte cristalina, pero la presencia de diferentes
partículas en el recurso aumenta su coloración y mediante el transcurso de este por la planta el
color se ve reducido por más del 50%, en comparación que cuando entro en la planta; la reducción
del color se realiza por medio del sedimentador y los filtros.
47
Este parámetro no se considera de gran importancia en un agua para consumo humano ya que no
presenta afectaciones a la salud de los consumidores de forma directa, el parámetro se tiene más
en cuenta en un enfoque de gusto, es decir que tan bien se ve el recurso al ojo del consumidor.
• Carbono Orgánico Total (COT).
La guía de la Calidad del Agua para Consumo Humano define a este parámetro como el carbón
que forma parte de las sustancias orgánicas de los cuerpos de agua. Es un indicador de la presencia
de materia orgánica natural en descomposición y, en general, de compuestos orgánicos como el
ácido húmico, pesticidas y fertilizantes.
Las altas concentraciones de COT encontradas en el análisis de laboratorio y que sobrepasa el
límite máximo permisible de la normativa correspondiente, hace correspondencia a la presencia de
fertilizantes y plaguicidas que se usan en la zona.
De acuerdo con el ministerio para la transición ecológica de España, sobre el carbono orgánico
total no existe conocimiento de que provoque efectos adversos sobre la salud humana. Sin
embargo, elevadas concentraciones de COT en las aguas superficiales generan una disminución
muy importante del oxígeno disuelto, teniendo como consecuencia la pérdida de biodiversidad
marina. (2017)
• Nitritos.
De acuerdo con H. Rosas en al año 2001, menciona que la presencia de nitritos en el agua es un
indicativo de contaminación de carácter fecal reciente. Cabe especificar que los nitritos se hallan
en un estado de oxidación intermedio entre el amoniaco y el nitrato.
48
El análisis de nitritos realizado muestra que el agua que está tratando la planta no presenta
contaminación reciente por materia fecal de los diferentes animales que se encuentran en la zona,
por lo que la contaminación por coliformes en el agua, se genera en algún punto más alto en la
cuenca, en donde se encuentra el cuerpo hídrico.
Los nitritos son de gran importancia para la salud humana ya que estos convierten la hemoglobina
de la sangre en metamoglobina, la cual, reduce la cantidad de oxígeno en la sangre, dando como
resultado, que las células no tienen suficiente oxígeno para funcionar adecuadamente en el
organismo, esta condición es conocida como metamoglobinemia. A demás de que en altas
concentraciones puede llegar a ser toxico para el consumidor (Calidad de Agua para Consumo
Humano, 2010)
• Alcalinidad
Teniendo en cuenta un informe elaborado por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales - (IDEAM) sobre la determinación de parámetros fisicoquímicos en la calidad del
agua. De acuerdo con R. Bojacá en el año 2005, menciona que la alcalinidad en el agua es la
capacidad de neutralizar ácidos, y es la suma de todas las bases titulables. Es decir que este
parámetro está directamente relacionado de pH del agua y su concentración depende
significativamente de las variaciones del pH en el punto final empleado. Además, este parámetro
al actuar como amortiguador de los cambios del pH al agua es por esto que conocer la alcalinidad
de un cuerpo es fundamental para determinar su capacidad de mantener procesos biológicos en el
agua.
La alcalinidad determinada por medio de los análisis de laboratorio realizados, permiten identificar
que la alcalinidad del recurso es muy baja y no supera la normativa, ya que esta propone que no se
49
debe de pasar la alcalinidad de 200 mgCaCO3/L y los resultados obtenidos se encuentran entre 20
y 25 mgCaCO3/L.
De acuerdo con el documento de Esteban Pérez Por su parte, la alcalinidad expresa la capacidad
que tiene el agua de mantener su pH a pesar de recibir una solución ácida o alcalina. Corresponde
principalmente a los hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de los iones Ca2+, Mg2+, Na+, K+ y
NH+4; los más comunes son los de calcio y magnesio (2016). Este parámetro es importante ya que
es necesario mantener los niveles de pH neutros, para que no afecte a las personas.
• PH.
Este parámetro es una medida del potencial de iones de hidrógeno (H +), indica la acidez o
alcalinidad del agua. Las mediciones de pH se establecen frente a una escala de 0 a 14, tomado 7
como neutro. Los valores con un pH inferior a 7 se consideran ácidos. Como se menciona
anteriormente, el pH en el agua es un parámetro que interfiere en el comportamiento de los demás
parámetros que se tuvieron en cuenta en este informe.
