implementación de un sistema de tratamiento de aguas

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2017

Implementación de un sistema de tratamiento de aguas Implementación de un sistema de tratamiento de aguas

residuales para recirculación en un baño portátil fabricado por la residuales para recirculación en un baño portátil fabricado por la

empresa Quimerk Ltda empresa Quimerk Ltda

María Camila Mora Hernández Universidad de La Salle, Bogotá

Mildreth Daniela Pinilla Acero Universidad de La Salle, Bogotá

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IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES PARA RECIRCULACIÓN EN UN BAÑO PORTÁTIL FABRICADO POR

LA EMPRESA QUIMERK.LTDA.

MARÍA CAMILA MORA HERNÁNDEZ

MILDRETH DANIELA PINILLA ACERO

DIRECTOR:

ING. JULIO CÉSAR RAMÍREZ

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

2017

II

IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES PARA RECIRCULACIÓN EN UN BAÑO PORTÁTIL FABRICADO POR

LA EMPRESA QUIMERK.LTDA.

MARÍA CAMILA MORA HERNÁNDEZ

MILDRETH DANIELA PINILLA ACERO

PROYECTO DE GRADO

Para obtener el título de Ingenieras Ambientales y Sanitarias

Director:

ING. JULIO CESAR RAMÍREZ

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C.

2017

III

AGRADECIMIENTOS

Doy gracias a Dios y a la Virgen por permitirme cumplir uno de mis sueños en el proyecto de

mi vida, por siempre levantarme cada vez más fuerte y no dejarme sucumbir por lo problemas,

así mismo por darme el don de la sabiduría el cual me ha llevado a culminar mi etapa de

estudiante para ser una profesional responsable y cada día mejor.

A mis padres y familia, ya que con su esfuerzo y apoyo logre llegar a finalizar este sueño tan

grande, ya que con si apoyo diario me motivan cada vez a seguir adelante y no dejarme derrotar

por las adversidades, ellos son los mayores protagonistas de este logro, pues sus esfuerzos diarios

en el trabajo me otorgaron la posibilidad de realizarme como persona u profesional.

A mi compañera de trabajo por ser una excelente persona y amiga, ya que gracias a su apoyo

y su constancia logramos uno de nuestros objetivos más grandes de nuestra vida, le doy gracias

por siempre motivarme y sobre todo por ser tan paciente en todo el aspecto de la palabra, pues

sus cualidades nos permitieron culminar con éxito nuestro proyecto.

Finalmente quiero dar mi más profundo agradecimiento a las personas que nos apoyaron en la

realización de este proyecto de grado, especialmente a la empresa Quimerk LTDA, por abrirnos

sus puertas y proporcionarnos la confianza necesaria para llevar a cabo el desarrollo del

proyecto; al Ingeniero Julio Cesar, director del trabajo, porque gracias a su orientación y

supervisión nos permitio que nuestro trabajo fuera posible y se desarrollara.

Mildreth Daniela Pinilla Acero

IV

A Dios, a mis padres y amigos el agradecimiento más profundo y sincero por seguir mis pasos

en este proceso y ayudarme a alcanzar una meta más en mi vida. Cada uno de ellos ha puesto un

granito de arena para alcanzar este sueño que se hace realidad.

Especial agradecimiento a la empresa Quimerk.ltda, al ingeniero Julio y a mi compañera por

hacer esto posible, por la paciencia y el buen trabajo en equipo, por demostrar una vez más que

la disciplina y perseverancia si da frutos.

Aunque aún queda un largo camino por recorrer y muchos retos por enfrentar, culmina con

éxito una etapa de mucho aprendizaje y buenas experiencias.

María Camila Mora Hernández

V

CONTENIDO

1. RESUMEN ....................................................................................................................... 1

2. ABSTRACT ..................................................................................................................... 3

3. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 5

4. OBJETIVOS..................................................................................................................... 7

5. MARCO TEÓRICO ......................................................................................................... 8

5.1. BAÑOS PORTÁTILES ............................................................................................ 8

5.2. AGUA RESIDUAL DOMESTICA .......................................................................... 8

5.3. TRATAMIENTO ANAEROBIO ........................................................................... 10

5.3.1. Degradación anaerobia de la materia orgánica ................................................... 10

5.3.2. Reactores biológicos anaerobios ......................................................................... 12

5.4. LODOS ACTIVADOS ........................................................................................... 13

5.4.1. Sistemas convencionales de lodos activados. ..................................................... 15

5.4.2. Parámetros para el diseño del sistema ................................................................. 16

5.5. DESINFECCIÓN .................................................................................................... 17

5.5.1. Factores que influyen en la desinfección ............................................................ 18

5.5.2. Reactividad del cloro ........................................................................................... 21

5.6. MARCO LEGAL .................................................................................................... 23

6. METODOLOGÍA .......................................................................................................... 25

7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................... 28

VI

7.1. DIAGNÓSTICO PRELIMINAR ............................................................................ 28

7.1.1. Diagrama de flujo del funcionamiento del baño portátil inicial.......................... 28

7.1.2. Memoria de cálculo del sistema anaerobio ......................................................... 29

7.1.3. Esquema general del baño portátil ...................................................................... 31

7.1.4. Esquema reactor anaerobio ................................................................................. 35

7.1.5. Esquema unidad de desinfección ........................................................................ 36

7.1.6. Plan de monitoreo................................................................................................ 36

7.1.7. EFICIENCIA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO INICIAL ........................ 39

7.2. REVISIÓN Y ELECCIÓN DE ALTERNATIVAS. .............................................. 46

7.3. DISEÑO DE NUEVA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO ........................... 52

7.3.1. Diagrama de flujo del funcionamiento del baño portátil inicial.......................... 52

7.3.2. Memoria de cálculo del sistema de lodos activados ........................................... 54

7.3.3. Sistema de cloración............................................................................................ 58

7.3.4. Lechos de secado ................................................................................................. 58

7.3.5. Evacuación de gases ............................................................................................ 61

8. EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA. ......................................................................... 61

8.1. Oxígeno disuelto ..................................................................................................... 61

8.2. pH ............................................................................................................................ 61

8.3. Temperatura ............................................................................................................ 62

8.4. Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5) ............................................................. 62

VII

8.5. Demanda Química de Oxigeno (DQO) ................................................................... 62

8.6. Sólidos suspendidos y totales.................................................................................. 62

8.7. Coliformes............................................................................................................... 62

9. RESULTADOS .............................................................................................................. 63

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................. 74

REFERENCIAS ....................................................................................................................... 76

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Biodigestores de primera y segunda generación ....................................................... 13

Tabla 2. Marco legal ................................................................................................................ 23

Continuación Tabla 2. Marco legal ......................................................................................... 24

Tabla 3. Parámetros de diseño del sistema de tratamiento anaerobio .................................... 30

Tabla 4. Instalaciones hidráulicas del baño portátil ............................................................... 32

Tabla 5. Volumen de muestra necesaria para determinación de parámetros fisicoquímicos . 38

Continuación Tabla 5. Volumen de muestra necesaria para determinación de parámetros

fisicoquímicos ............................................................................................................................... 39

Tabla 6. Frecuencias para realizar el monitoreo .................................................................... 39

Tabla 7. Resultados del monitoreo durante la primera semana .............................................. 40

Tabla 8. Resultados del monitoreo durante la segunda semana ............................................. 40

Tabla 9. Resultados del monitoreo durante la tercera semana ............................................... 41

Tabla 10. Resultados del monitoreo durante la cuarta semana .............................................. 41

Tabla 11. Resultados promedio obtenidos del diagnóstico preliminar. .................................. 41

VIII

Tabla 13. Ponderación asignada para evaluar criterios. ........................................................ 46

Tabla 14. Valores para calificar criterios. .............................................................................. 47

Tabla 15. Calificación general ................................................................................................ 47

Tabla 12. Evaluación de alternativas ...................................................................................... 48

Tabla 16. Parámetros de diseño del sistema de lodos activados ............................................. 54

Continuación Tabla 16. Parámetros de diseño del sistema de lodos activados ...................... 55

Tabla 18. Dimensiones para el diseño de las eras de secado .................................................. 59

Tabla 19. Cantidad de arena y grava en las eras de secado ................................................... 60

Tabla 20. Frecuencia de monitoreo ......................................................................................... 63

Tabla 21. Primera semana de monitoreo del sistema de tratamiento ..................................... 64

Tabla 22. Segunda semana de monitoreo del sistema de tratamiento ..................................... 64

Tabla 23. Tercera semana de monitoreo del sistema de tratamiento ...................................... 65

Tabla 24. Cuarta semana de monitoreo del sistema de tratamiento ....................................... 65

Tabla 25. Quinta semana de monitoreo del sistema de tratamiento ........................................ 66

Tabla 26. Sexta semana de monitoreo del sistema de tratamiento .......................................... 66

Tabla 27. Promedio general del monitoreo. ............................................................................ 67

Tabla 28. Cantidad de usos del baño durante el tiempo de monitoreo ................................... 72

LISTA DE GRÁFICAS

Grafica 1. Etapas de actividad del sistema de tratamiento anaerobio del baño portátil ....... 28

Grafica 2. Comportamiento del pH en el tratamiento de lodos activados ............................. 42

Grafica 3. Comportamiento de la temperatura ....................................................................... 42

IX

Grafica 4. Comportamiento de los Ácidos grasos volátiles y los Solidos suspendidos totales

....................................................................................................................................................... 43

Grafica 5. Comportamiento de la DQO y la DBO en el tratamiento anaerobio .................... 43

Grafica 6. Comportamiento de los Coliformes Totales en el tratamiento anaerobio ............ 44

Grafica 8. Comportamiento de la DBO a través del tiempo de monitoreo ............................ 69

Grafica 9. Comportamiento de la DQO a través del tiempo de monitoreo ............................ 71

Grafica 10. Comportamiento de los sólidos suspendidos totales a través del tiempo de

monitoreo ...................................................................................................................................... 71

Grafica 11. Cantidad de usos del baño durante la semana de monitoreo .............................. 72

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Etapas de la digestión anaerobia ............................................................................ 12

Figura 2. Esquema de transferencia de oxígeno .................................................................... 14

Figura 3. Parámetros de diseño y operación de procesos de lodos activados ....................... 16

Figura 4. Diseño modular del baño portátil ........................................................................... 31

Figura 5. Instalaciones sanitarias que componen el baño portátil ........................................ 33

Figura 6. Estructura general del baño, vista lateral .............................................................. 33