En los diferentes muestreos realizados en el recorrido de la planta, se puede determinar que el pH
se encuentra en un rango neutro, pasando en algunos casos el límite mínimo que este debería tener,
por lo que se puede decir que el pH del recurso que se trata en la planta es aceptable y no presente
riesgos para la salud de los usuarios.
Este parámetro es de importancia en la calidad del agua, ya que si este se encuentra en un rango de
pH muy acido, esto puede facilitar la reproducción de bacterias y virus que pueden llegar a las
personas y finalmente contraer diferentes enfermedades.
• Dureza.
50
La dureza del agua está definida por la cantidad de iones de calcio y magnesio presentes en ella,
evaluados como carbonato de calcio y magnesio. Las aguas con bajas durezas se denominan
blandas y biológicamente son poco productivas, por lo contrario, las aguas con dureza elevada
duras son muy productivas, la productividad está generalmente dada por unas pocas especies que
se han adaptado a estas condiciones, aguas con durezas intermedias pueden poseer fauna y flora
más variada, pero son menos productivas en términos de biomasa (Roldán, 2003).
El análisis realizado al recurso hídrico con respecto al nivel de dureza que este presenta, dio
resultados de que el agua en el que se trata la planta es de carácter blanda, ya que teniendo en
cuanta la teoría encontrada en Waterlogic, especifica que un agua es blanda cuando su nivel de
contenido de cal está en un rango menor a 150 mgCaCO3/L, teniendo en cuenta que para las dos
épocas los valores obtenidos se encuentran entre 25 y 30 mgCaCO3/L. (2016)
Este parámetro no presenta ninguna afectación considerable para la salud de las personas, por la
que están permisible con su valor máximo establecido en la normativa correspondiente.
• Coliformes.
Este parámetro indica presencia de Escherichia coli indica contaminación fecal en agua, ya que
este microorganismo es habitante normal del tracto digestivo de animales de sangre caliente y rara
vez se encuentra en agua o suelo que no haya sufrido algún tipo de contaminación fecal, por ello
se considera como indicador universal.
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos se puede evidenciar que a la entrada de la planta se
halla la presencia de Coliformes en la muestra de agua, esta contaminación se puede estar
presentando, debido que en la parte superior en donde se encuentran variedad de fincas y por ello
animales que pueden estar aportando estas bacterias el recurso hídrico; en la salida de la planta ya
51
no se encuentra la presencia de este contaminante, la remoción de estas bacterias se da en el proceso
de la desinfección con el cloro gaseoso que se dosifica durante el tratamiento
De acuerdo con el Community Water Center, los efectos hacia la salud que se pueden presentar por
la presencia de Coliformes son la diarrea, retorcijones, náuseas, ictericia (coloración amarillenta
de la piel y los ojos), dolores de cabeza, fatiga e insuficiencia renal, además de que los principales
afectados por este tipo de contaminación son los niños y el adulto mayor. (CWC, s.f.)
• Turbiedad.
La turbidez es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia
de partículas en suspensión. Cuantos más sólidos en suspensión haya en el agua, más sucia parecerá
ésta y más alta será la turbidez. La turbidez es considerada una buena medida de la calidad del
agua. Las partículas suspendidas absorben calor de la luz del sol, haciendo que las aguas turbias se
vuelvan más calientes, y así reduciendo la concentración de oxígeno en el agua (el oxígeno se
disuelve mejor en el agua más fría). Además, algunos organismos no pueden sobrevivir en agua
más caliente. (Lenntech, 2019)
La alta turbiedad que se presenta al ingreso de la planta se debe a la gran cantidad de partículas
suspendidas con la que el recurso viene de aguas arriba, esta turbiedad a lo largo de su recorrido
por la planta se ve reducida en principalmente en el desarenador y en el sedimentador en la época
seca ya que esta época no se encuentra una alta presencia de partículas suspendidas y es más fácil
su remoción, en cambio, en la época de lluvias solo se evidencia remoción en el sedimentador ya
que esta viene con una alta concentración de partículas por lo que se hace difícil la remoción de
este contaminante. En ambos casos tiene sentido la remoción de las partículas suspendidas ya que
52
estas dos unidades son las encargadas de remover cualquier tipo de solido en el agua que se está
tratando.
El principal impacto es meramente estético: a nadie le gusta el aspecto del agua sucia. Pero,
además, es esencial eliminar la turbidez para desinfectar efectivamente el agua que desea ser
bebida. Esto añade costes extra para el tratamiento de las aguas superficiales. Las partículas
suspendidas también ayudan a la adhesión de metales pesados y muchos otros compuestos
orgánicos tóxicos y pesticidas, lo cual, es de carácter toxico para los seres vivos. (Lenntech, 2019)
Para finalizar se realizaron unas gráficas en donde se puede evidenciar de una manera más clara
los resultados obtenidos por cada uno de los parámetros realizados, en la sección de anexos, los
cuales corresponden a cada uno de los parámetros en la época de lluvias y en la época seca
respectivamente.
8.2 Análisis técnico u operacional
Para ello, lo primero que se llevó a cabo fue la comparación entre la estructura actual de la planta
y los tiempos de retención, ya que depende de estos, la correcta remoción de contaminantes en
cada unidad, además de ser el parámetro que el RAS solicita a todas las unidades empleadas en la
potabilización del agua; sin embargo, tal como se evidencia en la ilustración 9, las unidades de
floculación y sedimentación cumplen, y el área excedente para que completar la capacidad total es
considerable.
53
Ilustración 7. Comparación de tiempos de retención y áreas.
Fuente: autores
Por lo tanto, los cierres no son provocados por problemas relacionados a tiempos insuficientes de
remoción en la planta, tal como se observó en la gráfica. Sin embargo, al realizar la revisión de
otros de los criterios de diseño, si se hallaron inconsistencias en el gradiente de velocidad del
mezclador y la cantidad de bafles en el floculador. En el caso de la primera observación, el valor
tan bajo del gradiente de velocidad puede determinar una mezcla heterogénea del coagulante y por
ende, el que las concentraciones ideales del químico obtenido en jarras no sea suficiente y en días
de alta turbiedad se deba cerrar la planta; ya que al no ser homogénea la mezcla las partículas no
son desestabilizadas lo suficiente para que en la siguiente operación se logre la generación del floc,
que finalmente traduce en la sobre carga del sedimentador; debido al exceso de concentración de
turbiedad en el agua no disminuye en las dos unidades anteriores.
También, la cantidad de bafles en el floculador es uno de los resultados de diseño que expresa una
posible causa de la insuficiencia de la planta, debido a que, se determinó que este no contaba con
los requeridos, teniendo en cuenta de la distancia máxima entre estos y el cálculo de la cantidad
con la que deberían contar por lo menos; a lo cual, se le puede atribuir una incorrecta formación
54
del floc, puesto que al tener una gran distancia entre la entrada, el primer bafle y de este a la salida
no permite que las partículas desestabilizadas se agrupen nuevamente, debido a la falte de variación
de velocidades lentas que generan los bafles, permitiendo que la remoción disminuya al pasar
prácticamente derecho por esta unidad.
Otro de los factores a destacar, es la imposibilidad que tiene la planta de seguir operando en caso
de requerirse mantenimientos o limpieza de unidades, por lo cual, la planta debe ser cerrada
momentáneamente mientras esto se lleva a cabo; esto se debe a que no cuentan con un desarenador
ni sedimentador adicional tal como lo recomienda el RAS, ya que si se tuvieran se podría disponer
de uno mientras se limpia el otro, esto dado a que son las unidades donde más se generan lodos y
los que requieren ser limpiados con mayor frecuencia, ya que de no hacerse pueden generarse
resuspensión de lo sedimentado.
No obstante, la ineficiencia de la planta no se debe solamente a la calidad del agua de captación y
a las características físicas de la construcción, sino que también, a su sobreuso, ya que, como lo
muestra la tabla 9, el caudal que tratan es mayor a la demanda que debería tener. Esto se puede
considerar consecuencia de dos factores. El primero es que se encuentren perdidas en el sistema
de distribución, por lo cual se debe tratar más de lo planeado para que al consumidor le llegue la
cantidad pertinente; o, por el contrario, en el segundo de los casos es que no se posea una claridad
de los usuarios reales, ya que determinados usuarios tengan conexiones anexas a las que tiene
contabilizada el acueducto de Pradilla. Lo anterior, se determinó debido a que el caudal de salida
no coincide con el tratado y teniendo en cuenta que una parte del volumen total permanece
almacenado en tanques de la planta, sigue siendo mayo el caudal tratado que el de demanda y
almacenamiento.