Figura 7. Estructura general del baño, vista frontal .............................................................. 34

Figura 8. Estructura general del baño portátil, vista trasera ................................................ 34

Figura 9. Reactor anaerobio. Vista longitudinal .................................................................... 35

Figura 10. Reactor anaerobio. Vista en planta ...................................................................... 35

Figura 11. Sistema de Cloración ............................................................................................ 36

Figura 12.Etapas de actividad del baño portátil .................................................................... 52

Figura 13. Sistema de tratamiento lodos activados. Vista en longitudinal ............................ 56

X

Figura 14. Sistema de tratamiento de lodos activados. Vista en planta ................................. 57

Figura 15. Lechos de secado. Vista frontal ............................................................................ 60

Figura 16. Tubería de drenaje para los lixiviados ................................................................. 60

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A. Manual de Funcionamiento y Mantenimiento del baño Portátil

1

1. RESUMEN

Los baños públicos portátiles son una necesidad básica en la sociedad actual, por esta razón la

empresa Quimerk.LTDA ha propuesto un diseño innovador mediante el cual se pueda hacer el

uso de estos artefactos con un menor impacto ambiental con respecto a los usados

convencionalmente, en primera instancia se evaluó un sistema de tratamiento anaerobio

previamente existente y se determinó que requiere de condiciones poco versátiles para su

correcto funcionamiento, dado que dentro de estas se encuentran un requerimiento especifico de

temperatura ambiente, y generar condiciones que garanticen condiciones anaeróbicas constantes,

ya que a temperaturas bajas de 19°C en general presenta una eficiencia de 49%, realizando una

remoción insuficiente de los parámetros de control, implicando el incumplimiento de la

resolución 1207 del 2014. Se realizó un procedimiento de elección de alternativas teniendo en

cuenta ventajas, desventajas, eficiencia del tratamiento y costo. De acuerdo a esta selección se

determinó que el sistema óptimo e integral para la situación es un tratamiento de lodos activados,

en el presente documento se muestran las características de diseño y funcionamiento de dicho

tratamiento el cual se maneja a una escala micro teniendo en cuenta las dimensiones de un baño

portátil, se maneja un sistema de recirculación de agua para uso del sanitario que cuenta con

tanque de aireación y sedimentación, seguido por una unidad de cloración en línea garantizando

la calidad del agua de contacto secundario, según la resolución 1207 de 2014 por la cual se

adoptan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas. Con un caudal de

0,56 m3/d, se realizó un monitoreo periódico durante 6 semanas a partir de la última semana de

estabilización del tratamiento, evaluando parámetros físico químicos y biológicos dentro de los

que se encuentran coliformes, DBO, DQO, OD, pH Y SST, esto con el fin de determinar la

eficiencia y garantizar la funcionalidad del sistema. De acuerdo a esto se estimó que la eficiencia

2

del sistema en general es de 90%, obteniendo datos finales promedio de 47 mgDQO/L y 1464

NMP/100ml de coliformes, respecto a los valores iniciales que fueron de 451 mgDQO/L y 14425

NMP/100ml, cumpliendo así con la norma de reúso de agua residual y prestando un servicio

seguro y de calidad a los usuarios del baño. Cabe resaltar que el sistema funciona siempre y

cuando se cumplan con los parámetros de seguimiento y mantenimiento establecidos para el

mismo. Finalmente se determina que es posible la adaptación de baños portátiles a través de

sistemas de tratamiento que generen menores impactos ambientales prestando un servicio

óptimo.

Palabras clave: Baño portátil, tratamiento biológico, lodos activados, recirculación, agua

residual.

3

2. ABSTRACT

The public robots are a basic company in today's society, for this reason the company

Quimerk.LTDA has proposed an innovative design by which you can make use of these devices

with a lower environmental impact with respect to those used conventionally, in First Instance

the previously existing anaerobic treatment system was evaluated and it was determined that it

requires little versatile conditions for its correct operation, given that within these are a specific

requirement of ambient temperature, and generate conditions that guarantee constant anaerobic

conditions , since at low temperatures of 19 ° C in general it presents an efficiency of 49%,

making a removal of the control parameters, implying non-compliance with resolution 1207 of

2014. A selection procedure was carried out taking into account advantages, disadvantages ,

treatment efficiency and cost According to this selection was determined that the optimum

system and the integral for the situation is a treatment of activated sludge, in this document the

design and operation characteristics of said treatment that can be managed on a micro scale

taking into account the dimensions of a portable bath, a water recirculation system is used for the

use of the sanitary ware that has an aeration and sedimentation tank, followed by an online

chlorination unit that guarantees the quality of the secondary contact water, according to the

resolution 1207 of 2014 by which they adopt provisions related to the use of treated wastewater.

With a flow rate of 0.56 m3 / d, extraordinary measures were taken for 6 weeks from the last

week of stabilization of the treatment, evaluating physical and biological physical parameters,

including coliforms, BOD, COD, OD, pH And SST, this in order to determine the efficiency and

guarantee the functionality of the system. According to this, it was estimated that the System

Efficiency is generally 90%, obtaining Average Final Data of 47 mgDQO / L and 1464 NMP /

100 ml of coliforms, with respect to the Initial Values That were 451 mgDQO / L and 14,425

4

NMP / 100ml, thus complying with the norm of reuse of residual water and providing a safe and

quality service to bathroom users. It should be noted that the system works as long as the

monitoring and maintenance parameters for it are met. Finally, it was determined that it is

possible to adapt portable toilets through treatment systems that generate a lower environmental

impact.

Keywords: Portable bath, biological treatment, activated sludge, recirculation, waste water.

5

3. INTRODUCCIÓN

En la actualidad los baños portátiles convencionales funcionan por medio de tratamientos

químicos, que consisten en biocidas, colorantes y tensoactivos, dentro de los cuales se

encuentran: el formaldehido, glutaraldehido, bronopol, sales de amonio cuaternario y

clorotiazaazonia, introducidos debidamente en la cavidad inferior del dispositivo, con el fin de

que allí se realice el proceso de degradación de la materia orgánica proveniente de las heces

fecales y así mismo combatir las bacterias Gram positivas que producen los olores de estos

residuos, hay que mencionar que las sustancias químicas empleadas suelen ser de color azul, ya

que a través de esto se busca disimular los desechos que han sido depositados. Una vez

alcanzada la capacidad máxima del depósito inferior con el agua residual generada, se debe

realizar una extracción de todo el material, por medio de un vehículo especializado denominado

vactor, el cual debe disponer el efluente en una planta de tratamiento, esta operación debe

hacerse por lo menos cada 3 días, lo que implica por una parte elevados costos de mantenimiento

y un alto impacto ambiental dado que este es considerado un vertimiento de carácter industrial

por el tipo de sustancias utilizadas en los baños químicos.

El presente proyecto, consistió en el diseño e implementación de un sistema de tratamiento

eficiente para el manejo de las aguas residuales provenientes del uso de un baño portátil,

mediante el empleo de un tratamiento biológico de lodos activados.

Para dar desarrollo a esto, en primer lugar se realizó una evaluación de parámetros

fisicoquímicos del agua residual en el afluente y efluente del tratamiento que inicialmente fue

planteado por la empresa Quimerk LTDA, esto con el fin de determinar la eficiencia de remoción

con la cual estaba trabajando el diseño establecido. Una vez analizados los resultados obtenidos

de la caracterización de los parámetros fisicoquímicos, se llevaron a cabo las modificaciones

6

necesarias al tratamiento, para así optimizar su funcionamiento; por lo tanto se implementó un

proceso biológico, en el cual un cultivo aeróbico de microorganismos en suspensión se encargan

de oxidar la materia orgánica disuelta y así mismo producir biomasa celular, cuya finalidad es

generar un clarificado que se caracteriza principalmente por su bajo contenido en DBO, solidos

suspendidos y turbiedad, lo cual es dado gracias al proceso de aireación que se da entre la mezcla

de los lodos activados y el agua residual que ingresa al tratamiento.

El interés en hacer este proyecto es desarrollar un proceso de tratamiento de agua residual

netamente sustentable, en el cual no intervengan productos químicos que afecten de alguna

manera el agua residual que será descargada posteriormente, y así mismo procurar reducir los

costos de mantenimiento a los cuales está sujeto comúnmente un baño portátil convencional.

7

4. OBJETIVOS

Objetivo General

Implementar un sistema de tratamiento biológico para aguas residuales de un baño público

portátil.

Objetivos Específicos

Conocer el estado actual del uso y disposición del agua en el empleo de baños

portátiles, a través de un diagnóstico.

Determinar las unidades y cambios necesarios en las mismas que permitan cumplir de

forma teórica el objetivo de calidad del agua para vertimiento.

Evaluar las modificaciones realizadas mediante una prueba piloto para así determinar

la eficiencia del sistema.

8

5. MARCO TEÓRICO

5.1.BAÑOS PORTÁTILES

Los baños portátiles o baños químicos son unidades de saneamiento que consisten en un

dispositivo sanitario, el cual se ubica sobre un tanque hermético que se encarga de almacenar las

excretas y donde generalmente hay una solución química que facilita la digestión de la materia

orgánica, y por tanto contribuye a la disminución de los malos olores que se puedan generar.

Estos baños químicos se han adaptado como soluciones temporales cuando las letrinas de pozo o

los tanques sépticos resultan inadecuados o inaceptables, a su vez, se han venido implementando

en lugares donde se llevan a cabo actividades de ocio y donde se realizan construcciones.

(ECOLECTA, 2015)

El contenido inicial de la sustancia química empleada en el tratamiento de este tipo de baños,

alcanza un tratamiento eficaz de hasta 40 o 160 usos (ECOLECTA, 2015), después de esta

cantidad, puede que empiece a fallar el sistema lo que genera la presencia de malos olores y

condiciones sanitarias no favorables, razón por la cual estos deben ser revisados y vaciados

regularmente, para así prevenir la colmatación del sistema y por ende evitar generar problemas

de saneamiento en el lugar de instalación. (-OPS/OMS, 2006)

5.2.AGUA RESIDUAL DOMESTICA

Estas son las procedentes de los hogares, así como, las de las instalaciones en las cuales se

desarrollan actividades industriales, comerciales o de servicios y que correspondan a: descargas

de los retretes y servicios sanitarios y adicionalmente descarga de los sistemas de aseo personal

(duchas y lavamanos), de las áreas de cocinas y cocinetas, de las pocetas de lavado de elementos

de aseo y lavado de paredes y pisos y del lavado de ropa. (Sostenible, 2015)

9

En relación con lo anterior y teniendo en cuenta el funcionamiento de los baños portátiles,

existen parámetros fisicoquímicos que determinan la calidad del agua residual, los cuales son:

Ácidos grasos volátiles: Son un subgrupo de ácidos grasos con cadenas carbonadas de menos

de seis carbonos. Su volatilidad se debe a la corta cadena carbonada que poseen, en contraste con

los ácidos grasos de cadena larga, que son sólidos a temperatura ambiente. Estos constituyen los

principales productos de la fermentación animal, principalmente de los hidratos de carbono.