55
De acuerdo con los con los datos proporcionados por la planta de potabilización en la tabla 10 y
los resultados obtenidos en la tabla 11, los resultados en la parte de dosificación, claramente se
evidencia la desproporción al momento de aplicar el coagulante, ya que actualmente se están
dosificando 100,8 ml/día lo que equivale alrededor de 0,00013 Kg/día y teniendo en cuenta la dosis
óptima proporcionada por la planta de tratamiento y realizando los cálculos respectivos, se pudo
determinar la cantidad de coagulante que se debería de estar aplicando al agua en su proceso para
el tratamiento, esta cantidad dio como resultado un valor de 2,08Kg al día, este valor resultante se
obtuvo mediante la operación de la dosis optima, la concentración del coagulante y la unidad
temporal en la que se quiso trabajar que fue en días. Como se puede comparar los dos resultados
son extremadamente diferentes, ya que prácticamente no se está dosificando ni siquiera el 1% de
lo que se necesita la planta para lograr extraer todos los sólidos y partículas que se encuentran
presentes en el recurso, esta puede ser una de las razones por la cuales la planta tiende a parar el
servicio, cuando el agua captada llegue con una turbiedad mayor a 20 UNT.
Dadas la bajas concentraciones de coagulante en el agua y la ineficiencia en la mezcla rápida y la
floculación, la PTAP de Pradilla no opera continuamente ya que al llegar a niveles elevados de
turbiedad como se mencionaba, impiden que se reduzca la cantidad de carga contamínate y que
esta termine en el sedimentador o en algunos casos los filtros generando que se colmaten e impidan
un buen tratamiento y posterior desinfección, ya que si los niveles de turbiedad son muy elevados
en el momento de la adición de cloro, puedo impedir la eliminación de los microorganismos que
afectarían a la salud de la vereda o simplemente se podrían formar compuestos de alto riesgo
toxico; esto último dependiendo del tipo de sustancias que tenga el agua a tratar.
Finalmente, hay que tener en cuenta el parámetro de alcalinidad, ya que ya que “el principal efecto
de la alcalinidad es que reacciona con ciertos cationes que se encuentran en el agua, lo que
56
provoca precipitados no deseados en las tuberías de agua (Jiménez, 2001)” (Pérez-López. E,
2016) lo que podría generar obstrucciones en la tubería dificultando el flujo del agua; además, y
siguiendo las ideas de Esteban López “cuando las aguas tienen alcalinidades inferiores son
propensas a la contaminación, porque no tienen la capacidad para oponerse a las modificaciones
que generen disminuciones del pH.” (Pérez-López. E, 2016), una alcalinidad dentro del rango de
20-200 mg de CaCO3 /L, ayudara durante el almacenamiento y distribución a evitar la que se contamine
el agua; actualmente como se evidencia en la tabla 12 está por debajo del rango por lo cual el incremento
y decrecimiento de algunos parámetros durante el tratamiento se deba a contacto con contaminantes
adherido dentro de las unidades y/o tuberías; que por la baja alcalinidad pueden contaminar con mayor
facilidad el agua y vuelve a bajar debido a la remoción de la otra unidades.
8.3 Análisis de cobertura
La clasificación de la cobertura de suelo, cabe aclarar que los resultados de esta clasificación
realizada en el programa ERDAS de la imagen satelital 8_57, pudieron ser mejores, ya que las
firmas espectrales de algunas de las cuberturas son muy parecidas, por lo que en los resultados se
confundían unas con otras. De acuerdo con los resultados obtenidos en la clasificación, se
evidencia que en la zona en la que está ubicada la bocatoma hay mucha presencia de cobertura
vegetal, con ayuda de las visitas se pudo determinar la presencia de árboles, al estar estos ubicados
en esa zona impiden el arrastre de diferentes sólidos que puedan ser transportados en la escorrentía
y llegar finalmente a la bocatoma.
57
9. ALTERNATIVAS DE MEJORA
De acuerdo a los resultados y el análisis de estos se plantearon cuatro posibles alternativas las
cuales fueron evaluadas bajo los siguientes criterios: requerimientos de diseño, requerimientos de
funcionamiento, costos, facilidad de uso, mantenimiento y respuesta a las necesidades de la planta
(anexo 5); así mismo, se les asigno una puntuación explicada en la tabla 15 de 1-3 donde tres es la
mejor y 1 el peor con el fin de conseguir en la sumatoria de estos la mayor puntuación y que esta
dictamine la alternativa a emplear.
Tabla 15. Descripción de calificaciones
Calificación Requerimientos
de diseño
Requerimientos de
funcionamiento Costos Facilidad de uso Mantenimiento
Respuesta a la
demanda de la
planta
1
Requiere una gran cantidad de
requerimientos.
Requiere de condiciones
especiales o externas para funcionar.
Sus costos son
elevados.
Requiere personal capacitado y
especializado.
Requiere revisiones
especializadas y más técnicas.
No satisface las necesidades de la
planta.
2
Requiere una moderada cantidad de requerimientos.
Requiere de
condiciones especiales para
funcionar.
Sus costos son
moderados.
Requiere personal medianamente
capacitado
Requiere mantenimiento de
limpieza con frecuencia moderada
Satisface
parcialmente las necesidades de la
planta.
3
Requiere poca cantidad de
requerimientos.
No Requiere de condiciones
especiales o externas para funcionar.
Sus costos son bajos.
No requiere capacitación
alguna.
Requiere mantenimiento de limpieza con baja
frecuencia
Satisface las necesidades de la
planta.
Fuente: autores
Teniendo en cuenta lo anterior, se obtuvieron los puntajes expuestos en la tabla 16 donde se logra
observa que la alternativa 2 es la que mayor puntuación recibió, seguida por la alternativa 3 y luego
la alternativa 4; sin embargo, se selecciona como ganadora la alternativa 4 debido a que de las tres
es la que satisface en mayor medida los requerimientos de la planta, que al fin al cabo es lo que
busca este proyecto.
58
Tabla 16. Puntajes de la evaluación de alternativas.
Alternativa Requerimientos
de diseño
Requerimientos de
funcionamiento Costos
Facilidad de
uso Mantenimiento
Respuesta a la
demanda de la
planta
Total
1 2 1 1 2 1 3 10
2 2 2 3 3 2 2 15
3 3 2 2 3 2 2 14
4 2 2 1 3 2 3 13
Fuente: autores
9.1 Propuesta de alternativa ganadora
Para disminuir el índice de riesgo en la calidad del agua para consumo humano, se revisó la forma
y frecuencia en que se llevan a cabo las dosificaciones de coagulante y cloro. Para el primer caso,
el test de jarras se efectúa adecuadamente; sin embargo, el problema estaría en el caudal de la
bomba, por lo cual, la solución, es la elaboración de una curva de calibración donde se exponga
cuanto coagulante es adicionado realmente en cada secuencia que tiene el dosificador, ya que,
actualmente la información suministrada (tabla 11) no concuerda con los datos de dosis óptimas
en los ensayos.
También, como alternativa se propone la dosificación de NaOH con el fin de asegurar que las
tuberías no sufran daños por corrosión o similares; el rango que recomienda la teoría de alcalinidad
y se debe lograr con la adición de este compuesto, es de 30-40 mg/L. Además, es importante no
olvidar realizar la misma curva de calibración en la bomba para certificar que las adiciones
recomendadas (tabla 17) se cumplan.
Tabla 17. Calculo para regular la alcalinidad con NaOH
Alcalinidad
Final (mg/L) Alcalinidad
Inicial (mg/L) Consumido
(mg/L) Alcalinidad
Faltante (mg/L)
NaOH a agregar (mg/L)
Caudal (L/día)
NaOH a agregar (Kg/día)
NaOH a
agregar (Kg/día) promedio
35
19,295
4,005
19,71 15,768
1036800
16,3
17,3 14,595 24,41 19,528 20,2
21,895 17,11 13,688 14,2
16,795 22,21 17,768 18,4
Fuente: autores
59
En cuanto a la cloración no se tiene ninguna recomendación ya que la dosificación que se realiza es la
idónea, tal como lo indican los resultados de laboratorio en parámetros como el cloro total y el cloro libre
residual.
El RAS especifica que, para realizar el diseño de una planta de tratamiento o cualquier mejora, es
necesario que esta sea proyectada para suplir las necesidades de los usuarios hasta 25 años en un
sistema complejo medio; por lo cual, se realizó la proyección de población y caudal, partiendo de
un crecimiento anual del 1% y un incremento por población flotante del 11%; esto con el fin de
revisar la vida útil del diseño actual y si requiere mejoras en un periodo cercano. Los resultados
obtenidos están expuestos en la tabla 18, donde se observa, que la diferencia entre los caudales es
poca en 25 años.