(Ministerio de Desarrollo Economico, 2000)

Coliformes: Bacterias gram negativas de forma alargada capaces de fermentar lactosa con

producción de gas a la temperatura de 35 o 37ºC (coliformes totales). Aquellas que tienen las

mismas propiedades a la temperatura de 44 o 44.5ºC se denominan coliformes fecales. Se

utilizan como indicadores de contaminación biológica. (Ministerio de Desarrollo Economico,

2000)

Demanda bioquímica de oxigeno: Cantidad de oxígeno usado en la estabilización de la

materia orgánica carbonácea y nitrogenada por acción de los microorganismos en condiciones de

tiempo y temperatura especificados (generalmente cinco días y 20 ºC). Mide indirectamente el

contenido de materia orgánica biodegradable. (Ministerio de Desarrollo Economico, 2000)

Demanda química de oxigeno: Medida de la cantidad de oxígeno requerido para oxidación

química de la materia orgánica del agua residual, usando como oxidantes sales inorgánicas de

permanganato o dicromato en un ambiente ácido y a altas temperaturas. (Ministerio de

Desarrollo Economico, 2000)

pH: Logaritmo, con signo negativo, de la concentración de iones hidrógeno, en moles por

litro. (Ministerio de Desarrollo Economico, 2000)

10

Solidos suspendidos totales: Los sólidos suspendidos son transportados gracias a la acción

de arrastre y soporte del movimiento del agua; los más pequeños (menos de 0.01 mm) no

sedimentan rápidamente y se consideran sólidos no sedimentables. Los sólidos coloidales

consisten en limo fino, bacterias, partículas causantes de color, virus, etc., los cuales no

sedimentan sino después de periodos razonables, y su efecto global se traduce en el color y la

turbiedad de aguas sedimentadas sin coagulación. (H, 2007)

Temperatura: es una magnitud referida a las nociones comunes de calor del agua medible

mediante un termómetro. (Martinez, 2001)

5.3.TRATAMIENTO ANAEROBIO

La Digestión Anaerobia es el proceso fermentativo que ocurre en el tratamiento anaerobio de

las aguas residuales. El proceso se caracteriza por la conversión de la materia orgánica a metano

y de CO2, en ausencia de oxígeno y con la interacción de diferentes poblaciones bacterianas.

La digestión anaerobia es un proceso de transformación y no de destrucción de la materia

orgánica, como no hay presencia de un oxidante en el proceso, la capacidad de transferencia de

electrones de la materia orgánica permanece intacta en el metano producido. En vista de que no

hay oxidación, se tiene que la DQO teórica del metano equivale a la mayor parte de la DQO de la

materia orgánica digerida (90 a 97%), una mínima parte de la DQO es convertida en lodo (3 a

10%). En las reacciones bioquímicas que ocurren en la digestión anaerobia, solo una pequeña

parte de la energía libre es liberada, mientras que la mayor parte de esa energía permanece como

energía química en el metano producido. (Rodriguez., 2013)

5.3.1. Degradación anaerobia de la materia orgánica

La degradación anaerobia de la materia orgánica requiere la intervención de diversos grupos

de bacterias facultativas y anaerobias estrictas, las cuales utilizan en forma secuencial los

11

productos metabólicos generados por cada grupo. La digestión anaerobia de la materia orgánica

involucra tres grandes grupos tróficos y cuatro pasos de transformación:

1. Hidrólisis

Grupo I: bacterias hidrológicas

2. Acidogénesis

Grupo I: bacterias fermentativas

3. Acetogénesis

Grupo II: bacterias acetogénicas

4. Metanogénesis

Grupo III: bacterias metanogénicas

El proceso se inicia con la hidrólisis de polisacáridos, proteínas y lípidos por la acción de

enzimas extracelulares producidas por las bacterias del Grupo I. Los productos de esta reacción

son moléculas de bajo peso molecular como los azúcares, los aminoácidos, los ácidos grasos y

los alcoholes, los cuales son transportados a través de la membrana celular; posteriormente son

fermentados a ácidos grasos con bajo número de carbonos como los ácidos acéticos, fórmico,

propiónico y butírico, así compuestos reducidos como el etanol, además de H2 y CO2. Los

productos de fermentación son convertidos a acetato, hidrógeno y dióxido de carbono por la

acción de las bacterias del Grupo II, las cuales son conocidas como “bacterias acetogénicas

productoras de hidrógeno”. Finalmente las bacterias del Grupo III o metanogénicas convierten el

acetato a metano y CO2, o reducen el CO2 a metano, como se puede observar en la Figura 1.

Etapas de la digestión anaerobia. Estas Transformaciones involucran dos grupos metanogénicos

que son los encargados de llevar a cabo las transformaciones mencionadas anteriormente:

acetotróficas e hidrogenotróficas. En menor proporción, compuestos como el metanol, las

12

metilaminas y el ácido fórmico pueden también ser usados como sustratos del grupo

metanogénico. (Baez, 2002)

Figura 1. Etapas de la digestión anaerobia

Fuente: (J., 1997)

5.3.2. Reactores biológicos anaerobios

Los reactores biológicos se dividen en dos generaciones, de acuerdo a los tipos de cambios

que se lleven en su interior, es importante tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño:

• Tiempo de Retención Hidráulica (TRH): Es la relación entre el volumen y la media de la

carga.

• Tiempo de Retención de Sólidos (TRS): Representa la media del tiempo de retención de los

microorganismos en el biodigestor.

•SSV: Sólidos Suspendidos Volátiles

•SS: Sólidos en Suspensión

•VD: Volumen del biodigestor.

13

La forma más general de agrupar y clasificar esos sistemas es como biodigestores de primera

generación y de segunda generación tal como se evidencia en la siguiente tabla. (Granda, 2012)

Tabla 1. Biodigestores de primera y segunda generación

1ra Generación

2da generación

Con crecimiento de

soporte Con crecimiento disperso

- Tanques

sépticos

- Lagunas

anaerobias

- Lagunas

facultativas

- Lecho fijo

- Lecho fluizado o expandido

- Filtro anaerobio con carbón

activado

- Inmovilización de

microorganismos

- Asociado a partículas

suspendidas

- Reactor de contacto

- Columna de plato

- Lodo activado anaerobio

- UASB

- EGSB

- De mezcla completa(CSTR)

- Con ascensión de gas Modificado

de alta velocidad

- Membrana

- Flujo horizontal con deflectores

- Dos etapas

- Percolador en serie

- Tubular inclinado

Fuente: (Granda, 2012)

5.4.LODOS ACTIVADOS

El proceso de lodos activados fue desarrollado en inglaterra, en 1914 por Arderen Ilockett.

Todos estos procesos tienen en común el contacto de aguas residuales con floc biológico, el cual

es formado previamente en un tanque de aireación. El lodo activado consiste en una masa

floculenta de microorganismos, materia orgánica muerta y materiales inorgánicos; tienen la

propiedad de poseer una superficie altamente activa para la adsorción de materiales coloidales y

suspendidos, a la cual se debe su nombre de activado. El resultado final es una porción de

materia orgánica suseptible de descomposición biológica, convertida en compuestos inorgánicos

y el resto, transformada en lodo activado adicional. (John Albert Bermúdez Arroyo, 2011)

14

En el proceso de lodos activados las bacterias constituyen el grupo más importante de

microorganismos debido a que es trasendental su función en la estabilización del material

orgánico y en la formación del floc de lodo activado (Jenifer Jurado Lara, 2017). Se ha

encontrado una gran variedad de especies de bacterias en lodos activados, siendo muy comunes

las de los generos Alcaligenes, Flavobacterium, Bacillus, Psudomonas. En el proceso de

purificacion son importantes las bacterias nitrificantes; tales como Nitrosomonas y Nitrobacter,

al igual que la Zooglea, Ramigera, considerada como el organismo principal en la formacion de

lodo activo por su gran habilidad para formar floc biologico sin que esto indique que es el ultimo

organismo capaz de formar floc. (Ortiz, 2004)

La comunidad de los lodos activados puede ser muy variable y depende de:

- Naturaleza del suministro de alimento

- Concentracion del alimento

- Turbulencia

- Temepratura

- Tiempo de aireacion

- Concentracion de lodos

El proceso de lodos activados es un proceso aerobio, ya que el floc microbial se mantine

siempre en suspensión en la mezcla aereada del tanque en presencia de oxigeno disuelto. La

transferencia de oxigeno ocurre en dos etapas que se presentan acontinuacion:

CÉLULAS

BIOLÓGICAS

Utilización de

Transferencia de oxigeno Burbuja

de aire O

Figura 2. Esquema de transferencia de oxígeno

Fuente: (Ortiz, 2004)

15

Las burbujas de aire se crean, mediante aire comprimido, a través de un difusor o por medio

de aeración mecánica para introducir oxígeno en el líquido mediante mezcla turbulenta. La tasa

de utilización del oxígeno disuelto es esencialmente una función de la relación

alimento/microorganismo (DBO/SSML), del tiempo de aireación y de la temperatura.

5.4.1. Sistemas convencionales de lodos activados.

Un sistema convencional de lodos activados, cuenta con un tanque de aireación, sedimentador

y un sistema de recirculación de lodos activados. Los lodos recirculados y el agua residual

proveniente del sedimentador primario, entran en el tanque de aireación donde son aireados y

mezclados a medida que la mezcla liquida (lodos + agua residual) fluye a lo largo del tanque.

Los microorganismos estabilizan aerobiamente la materia orgánica en el tanque de aireación y

fluyen al sedimentador secundario, donde el floc biológico es separado del agua residual,

dejando un efluente claro de bajo contenido orgánico. Una porción de los lodos es recirculada al

tanque de aireación como simiente y el exceso enviado al sistema de tratamiento y disposición de

lodos.