Tabla 18. Población proyectada
r = 0.01
Año Habitantes Habitantes + P. Flotante Q máx. (l/s)
1979 200 ---- ---
2019 2680 2981 12,0
2024 2707 3011 12,1
2029 2735 3041 12,2
2034 2763 3072 12,4
2039 2791 3102 12,5
2044 2819 3133 12,6
Fuente: autores
Para lo anterior, solo se requirió como parámetro de diseño el largo del floculador actual dividido
en 0.45m referentes a la distancia que debe haber entre bafle y bafle, dando como resultado un total
de tres bafles, por lo cual solo sería necesario la adición de dos más. Además, se obtuvo que la
apertura entre la unidad y el bafle en la parte inferior y superior de forma intercalada al tratarse de
un floculador de flujo vertical, debe ser de 0.16m asegurando que el floc no se va a desarmar,
60
donde vale aclarar que en el caso de medir para los de flujo superior debe hacerse en luego del
borde libre. (anexo 6)
A partir del caudal proyectado, se plantean como parte de la alternativa de mejora la adición de un
desarenador tal como lo sugiere el RAS y que permita el mantenimiento del ya existente si detener
el flujo; teniendo en cuenta las condiciones de diseño expuestos en la tabla 19 y se encuentran
ilustrado den el anexo 7.
Tabla 19. Dimensiones del nuevo desarenador.
Desarenador
Carga hidráulica (m3/m2*d) Velocidad horizontal
(m/s) Tiempo retención (min)
120-185 0.2-0.4 3.0
Área (m2)
Diámetro orificio regulador de caudal (m)
Largo (m) Alto (m)
0.25 3.78 2.08
1.89 Ancho (m)
Volumen zona de lodos (m3)
Altura vertedero de salida (m)
0.5 0.45 1.38
Fuente: autor
Siguiendo las recomendaciones dadas por el RAS, se plantea también la adición de otro
sedimentador el cual se diseñó como una réplica del actual, dado que cumple con todos los parámetros
de diseño dando como resultado las siguientes dimensiones expuestas en la tabla 20. Cabe destacar que al
ser este auxiliar se mantendrá inactivo o se podrá dividir el flujo mediante compuertas manuales. Tal como
se muestra en el anexo 8.
Tabla 20. Dimensiones del nuevo sedimentador.
Sedimentador
Tiempo retención (min)
Carga hidráulica (m3/m2*d) Velocidad de flujo (m/s)
23.6 179.69 0.01
Área (m2) Largo (m) Ancho (m) Ancho vertedero
5.77 2.2 2.71 0.42
Canal de distribución de flujo
Ancho (m) Largo (m) Largo celda de entrada al
sedimentador (m) Ancho celda de entrada al
sedimentador (m)
0.60m 5.87 2m 0.6
Fuente: autores
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Otro factor a mejorar, es la tubería que conecta la mezcla rápida y el floculador ya que, al ser de
flujo vertical, la entrada inicial según la dirección del flujo actual debería ser desde la parte inferior
y actualmente, está muy superficial lo cual, impide la correcta circulación del agua y por ende una
buena remoción de contaminantes. Por esto, se establece que la mejor forma de realizarlo es
prolongar la tubería de salida hasta los 0.16m antes del fondo asegurando el flujo ascendente y no
solo de desbordamiento. También, debe reducirse el tiempo de retención ya que según la resolución
0330/2017, este debe ser menor a un segundo para asegurar el cumplimiento del gradiente de
velocidad por lo cual se propone cambiar el tanque que actualmente tienen por uno que cumpla las
Sifuentes especificaciones:
Tabla 21. Dimensiones del nuevo cono mezclador.
Mezclador circular
Tiempo retención (min)
Gradiente de velocidad (s-1)
0.05 1118.54
Área (m2) Diámetro (m)
0.04 0.242
Fuente: autores
Por lo anterior en el anexo 9, se presenta el plano de la disposición de la nueva planta con las
reformas elaboradas, esta se hizo teniendo en cuenta el terreno que dispone actualmente la PTAP
con el fin de mantener el flujo del agua en el mismo sentido y sin necesidad de adicionar bombas
que incrementen la complejidad de la propuesta.
Finalmente, se elaboran dos manuales, donde uno de ellos, es el referente al paso a paso de como
calcular el caudal de la bomba para determinada concentración requerida (anexo 10); cabe destacar
que este se hizo de forma genérica de tal manera si cambian de bomba lo puedan aplicar también.