El sistema de aireación de un sistema convencional de lodos activados, puede estar

constituido por difusores o aireadores mecánicos, en ellos se puede lograr una eficiencia en la

remoción de DBO5 entre el 85 y 95% para un tiempo de retención hidráulico, que puede estar

entre 4 a 8 horas. El tanque de aireación por lo general tiene una forma alargada, con una

relación ancho/largo de 1:5, ya que esta geometría determina que el régimen de flujo hidráulico

sea de flujo pistón. Como se mencionó en el sistema convencional, el tanque de aireación tiene

un tamaño fijo y por consiguiente un tiempo de retención fijo para un caudal determinado. Lo

que significa que el tiempo para la actividad biológica estará limitado a un periodo fijo para cada

caudal de entrada. Dentro de dicho periodo de retención se efectuara la actividad biológica de los

16

microorganismos, los cuales pasan por diferentes fases de desarrollo, dependiendo de la relación

alimento/microorganismos (A/M) y demás condiciones ambientales. (Romero, 2005)

La alimentación del líquido residual y la recirculación de lodos, se efectúa por uno de los

extremos, mientras que la salida del líquido tratado se produce por el extremo opuesto. La

concentración de materia orgánica y el requerimiento de oxigeno es muy elevado en la zona de

entrada del reactor, debido a que como se efectúa la alimentación del líquido residual. Es usual

que en este tipo de procesos se produzca un déficit en el suministro de oxígeno en la zona de

entrada y exceso del mismo en la zona de salida. (Yepes, 2015)

5.4.2. Parámetros para el diseño del sistema

Tiempo de retención: El tiempo de retención es la relación expresada en horas entre el

volumen y el caudal del tanque de aireación. Es función de la DBO del agua residual

afluente y representa el tiempo que el sustrato introducido debe permanecer en el reactor.

Se debe tener suficiente tiempo para que las bacterias asimilen la materia orgánica que

contiene el agua residual. Si el tiempo de retención es muy corto no se removerá toda la

materia orgánica y la DBO del efluente será alta. (Yepes, 2015)

Figura 3. Parámetros de diseño y operación de procesos de lodos activados

Fuente: (Romero, 2005)

17

Carga orgánica volumétrica: es el producto de la concentración de DQO o DBO por el

caudal. La carga orgánica volumétrica se refiere al caudal o masa de un parámetro por

unidad de volumen y por unidad de tiempo. El tiempo de retención y la carga orgánica

volumétrica son dos parámetros que tienen una estrecha relación, ya que a más carga

volumétrica en el reactor, el tiempo de retención será disminuido. Así mismo, para

mantener un proceso estable, se debe escoger un tiempo de retención que impida salida

de sustrato digerido y de las bacterias del proceso. Con tiempos de retención muy

pequeños, sólo se digerirá una parte del sustrato y las eficiencias del tratamiento serán

insuficiente. (Yepes, 2015)

Relación Alimento/Microorganismo (A/M): La relación (A/M) se define como la

cantidad de comida disponible por unidad de biomasa que reciben diariamente los

microorganismos. Cabe anotar que la DBO no es constante durante el día; este patrón

podría presentar variaciones y dentro del sistema de control del tratamiento, en algunos

casos no se acierta con la carga deseada. Para una operación conveniente del sistema de

lodos activados, es necesario que los microorganismos tengan la cantidad adecuada de

alimento; poco o demasiado alimento causa problemas de sedimentación en el

clarificador. Altos índices de A/M favorecen la sedimentación y bajos índices de A/M

muestran muerte de microorganismos lo que da a entender que hay un flujo de agua muy

disperso. (Yepes, 2015)

5.5.DESINFECCIÓN

Debido a que la presencia de microorganismos patógenos en el agua genera problemas

agudos, se da mucho énfasis en la desinfección del pos tratamiento de agua. La desinfección

mata o inactiva organismos causantes de enfermedades, más que la efectividad de la

18

desinfección, se juzga la capacidad de controlar a los organismos, que son las bacterias

coliformes totales y fecales. (Armando Marín Ocampo & Manuel Osés Pérez, 2013)

Estos organismos son inocuos al ser humano, pero su presencia indica que organismos

patógenos pueden estar presentes o haber sobrevivido a la desinfección. Como sustancias viables

para la desinfección, existen el cloro (por medio de cloro gas, hipoclorito de sodio o hipoclorito

de calcio y cloramina). (Armando Marín Ocampo & Manuel Osés Pérez, 2013)

5.5.1. Factores que influyen en la desinfección

Los microorganismos presentes y su comportamiento: el tipo de microorganismos

presentes en el agua tiene influencia definitiva en el proceso de desinfección. La reacción

de los microorganismos frente a un desinfectante parece estar determinada por la

resistencia de sus membranas celulares a la penetración del mismo y por la relativa

afinidad química con las sustancias vitales del microorganismo.

Las bacterias como las del grupo coliforme y las salmonelas son las menos resistentes

a la desinfección, pues su respiración se efectúa en la superficie de la célula. El número

de microorganismos presentes en el agua no afecta el proceso de desinfección. Ello

quiere decir que para matar una gran cantidad de microorganismos se requiere la misma

concentración y tiempo de contacto del desinfectante que para eliminar una cantidad

pequeña, siempre y cuando la temperatura y pH del agua sean los mismos. (Vargas,

2014)

La naturaleza y concentración del agente desinfectante: desinfectantes como el cloro y

derivados pueden formar en el agua una serie de especies químicas cloradas, de diferente

eficiencia desinfectante. Es importante mencionar que la concentración del desinfectante

19

determinará el tiempo de contacto necesario para destruir todos los microorganismos

presentes en el agua. (Vargas, 2014)

La temperatura del agua: la temperatura generalmente favorece el proceso de

desinfección. Aunque en el caso de tener desinfectantes de tipo gaseoso, se debe tener en

cuenta que este es inversamente proporcional a la temperatura y variara

considerablemente según los grados centígrados que se tengan. (Vargas, 2014)

La naturaleza y calidad del agua: la materia en suspensión puede proteger a los

microorganismos existentes en el agua e interferir en la desinfección. La materia orgánica

puede reaccionar con los desinfectantes químicos y cambiar su estructura. En ciertos

casos, si en el agua persisten compuestos orgánicos que no han sido removidos en los

procesos previos a la desinfección, se pueden generar derivados tóxicos o compuestos

que confieren sabor u olor al agua, muchos de ellos desagradables, lo que cambiaría su

calidad organoléptica. (Vargas, 2014)

El pH: el pH del agua es de suma importancia para la vida de los microorganismos

acuáticos, ya que valores muy altos o muy bajos ofrecen a los microorganismos un medio

adverso, con excepción de los quistes de amebas, que soportan pH tan altos como 13 ó

tan bajos como 1. De acuerdo con su naturaleza, cada desinfectante tiene un rango de pH

de mayor efectividad. Sin embargo, la práctica demuestra que cuanto más alcalina es el

agua requiere mayor dosis de desinfectante para una misma temperatura y tiempo de

contacto. (Vargas, 2014)

El tiempo de contacto: cuanto mayor es el tiempo de contacto, mayor será la posibilidad

de destrucción de los microorganismos para una cierta dosis de cloro aplicado. (Vargas,

2014)

20

Cloro residual total: se define como cloro residual total al cloro remanente después de

tratar con cloro o hipoclorito. Comprende el cloro libre y el cloro combinado. Todos los

métodos comunes para medir cloro residual dependen de su capacidad oxidante.

Cualquier otro agente oxidante presente puede interferir con la prueba. Las interferencias

más comunes son con el manganeso valencias por encima de 2 y con los nitritos también

esta forma de cloro se puede analizar con el método de almidón- yoduro este método se

usa, y se basa en la capacidad oxidante de los cloros residuales libre y combinado para

convertir el ion yoduro a yodo libre. (Molina, 2010)

El método de almidón-yoduro proporciona un medio para la medición cuantitativa del

cloro residual total si el yodo liberado se titula con una solución normal de un agente

reductor. El reactivo usual es el tiosulfato de sodio y el punto final está indicado por la

desaparición del color azul.

Cloro residual combinado: se define como cloro combinado al cloro residual que existe

en el agua en combinación química con el amoniaco un compuesto orgánico nitrogenado.

(Molina, 2010)

Cloro residual libre: se define como cloro libre al cloro residual que existe en el agua en

forma de ácido hipocloroso e ion hipoclorito esta forma de cloro se puede determinar por

medio de la técnica del DPD, ya que podemos valorar exactamente el contenido en CRL

del agua, separadamente del contenido en CRC. El DPD, a pH= 6.2-6.5, da una

coloración roja, proporcional a la concentración de CRL, que puede valorarse

volumétricamente con una solución de sulfato ferroso amoniacal, o semi-

cuantitativamente por comparación con una escala de color. (Molina, 2010)

21

Demanda de cloro: la demanda de cloro del agua es la diferencia entre la cantidad de

cloro aplicada y la cantidad de cloro libre, combinado o total disponible, remanente al

finalizar el periodo de contacto (Francisco José Guerra Millán, 2008).

Las mediciones de la demanda de cloro se pueden hacer fácilmente tratando una serie de

muestras del agua en cuestión, con dosis conocidas pero variables de cloro o hipoclorito.

Las muestras de agua deben estar a una temperatura dentro del margen de interés, y

después del periodo de contacto deseado, la determinación del cloro residual en las

muestras indicará cuál dosis satisfizo los requerimientos de la demanda de cloro, en

términos del cloro residual deseado (Molina, 2010).

5.5.2. Reactividad del cloro

a. Reacción del cloro con el agua.

Cuando el cloro (Cl2) se añade al agua tiene lugar a dos reacciones: hidrólisis e ionización.

Hidrólisis

Cl2+H2O HCLO + H+ + Cl- K= 4.5*10-4

Como el valor de la constante de equilibrio es alto, se puede ver reflejado que la

concentración de Cl2 se va a disociar en gran cantidad en el agua

Ionización.

HCLO H+ + CLO- Ki= 3.7*10-8

A pH bajos el ácido hipocloroso se encuentra predominante, a pH de 8 predominan los

iones de hipoclorito

b. Bicarbonatos y Carbonatos.

Como se observó anteriormente cuando se agrega Cl2 al agua, esta forma ácido

clorhídrico y este reacciona con carbonatos o bicarbonatos si la cantidad de cloro es

22

importante se debe tener en cuenta la acidez y si esta es muy alta se tendrá en cuenta un

tratamiento neutralizador.

c. Sulfuros.

Estos pueden estar presentes en el agua procedentes de aguas profundas, de capas con

piritas o con materia orgánica.

H2S + 4HOCL H2SO4 + HCL

d. Hierro y Magnesio.

Estos compuestos se encuentran en agua solubilizados en su forma reducida Fe++ y

Mn++, pero cuando están en presencia del cloro se oxidan pasando a Fe3+ y Mn4+ los

cuales precipitan si el pH es bastante elevado, esto permite su eliminación.

e. Amoniaco.

La presencia de este compuesto se relaciona con la presencia de materia orgánica,

también está la presencia de concentraciones significativas de nitrógeno en forma de

amoniaco o de nitrato. El ácido hipocloroso es muy occidente activo el cual reaccionara

con el amoniaco y formara 3 reacciones sucesivas:

NH3 + HOCL NH2Cl (monocloramina) + H2O

NH2Cl + HOCl NHCl2 (dicloramina) + H2O

NHCl2 + HOCl NCl3 (tricloruro de nitrógeno) + H2O

Estas reacciones dependen del pH y de la temperatura

f. Reacción del cloro con compuestos orgánicos disueltos en el agua.

23

Cuando los efluentes son tratados con cloro se ha visto que se generan compuestos clorados,

los cuales se forman por la presencia de ácidos fúlvicos con sustancias químicas como los

trialometanos y por presencia de compuestos como acetilénicos de bajo peso molecular.

g. Acción bactericida del cloro y sus compuestos.

El cloro y su desinfección son considerados una acción físico-química, el cual traspasa la

pared celular y luego ataca a las enzimas lo cual provoca la muerte del microorganismo. La

rapidez de desinfección del cloro depende de la temperatura del agua y esta aumenta con las altas

temperaturas de la misma.

5.6.MARCO LEGAL

La normatividad Colombiana vigente que se ha emitido en relación con la calidad del recurso

hídrico es amplia, por lo cual, a continuación se muestran las principales normas que tienen

relación con el objeto de estudio.

Tabla 2. Marco legal

TIPO

JURÍDICO NORMA TÍTULO OBJETO DE LA NORMAL

Decreto

3930 de

2010

Por el cual se reglamenta

parcialmente el Título I de

la Ley 9ª de 1979, así como

el Capítulo II del Título VI -

Parte III- Libro II del

Decreto-ley 2811 de 1974

en cuanto a usos del agua y

residuos líquidos y se dictan

otras disposiciones.

El presente decreto establece

las disposiciones relacionadas

con los usos del recurso hídrico,

el Ordenamiento del Recurso

Hídrico y los vertimientos al

recurso hídrico, al suelo y a los

alcantarillados.

24

Continuación Tabla 3. Marco legal

TIPO

JURÍDICO NORMA TÍTULO OBJETO DE LA NORMAL

Resolución 1207 de

2014

Por la cual se adoptan

disposiciones relacionadas

con el uso de aguas

residuales tratadas.

La presente resolución tiene

por objeto establecer las

disposiciones relacionadas con

el uso del agua residual tratada y

no aplica para su empleo como

fertilizante o acondicionador de

suelos.

Resolución 631 de

2015

Por el cual se establecen

los parámetros y los valores

límites máximos permisibles

en los vertimientos

puntuales a cuerpos de agua

superficiales y a los

sistemas de alcantarillado

público y se dictan otras

disposiciones.

La presente resolución

establece los parámetros y los

valores límites máximos

permisibles que deberán cumplir

quienes realizan vertimientos

puntuales a los cuerpos de agua

de aguas superficiales y a los

sistemas de alcantarillado

público. Igualmente se

establecen los parámetros objeto

de análisis y reporte por parte de

las actividades industriales como

a comerciales o servicios, de

conformidad con el artículo 18

de la presente resolución.

Fuente: Autores

25

6. METODOLOGÍA

Para llevar a cabo el desarrollo del proyecto se seleccionó una metodología de tipo cualitativa

y de caso; la primera se eligió dado a que se realizó la caracterización de parámetros

fisicoquímicos, para proporcionar su posterior análisis y determinación de la eficiencia; y de

caso, ya que se analizan y formulan alternativas que conducen al mejoramiento del sistema de

tratamiento empleado en el baño portátil. El proyecto se llevó a cabo en 4 fases, las cuales son:

1. Fase 1: Diagnostico preliminar.

2. Fase 2: Revisión y elección de alternativas.

3. Fase 3: Etapa de diseño.

4. Fase 4: Evaluación de la eficiencia.

Fase No. 1 - Revisión documental:

Se realizó una revisión bibliográfica mediante la cual se buscó afianzar conocimientos acerca

de sistemas de tratamiento de aguas residuales para baños portátiles y manejo de lodos residuales

productos del tratamiento. Así como también la obtención de información acerca de materiales

indicados para la implementación del sistema.

Diagnostico preliminar y monitoreo inicial.

Por medio de la revisión del funcionamiento inicial del sistema de tratamiento se estableció

un diagnostico preliminar acerca del sistema de tratamiento utilizado inicialmente, para

determinar esto se llevaron a cabo las siguientes actividades:

- Descripción de los sistemas de tratamiento iniciales teniendo en cuenta el sistema de

tratamiento anaerobio para aguas residuales y la unidad de desinfección posterior.

- Elaboración de memorias de cálculo y planos con respecto al diseño inicial.

26

- Se estableció un plan de monitoreo, bajo el cual se determinó la eficiencia del diseño

inicial, por medio de una caracterización fisicoquímica del agua que llega a los sistemas

de tratamiento de aguas residuales a partir del análisis de los siguientes parámetros,

teniendo en cuenta sus respectivos métodos:

Ph: Método electrométrico- Multiparametro Hanna.

Temperatura: Método electrométrico- Multiparametro Hanna.

DQO: Nanocolor y Hach

DBO5: Incubación por 5 días, botella Velp.

Solidos suspendidos: Diferencia de pesos

Coliformes: Técnica de sustrato definido por el método de número más probable.

El plan de monitoreo se planteó a través de la determinación de parámetros fisicoquímicos

disponibles en el laboratorio; ya que se deben tener en cuenta estos mismos para evaluar las

posibles afectaciones a la salud humana, dado a que dentro de su proceso se recircula el agua,

siendo esta un agua de contacto secundario.

- Se establecieron periodos de muestreo que fueron determinados teniendo en cuenta los

tiempos de funcionamiento y estabilización del sistema.

Fase No. 2 - Revisión y elección de alternativas

Se realizó un análisis detallado de la información recolectada en la fase anterior con el fin de

establecer la alternativa más acorde con respecto al rediseño del tratamiento inicial buscando

optimizar su eficiencia. Esto se llevó a cabo a través de una matriz de ponderación mediante la

cual se evaluaron las alternativas por medio de valores previamente establecidos.

27

Fase No. 3 – Diseño

Una vez procesada la información se procedió a realizar el diseño del sistema de tratamiento y

ensamblaje del baño portátil. Dentro del proyecto se consideran varios diseños independientes

que contemplan:

- Diseño de cabina de baño portátil y sistema de tratamiento aguas residuales.

- Diseño sistema hidráulico de evacuación y recirculación.

- Diseño de tratamiento para lodos residuales del sistema.

- Memorias de cálculo y planos correspondientes a los diseños realizados.

- Elaboración del manual de operaciones y mantenimiento.

Fase No. 4 – Evaluación de la eficiencia

Para esta etapa se planteó un plan de monitoreo para llevar a cabo la caracterización

especifica de los parámetros fisicoquímicos disponibles en el laboratorio para las aguas

residuales en la fase de tratamiento y de recirculación, esto durante periodos de tiempo

previamente establecidos bajo un criterio lógico teniendo en cuenta el funcionamiento del nuevo

diseño.

Se estableció el uso de pruebas piloto de los sistemas de tratamiento planteados, mediante los

cuales pudo comprobarse la eficiencia de los mismos.

28

7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

7.1. DIAGNÓSTICO PRELIMINAR

Con el fin de establecer un diagnóstico inicial en cuanto al funcionamiento y eficiencia del

tratamiento, se realizó un seguimiento del ejercicio del baño portátil teniendo en cuenta sus

características físicas, particularidades de funcionamiento y eficiencia en general del sistema

inicial.

7.1.1. Diagrama de flujo del funcionamiento del baño portátil inicial.

El baño portátil propuesto en el presente proyecto no cuenta con ningún tipo de tratamiento

que implique sustancias químicas, por lo tanto su estructura física y procedimientos internos

difieren de los baños portátiles convencionales.

En el siguiente esquema se presentan las etapas de actividad del baño portátil, teniendo en

cuenta el curso del fluido a tratar.

Grafica 1. Etapas de actividad del sistema de tratamiento anaerobio del baño portátil

Fuente: Autores

1. Descarga de agua en el sanitario después de su uso.

2. Ingreso del afluente al reactor anaerobio de pantalla

para su tratamiento.

3. Tratamiento de desinfección del efluente por

medio de un sistema de cloración.

4. Conducción a sistema de bombeo para posterior reciculacion del fluido.

29

1) En esta etapa el usuario del baño realiza la descarga de agua a través de un sistema de

succión mecánica, accionada por un pedal ubicado en el suelo de la cabina del baño.

2) Una vez realizada la descarga, el afluente ingresa directamente al sistema de tratamiento

de agua residual que consta de un reactor anaerobio de pantalla, el cual está compuesto

por una cámara de sedimentación donde se remueve gran parte de los sólidos

sedimentables; y una cámara de digestión donde se lleva a cabo un proceso de

degradación por parte de microorganismos anaerobios. El sistema cuenta con conductos

para la depuración de los gases producidos a lo largo del proceso. Adicionalmente se

cuenta con un tanque de almacenamiento de agua tratada para posterior uso.

3) Posteriormente se efectúa la desinfección del efluente, por medio de un sistema de

desinfección; Este funciona por erosión de pastillas de hipoclorito de sodio al 15%,

suministradas al sistema, efectuando de esta manera la eliminación de microorganismos

patógenos con el fin de garantizar la calidad del agua para posterior recirculación y uso.

4) En esta etapa el sistema de bombeo se encarga de recircular el agua previamente tratada

para nuevo abastecimiento del sanitario.