El segundo consta de la guía para la limpieza y desinfección de los tanques de almacenamiento
(anexo 11), el cual se elaboró a partir de las especificaciones del RAS; para facilitar este proceso
se recomienda pañetar las unidades en general y el tanque principal de almacenamiento.
62
10. CONCLUSIONES
• La planta trabaja con exceso de caudal para el demandado por los usuarios, lo cual está
relacionado a una pérdida de 24% que de ser comercial (red de distribución) sobrepasa el
máximo estipulado (7%) por el RAS.
• Al evaluar alternativas se vio la necesidad de adicionar un mejoramiento de diseño, el cual
hace referencia a la verificación de dosificaciones, debido a la incongruencia de las dosis
óptimas y las adicionadas, para lo que se estableció un paso a paso para así lograr mejorar
lo dosificación realizada en la planta de potabilización.
• Se determinó que los diseños presentados y la alternativa seleccionada son los
requerimientos que se necesitan implementar, para que con estos se puede garantizar el
tratamiento continuo y mejorar la calidad del recurso tratado, debido a que no se están
cumpliendo estos requisitos en la planta de potabilización.
• Teniendo en cuenta el análisis fisicoquímico realizado recurso a través de la planta, se
evidencia que la planta actualmente posee la capacidad de presentar a los usuarios un agua
de buena calidad, aunque se cumpla este criterio, se diseñaron un desarenador y un
sedimentador extra, debido a que según la bibliografía es necesario tener dos de estas
unidades para no detener el proceso y poder realizar el mantenimiento de estas unidades de
manera intercalada.
• Al implementar los diseños presentados, se está garantizando un tratamiento continuo y
una mejora en la calidad del agua, durante 30 años, ya que los diseños realizados se
proyectaron hasta el 2049, y no se vería la necesidad de realizar ninguna nueva reforma a
la planta hasta esa fecha.
63
11. RECOMENDACIONES
• A la mayoría de las unidades de las que está compuesta la planta se puede acceder
fácilmente, pero para tomar una muestra de agua en cada unidad se recomienda instalar
puntos estratégicos para facilitar la toma de muestra y realizar el análisis de laboratorio
correspondiente, estos puntos estratégicos se refieren a la localización de puntos de muestra
durante el proceso donde no hay fácil acceso, como por ejemplo el fondo del floculador es
un punto de muestreo al cual no se tiene acceso.
• La implementación de las unidades adicionales del desarenador y el sedimentador, a pesar
de no ser obligatorias, se sugiere si llevarlas a cabo ya que les garantiza un respaldo para
casos de eventuales en los que deba cerrarse dichas unidades, sin afectar la continuidad del
tratamiento del agua, ya que son la que por contener depósito de solidos pueden ser más
propensas a la detención de sus funciones.
• Se les sugiere implementar los manuales propuestos para garantizar buenas prácticas en las
actividades concernientes a cada manual y evitar que de no hacerlo ya no sea problema de
diseño sino de manejo la discontinuidad o baje eficiencia la potabilización del agua.
• El que realicen una revisión a las redes de distribución y a la cantidad de suscriptores
realmente beneficiados, es una alternativa que se les recomienda para identificar donde se
pueden estar presentando las posibles pérdidas de agua tratada mencionadas en los
resultados técnicos del documento.
64
12. ABREBIATURAS
• CaCO3: Carbonato de calcio.
• COD: Código.
• COT: Carbono orgánico total.
• D: Dotación.
• DQO: Demanda química de oxígeno.
• E.S.P.: Empresa de servicios públicos.
• EDTA: Ácido etilendiaminotetraacético
• GPS: Sistema de posicionamiento global
• IGAC: Instituto Geográfico Agustín Codazzi
• IRCA: Índice de riesgo de calidad del agua.
• Kg: Kilogramos
• L: Litros
• m: Metro
• máx.: Máximo.
• md: Media
• mg: Miligramos
• min: Minutos
• ml: Mililitros
• PTAP: Planta de tratamiento de agua potable.
• Q: Caudal.
• r: Tasa de crecimiento.
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• sus: Suscriptores
• RAS: Reglamento técnico para el sector agua potable y saneamiento básico.
• T: Tanque.
• UNT: Unidades nefelométricas de turbidez
• UPC: Unidad de platino cobalto
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