7.1.2. Memoria de cálculo del sistema anaerobio

El diseño inicialmente planteado por la empresa Quimerk LTDA, para el tratamiento del agua

residual del baño portátil, constaba de un reactor anaerobio de pantalla, el cual constaba con las

siguientes características de diseño:

30

Tabla 4. Parámetros de diseño del sistema de tratamiento anaerobio

PARÁMETROS DE DISEÑO DE TRATAMIENTO ANAEROBIO

Usuarios U 70 usos/baños*día

Caudal Q

8 L/descarga

0,56 m3/día

5,6E-06 m3/s

0,0056 L/s

Demanda Biológica de Oxigeno en el

Afluente DBO5 213 mg/L

Demanda Química de Oxigeno en el

Afluente So 425 mg/L

Temperatura To 19 °C

Coeficiente de Producción de Sólidos Y 0,1 Kg

SST/KgDQOapl

Coeficiente de Producción de Sólidos en

términos de DQO Yobs 0,21

Kg

DQOlodo/KgDQOa

pl

Concentración esperada para lodo de

descarte C 3 %

Densidad de lodo ᵟ 1020 KgSST/m3

Tiempo Hidráulico de retención THR 12 horas

Profundidad del reactor H 0,7 m

Presión atmosférica del lugar P 1 atm

DQO equivalente del metano K 64 CH4-DQO/mol

constante de los gases ideales R 0,08206 atm*l/mol*ºK

Temperatura en centígrados del lugar T 20 oC

Temperatura T 293 oKelvin

Volumen de agua tratada

0,252 m3

252 L

Borde libre

15 %

0,0378 m3

37,8 L

Volumen de lodos

0,06 %

0,0001512 m3

0,1512 L

Volumen útil 0,2140488 m3

214,0488 L

Fuente: Autores

31

7.1.3. Esquema general del baño portátil

El diseño consiste en un baño portátil que cuenta con un sistema integrado de tratamiento

bilógico y recirculación del efluente, en su diseño inicial funcionaba con un reactor anaerobio de

pantalla para el tratamiento de las aguas residuales y con un sistema de filtración y pulición para

tratamiento de aguas grises.

El baño en su funcionamiento general posee un sistema de tratamiento de aguas residuales, el

cual es el objeto de este proyecto; también está compuesto por un sistema de aguas grises que

funciona de manera adecuada y no requiere de modificaciones, que cuenta con una serie de

filtros de absorción y pulición para posterior reuso, estos tratamientos se emplean con el fin de

garantizar un uso racional del recurso hídrico y así mismo cumplir con los límites permisibles de

calidad establecidos por la ley, garantizando condiciones óptimas del fluido para uso posterior al

tratamiento.

Figura 4. Diseño modular del baño portátil

Fuente: Autores

32

Es un sistema modular de fácil transporte y ensamblaje, fabricado con poliéster reforzado en

fibra de vidrio, está compuesto de un orinal seco, inodoro y lavamanos, en la parte exterior

cuenta con escaleras de acceso y claraboyas de iluminación.

El sistema de tratamiento está diseñado para recibir las descargas de dos unidades sanitarias,

es decir que se cuenta con dos cabinas de baño independientes que son evacuadas al mismo

sistema, el sistema está diseñado para una cantidad total de 35 usos diarios por cabina, es decir

70 usos generales en el día.

Internamente el baño está compuesto por las partes descritas a continuación:

Tabla 5. Instalaciones hidráulicas del baño portátil

Accesorio Dimensiones (m) Descripción

Inodoro

H=0,40m

L=0,55m

A=0,43m2

R=0,14m

Estos accesorios están fabricados con

poliéster reforzado en fibra de vidrio, cuentan

con el debido sistema de abastecimiento de agua

y tubería de drenaje.

Se manejan dimensiones estándar para

sistemas sanitarios de baños portátiles. Lavamanos

R=0,19m

H=0,15m

Orinal

R=0,11m

H=0,40m

H=Altura

L=Lado

A=Ancho

R=Radio

El orinal seco adicionalmente contiene un

accesorio que permite el paso de la orina a través

de un cartucho que contiene en su interior una

trampa química biodegradable que no contamina

y no permite la devolución de olores, este

cartucho tiene una duración para 7000 usos y es

de fácil recambio.

Fuente: Autores

33

Figura 5. Instalaciones sanitarias que componen el baño portátil

Fuente: Autores

Figura 6. Estructura general del baño, vista lateral

Fuente: Autores

34

Figura 7. Estructura general del baño, vista frontal

Fuente: Autores

Figura 8. Estructura general del baño portátil, vista trasera

Fuente: Autores

35

7.1.4. Esquema reactor anaerobio

Las cámaras del reactor están formadas por pantallas donde el agua residual tiene un flujo

horizontal. De esta forma las partículas agrupadas de biomasa pasan de un lado al otro por las

diferentes cámaras para así tratar el afluente proveniente de la descarga del inodoro. Para

facilitar la evacuación de gases, el reactor se encuentra abierto a la atmósfera, esto acelera las

tasas de remoción (Jaramillo, 2005); el principal gas evacuado es el metano (CH4) que por el

tipo de desecho no se producirá en cantidades suficientes para utilizarlo.

Figura 9. Reactor anaerobio. Vista longitudinal

Fuente: Autores

Figura 10. Reactor anaerobio. Vista en planta

Fuente. Autores

36

7.1.5. Esquema unidad de desinfección

La cloración es el método más habitual para la eliminación de microorganismos patógenos del

agua logrando una correcta desinfección a partir de determinadas concentraciones de cloro libre

en un tiempo de contacto determinado.

Figura 11. Sistema de Cloración

Fuente: Autores

7.1.6. Plan de monitoreo

Para conocer la eficiencia del sistema de tratamiento de agua residual incorporado en el baño

portátil y la calidad del agua que está siendo tratada, se llevó a cabo el análisis de parámetros

fisicoquímicos que permitan determinar la capacidad depuradora del tratamiento realizado por el

reactor anaerobio de pantalla e identificar sus posibles fallas.

Para esto se llevaron a cabo muestreos simples en la entrada y la salida del sistema de

tratamiento.

A continuación se hace referencia a los parámetros a evaluar y su justificación, así como el

procedimiento que se llevó acabo para la determinación de los mismos.

37

7.1.6.1.pH

Este es un factor determinante de la actividad enzimática que generan los microorganismos

sobre la materia orgánica, pues su concentración influye directamente en las reacciones

bioquímicas y biológicas que ocurren en el sistema, por lo tanto es un factor que se debe

controlar ya que para un funcionamiento óptimo del tratamiento anaerobio el pH debe

mantenerse entre 6,8 y 7,2, (Simona, 2016) dado que la digestión por parte de las bacterias

acetógenas y metanógenas se dan entre este rango.

7.1.6.2.Temperatura

La temperatura es una de las variables que más influyen en el proceso, pues de esta dependen

las velocidades de reacción con las que se lleva a cabo el proceso biológico; el control de la

temperatura es fundamental en este proceso, por ende se debe tener en cuenta que la etapa

mesofilica debe darse entre 20 y 45°C y la etapa termofilica entre 45 y 50°C (MESSA, 2006), ya

que de esta manera se da el proceso de degradación de la materia orgánica.

7.1.6.3.Demanda Química de Oxigeno (DQO)

Debido a que el tratamiento inicialmente establecido en el baño portátil es anaerobio y no

requiere de oxígeno para la degradación de la materia orgánica es importante hacer el

seguimiento de DBO, con el fin de determinar la eficiencia del tratamiento en estas condiciones.

7.1.6.4.Ácidos grasos volátiles

La concentración óptima de AGV en el efluente debe ser de 300 mg/L y debe mantenerse en

estos niveles, ya que un incremento por encima de la capacidad buffer del sistema tiene un efecto

inhibidor de los compuestos intermedios que se producen en función de su grado de ionización

(MESSA, 2006). Una cantidad excesiva de AGV en el sistema puede ser provocada por la

38

presencia de una carga orgánica muy elevada, por una caída en la temperatura o por la

acumulación de mucha espuma, fundamentalmente.

7.1.6.5.Sólidos suspendidos y totales

La determinación de los sólidos es una prueba indispensable para la operación de reactores

biológicos, que junto con otros parámetros, proporciona información de la eficiencia de

remoción del proceso, e indirectamente, de la concentración de biomasa bacteriana en el reactor.

7.1.6.6.Coliformes

Debe realizarse la evaluación de este parámetro para evaluar la eficiencia de depuración del

sistema de tratamiento empleado y así mismo cerciorarse de que no haya contenido de materia

fecal en el suministro de agua de segundo contacto.

Cuantifica la capacidad del agua residual de neutralizar ácidos. Se mide en mg de CaCO3/L.

Es debida principalmente a la presencia de iones bicarbonato, carbonato e hidroxilo.

A continuación se establecen los volúmenes necesarios para la toma de muestras de los

parámetros anteriormente señalados.

Tabla 6. Volumen de muestra necesaria para determinación de parámetros fisicoquímicos

Parámetro Volumen de

muestra (ml) Preservación

Almacenamiento

máximo

pH 0 Análisis inmediato insitu

Temperatura 0 Análisis inmediato insitu

Solidos

suspendidos y

totales

400 Refrigerar 2 a 7 días

Demanda

Química de

oxigeno (DQO)

20

Analizar lo más pronto

posible, o agregar H2SO4

hasta pH<2; refrigerar.

28 días

39

Continuación Tabla 7. Volumen de muestra necesaria para determinación de parámetros fisicoquímicos

Parámetro Volumen de

muestra (ml)

Preservación Almacenamiento

máximo

Demanda

Biológica de

oxigeno (DBO5)

1000 Refrigerar 48 horas

Ácidos grasos

volátiles 200 Refrigerar 14 días

Coliformes

totales 500

Mantener a temperatura

ambiente 48 horas

Coliformes

fecales 500

Mantener a temperatura

ambiente 48 horas

Fuente: IDEAM

Se estableció un periodo de monitoreo de 2 meses durante los cuales se determinaron las

siguientes frecuencias en cuanto al seguimiento de los parámetros anteriormente mencionados.

Tabla 8. Frecuencias para realizar el monitoreo

Parámetros Unidades Frecuencia

pH NFU 3 veces/ semana

Temperatura °C 1 vez/ semana

Solidos suspendidos y totales mg/L 1 vez/ semana

Demanda Química de oxigeno (DQO) mg/L 3 veces/ semana

Demanda Biológica de oxigeno (DBO5) mg/L 1 vez/ semana

Ácidos grasos volátiles mg/L 1 vez/ semana

Coliformes totales NMP 1 vez/ semana

Coliformes fecales UFC/100 ml 1 vez/ semana

Fuente: Autores

7.1.7. EFICIENCIA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO INICIAL

Teniendo en cuenta el plan de seguimiento y monitoreo de los parámetros especificados se

realizó un análisis de los valores de entrada y salida del tratamiento inicial, y por medio del cual

40

se determinó la eficiencia del sistema; a continuación se presentan los datos obtenidos y la

eficacia calculada.

Para calcular la eficiencia se empleó la siguiente ecuación:

Tabla 9. Resultados del monitoreo durante la primera semana

Semana 1: 09 de enero al 14 de enero

Fecha Parámetros Frecuencia Unidad Entrada Salida % Ef.

09/01/2017

pH 3 veces/ semana Unidades

7,5 4,9 -

12/01/2017 7,2 5,2 -

14/01/2017 7,3 5,1 -

09/01/2017

Temperatura 3 veces/ semana °C

19 19 -

12/01/2017 17,9 18 -

14/01/2017 19 19 -

12/01/2017 A. grasos volátiles 1 vez/ semana mg/L - 2200 -

12/01/2017 SST 1 vez/ semana mg/L 315 148 53

12/01/2017 DQO 2 veces/ semana mg/L

422 235 44

14/01/2017 429 239 44

12/01/2017 DBO 1 vez/ semana mg/L 215 108 50

12/01/2017 Coliformes totales 1 vez/ semana NMP 1,00E+04 5,60E+03 44

Fuente: Autores

Tabla 10. Resultados del monitoreo durante la segunda semana



16/01/2017

pH 3 veces/ semana unidades

7,1 5 -

19/01/2017 7,3 4,8 -

21/01/2017 7,1 4,9 -

16/01/2017


19 19,3 -

19/01/2017 19 18,5 -

21/01/2017 19 19,1 -




420 237 44

21/01/2017 430 240 44


19/01/2017 Coliformes totales 1 vez/ semana NMP/100ml 1,50E+04 6,60E+03 56

Fuente: Autores

% 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =(𝐸𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 − 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑒𝑚𝑎)

(𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎)𝑋100

41

Tabla 11. Resultados del monitoreo durante la tercera semana



23/01/2017


7,3 5,2 -

26/01/2017 7 4,9 -

21/01/2017 7,2 5 -

23/01/2017


19,2 19,2 -

26/01/2017 19 19,1 -

21/01/2017 18,9 19 -




438 234 47

28/01/2017 435 238 45



Fuente: Autores

Tabla 12. Resultados del monitoreo durante la cuarta semana

Semana 4: 02 de febrero al 10 de febrero


02/02/2017


7,5 5,1 -

06/02/2017 7,3 5 -

09/02/2017 7,6 4,8 -

02/02/2017


19 19,1 -

06/02/2017 19 19 -

09/02/2017 18,9 19,3 -




445 254 43

06/02/2017 450 248 45



Fuente: Autores

Tabla 13. Resultados promedio obtenidos del diagnóstico preliminar.

Promedio

Parámetros Unidad Entrada Salida Norma Si/ no cumple % Ef. Esper. %Ef. Prom

pH Unidades 7,3 5,0 - - - -

Temperatura °C 18,9 19 - - - -

A. grasos

volátiles mg/L - 2261 - - - -

SST mg/L 310 148 100 NO 69 52

DQO mg/L 434 241 200 NO 80 45

DBO mg/L 221 117 30 NO 75 47

Coliformes

totales NMP/100ml 1,17E+04 5,75E+03 1,00E+04 SI 90 51

Fuente: Autores

Como se observa en las siguientes gráficas los parámetros se mantienen constantes teniendo

en cuenta que el sistema se encontraba previamente estabilizado, sin embargo, según su

42

rendimiento se evidencia una eficiencia insuficiente con respecto a los parámetros a cumplir

respecto a la norma.

Grafica 2. Comportamiento del pH en el tratamiento de lodos activados

Fuente: Autores

Grafica 3. Comportamiento de la temperatura

Fuente: Autores

0

1

2

3

4

5

6

7

8

05/01/17 15/01/17 25/01/17 04/02/17 14/02/17

UN

IDA

DE

S D

E P

H

FECHA

Comportamiento del pH

pH Entrada

pH Salida

17,8

18

18,2

18,4

18,6

18,8

19

19,2

19,4

05/01/17 15/01/17 25/01/17 04/02/17 14/02/17

°C

FECHA

Comportamiento temperatura

Temperatura

entrada

Temperatura salida

43

Grafica 4. Comportamiento de los Ácidos grasos volátiles y los Solidos suspendidos totales

Fuente: Autores

Grafica 5. Comportamiento de la DQO y la DBO en el tratamiento anaerobio

Fuente: Autores

0

500

1000

1500

2000

2500

10/01/1715/01/1720/01/1725/01/1730/01/1704/02/17

mg/L

FECHA

Comportamiento de A. grasos volatiles y SST

A. grasos entrada

A. grasos salida

SST entrada

SST salida

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

05/01/17 15/01/17 25/01/17 04/02/17 14/02/17

mg/L

FECHA

Comportamiento de la DQOy DBO

DQO entrada

DQO Salida

DBO entrada

DBO salida

44

Grafica 6. Comportamiento de los Coliformes Totales en el tratamiento anaerobio

Fuente: Autores

En el sistema inicialmente aplicado para el tratamiento de las aguas residuales del baño

portátil, es determinante el comportamiento de las bacterias con respecto a la degradación de

materia orgánica , ya que estas son las encargadas de la actividad depuradora en el fluido, con

referencia a lo anterior se llevó a cabo el análisis de diferentes parámetros que pueden determinar

la eficiencia del sistema, donde sus resultados arrojaron que se tiene una eficacia deficiente de

acuerdo a los valores presentados anteriormente.

Al comienzo de la degradación anaerobia (fermentación ácida) el pH desciende debido a la

fermentación de ácidos orgánicos. Ya que en la última etapa (fermentación metanica) estos

ácidos se rompen haciendo que el pH aumente (uncuyo, 2010), sin embargo para el caso, se

encontró que el nivel de pH se mantiene bajo aumentándose la cantidad de ácidos grasos

volátiles (AGV), lo cual provoca una inhibición de los microorganismos, disminuyendo así la

degradación de la materia orgánica (M.O).

0,00E+00

2,00E+03

4,00E+03

6,00E+03

8,00E+03

1,00E+04

1,20E+04

1,40E+04

1,60E+04

05/01/1715/01/1725/01/1704/02/17

NM

P/1

00

ML

FECHA

Comportamiento de los Coliformes totales

Coliformes entrada

Coliformes salida

45

El límite de concentración de ácidos volátiles para que el proceso sea estable puede variar

entre los 200 mg/L (referido a ácido acético equivalente) y los 1900 mg/L, concentración a la

que se inhiben las bacterias metanogénicas pero no así las acidogénicas. (Simona, 2016)

Teniendo en cuenta una concentración de 2261 mg/L de ácidos volátiles analizados en el

sistema se precisa de alguna sustancia que incremente el valor del pH, ya que éste no debe estar

por debajo de 6,2; puesto que a un pH de 5 se está creando un medio tóxico para las bacterias

metanogénicas inhibiendo el proceso, es por esto que para mantener un proceso óptimo del

tratamiento es necesario adicionar sustancias alcalinas que permitan el equilibrio y estabilización

sistema.

Debido a que la etapa metanogénica no es completada apropiadamente, la remoción de DBO

es inferior a la esperada, ya que convencionalmente se espera una remoción de 75%

aproximadamente, sin embargo se encontró una eficiencia del 47% para este parámetro. Se

estableció este parámetro, aunque su análisis no es de vital importancia debido a que se tiene un

tratamiento anaerobio.

Es importante tener en cuenta que la temperatura óptima para el funcionamiento del reactor

anaerobio se debe encontrar en un rango mesofílico, es decir de 25 a 35 °C. De acuerdo al

seguimiento realizado al sistema se determinó que la temperatura promedio a la que opera el

tratamiento es de 19 °C, lo que indica que no se está alcanzando la temperatura apropiada para el

desarrollo de la actividad microbiana.

La DQO es un parámetro que determina la cantidad de M.O químicamente oxidable contenida

en el sustrato. Teniendo en cuenta esto, para el sistema aplicado se observa que la remoción no

fue significativa con respecto al tratamiento aplicado, lo cual puede explicarse dada la

disminución de la actividad microbiana producto de un desequilibrio en el sistema. Se tiene una

46

eficiencia de remoción de DQO del 45% siendo menor a la esperada, y donde se puede observar

que su remoción se ve afectada por la temperatura que se tiene en el tratamiento, puesto que para

obtener una remoción de al menos 55 a 75% se requieren temperaturas mayores de 20°C.

Al encontrarse una deficiente degradación de la M.O en el reactor, se evidencia presencia de

coliformes totales y fecales que exceden el límite esperado de remoción, lo cual no garantiza la

calidad del agua para posterior recirculación.

7.2.REVISIÓN Y ELECCIÓN DE ALTERNATIVAS.

A partir de una exhaustiva revisión bibliográfica y de acuerdo al diseño existente en la

actualidad, se realizó una revisión de alternativas de tratamiento teniendo en cuenta términos de

viabilidad técnica y económica.

De acuerdo a esto se organizó la información correspondiente en un cuadro comparativo,

mediante el cual se pretenden destacar las alternativas viables, describiendo las ventajas y

desventajas de cada sistema, y atribuyéndoles valores significativos que permitan la elección de

manera cualitativa y cuantitativa de la mejor alternativa.

Tabla 14. Ponderación asignada para evaluar criterios.

Ponderación Valor

Características 0-1,25

Ventajas 0-1,25

Desventajas 0-1,25

Costos 0-1,25

Total 5

Fuente: Autores

47

Tabla 15. Valores para calificar criterios.

Sub- valores Calificaciones

0 - 0,25 No tener en

cuenta

0,26 - 0,5 Mala

0,51 - 0,75 Media

0,76 - 1 Buena

1,1 – 1,25 Excelente

Fuente: Autores

Tabla 16. Calificación general

Rango Calificación

0-1 No tener en cuenta

1-2 Mala

2-3 Media

3-4 Buena

4-5 Excelente

Fuente: Autores

48

Tabla 17. Evaluación de alternativas

Alt

ern

ati

va

Característica Porcentaje de

eficiencia

Pu

nta

je

ind

ivid

ual

Ventajas

Pu

nta

je

ind

ivid

ual

Desventajas

Pu

nta

je

ind

ivid

ual

Costos

Pu

nta

je

ind

ivid

ual

Pon

der

aci

ón

Biodiscos

Es un conjunto de discos

fijos de 3 a 4 m, adaptados

en un tanque de concreto.

Los discos giran a

velocidades entre 1 y 2

r.p.m para realizar un

proceso biológico

anaerobio, remueve materia

orgánica soluble y coloidal

presente en el agua residual,

bajo condiciones aeróbicas.

(Martinez, 2001)

Las remociones

de DBO obtenidas

varían entre el 80 y

90%, dependiendo

del tipo de agua a

tratar.

1

-No existen problemas

de ruido ni presencia de

vectores.

-Los biodiscos se

recuperan más rápido de

la entrada de tóxicos al

proceso que cualquier

otro tipo de proceso

biológico.

-Las ampliaciones del

sistema pueden hacerse

fácilmente, porque

nuevos módulos de

biodisco pueden

añadirse con facilidad.

(Martinez, 2001)

1,1

-Requiere un tiempo

muy largo para

alcanzar la estabilidad

-Es un proceso

relativamente nuevo

que no cuenta con

parámetros de diseños

definidos.

- Por presentar tres

fases, gaseosa, liquida

y solidos es difícil

definirlo como un

modelo matemático

simple.

- Requiere de un área

considerablemente

grande debido al

tamaño de los discos.

-Requiere de mínimo

4 etapas para su

correcto

funcionamiento.

(Martinez, 2001)

0,55

Los costos de

puesta en marcha y

mantenimiento son

muy elevados, se

estima una

inversión

aproximada de

$4´500,000.

0,5 3,15

49

Reactor

aerobio tipo

lodos

activados.

Es un sistema ecológico

formado por muchos tipos

diferentes de

microorganismos juntos con

materiales inertes orgánicos

e inorgánicos. (Winkler,

1986)

Consiste en un proceso

biológico de contacto, en el

que los organismos vivos

aerobios y los sólidos

orgánicos de las aguas

residuales se mezclan

íntimamente en un medio

ambiente favorable para la

descomposición aeróbica de

los sólidos. (Hilleboe, 1962)

El tratamiento

convencional de las

aguas residuales

domesticas da del 90

a 95% de DBO

removida

1,2

-Los lodos activados

con sus organismos

vivos, tienen la

propiedad de absorber o

adsorber la M.O

coloidal y disuelta,

incluyendo el amoniaco

de las aguas residuales,

con lo que disminuye la

cantidad de solidos

suspendidos.

-Algunas bacterias de

lodo activado atacan las

substancias complejas

originales, produciendo

como desecho

compuestos más

simples.

-El tiempo de retención

es de aproximadamente

10 horas; y de este

tiempo, solo se

necesitan 6 horas para la

adecuada remoción de

la DBO y el tiempo

adicional permite que

tenga lugar la

nitrificación.

1,22

-La eficiencia del

proceso depende de

que se mantenga

continuamente

oxígeno disuelto en

las aguas residuales

durante todo el

tratamiento.

0,62

Teniendo en

cuenta que el

sistema requiere la

instalación de un

difusor de aire el

cual depende de

electricidad,

tuberías de

recirculación y

desecho de lodos

residuales se estima

una inversión

aproximada de

$2’100,000.

0,75 3,79

50

Filtro

percolador

Los filtros percoladores son

procesos de biopelícula en

condiciones aerobias. Este

tratamiento consiste en

pasar el agua residual desde

la parte superior del filtro

sin inundar, a través de un

material de relleno sobre el

que crecen los

microorganismos, que

forman una biopelícula de

espesor variable,

normalmente de algunos

milímetros. (aguas, s.f.)

Convencionalmente

se alcanzan

eficiencias entre el

60 y 85% en

remoción de DBO.

0,8

-No requieren de

energía eléctrica para la

aireación.

-Son menos sensibles a

la presencia de

sustancias toxicas en el

afluente

-Son de sencilla

operación

1,1

-Requiere una

geometría específica

para su correcto

funcionamiento, la

cual no se adapta a las

dimensiones del baño

portátil

-El rendimiento es

bajo con respecto a

otro tipo de sistemas

aerobios.

-Se producen olores

ofensivos y puede

generar presencia de

vectores.

0,48

Debido al material

de relleno y costos

de mantenimiento

se considera un

tratamiento costoso

con respecto a otros

similares. Se estima

una inversión

aproximada de

$3´200.000

0,5 2,88

51

Floculación

iónica

Consiste en el efecto de

radiación iónica producida

por la actividad de

ultrafrecuencia

electromagnética, la cual

afecta las moléculas ajenas

al medio, disociandolas y

modificándolas, alterando

sus características

contaminantes dando como

resultado moléculas

elementales del soluto

totalmente neutras.

(Arteaga, 2014)

Se alcanzan

eficiencias entre el

60 y 90% en

remoción de DBO.

(Arteaga, 2014)

1

-No requiere ningún

insumo químico ni

orgánico.

-Los lodos resultantes

son inactivos por lo que

se pueden

industrizalizar.

- El tiempo de

sedimentación es de 30

minutos a una hora

1,1

-Requiere de un

consumo de energía,

por lo tanto los costos

de mantenimiento

pueden aumentar.

-Liberación de gases

al ambiente, por el

proceso de separación

de moléculas,

causando

contaminación

atmosférica.

0,50

Los costos de

puesta en marcha y

mantenimiento son

muy elevados, se

estima una

inversión

aproximada de

$ 5.000.000

0,7 3,33

Fuente: autores

52

De acuerdo al análisis de la información anteriormente relacionada en la tabla de

ponderación de alternativas, se establece que el sistema de tratamiento más adecuado con

respecto al planteamiento del proyecto es un reactor aerobio tipo lodos activados, con un

resultado de 3,75 en, de acuerdo al resultado obtenido en la ponderación de valores para

esta alternativa.

7.3.DISEÑO DE NUEVA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO

Es importante resaltar en esta parte de la investigación, que la estructura física exterior

del baño portátil se va a mantener de acuerdo al diseño inicial ya que no se requiere un

espacio extra para la implementación del nuevo sistema.

7.3.1. Diagrama de flujo del funcionamiento del baño portátil inicial.

El baño portátil propuesto en el presente proyecto no cuenta con ningún tipo de

tratamiento que implique sustancias químicas, por lo tanto su estructura física y

procedimientos internos difieren de los baños portátiles convencionales.

En el siguiente esquema se presentan las etapas de actividad del baño portátil, teniendo

en cuenta el curso del fluido a tratar.

Figura 12.Etapas de actividad del baño portátil

Fuente: Autores

1. Descarga de agua en el sanitario

después de su uso.

2. Ingreso del afluente al sistema de

tratamiento de losdos activados.

3. Tratamiento de desinfeccion del efluente

por medio de un sistema de cloracion

4. Conduccion a sistema de bombeo para posterior reciculacion del fluido.

53

1) En esta etapa el usuario del baño realiza la descarga de agua a través de un

sistema de succión mecánica, accionada por un pedal ubicado en el suelo de la

cabina del baño.

2) Una vez realizada la descarga, el afluente ingresa directamente al sistema de

tratamiento de agua residual que consiste de un sistema de tratamiento de lodos

activados compuesto por tres cámaras; siendo la primera un tanque de aireación

donde se encuentran integrados en la parte inferior dos difusores de aire,

encargados de generar un caudal de aire el cual entra en contacto directo con el

agua residual a tratar para así generar un floc biológico y a su vez agregar

oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle adecuadamente, los difusores

instalados en la cámara de aireación, son de tipo disco con un diámetro de 178

mm, capaces de transferir 17 Nm3/h de flujo de aire, requerido para generar una

corriente de aire prolongada y que a su vez proporciona una dosis de 1 a 3 mg/L

(Armando Marín Ocampo & Manuel Osés Pérez, 2013) de oxígeno disuelto , el

cual favorece al desarrollo de las bacterias aerobias. Los lodos activados

generados por floculación, deben ser separados del licor mezclado provenientes

del tanque de aireación, proceso que se realiza en el tanque de sedimentación, en

donde son concentrados en el fondo de este mismo por efecto de la gravedad. La

finalidad de este proceso es conseguir un efluente clarificado con un mínimo de

solidos suspendidos y asegurar el retorno del lodo a la cámara de aireación para

mantener la concentración de microorganismos alta.

La cámara de sedimentación cuenta con una tubería de recirculación de lodos

que va dirigida a cabeza de tratamiento, para que posteriormente el agua

clarificada sea conducida directamente al tanque de almacenamiento.

54

Finalmente los lodos residuales provenientes de esta parte del tratamiento son

conducidos a las eras de secado en las cuales será deshidratado

3) Posteriormente se efectúa la desinfección del efluente, por medio de un clorador;

que funciona por erosión de pastillas de hipoclorito de sodio de alta

concentración (15%) suministrando una concentración de 1.5ppm de cloro. En

esta etapa se efectúa la eliminación de microorganismos patógenos con el fin de

garantizar la calidad del agua para posterior recirculación y uso.

4) En esta etapa el sistema de bombeo se encarga de recircular el agua previamente

tratada para nuevo abastecimiento del sanitario.

7.3.2. Memoria de cálculo del sistema de lodos activados

Para llevar a cabo el diseño del sistema de tratamiento de lodos activados, se tuvieron en

cuenta los parámetros que intervienen en su diseño, como lo es el tiempo de retención

hidráulico, periodo de aireación, entre otras características, y aduanalmente las dimensiones

del tratamiento que inicialmente estaba instalado.

Tabla 18. Parámetros de diseño del sistema de lodos activados

Parámetros de diseño del sistema de lodos activados

Usuarios U 70 usos/baños*día

Caudal Q

8 l/descarga

0,56 m3/día

5,6E-06 m3/s

0,0056 l/s

Dimensiones tanque de

aireación

Lado 0,7 m

Largo 0,6 m

Ancho 0,7 m

Volumen tanque 0,294 m3


sedimentación

Lado 0,7 m

Largo 0,7 m

Ancho 0,7 m

Angulo de tolva 30 °


55

Continuación Tabla 19. Parámetros de diseño del sistema de lodos activados

Parámetros de diseño del sistema de lodos activados


almacenamiento

Lado 0,7 m

Largo 0,6 m

Ancho 0,7 m


Porcentaje recirculación de

lodos - 60 %

Caudal recirculado Qr 0,336 m3/d

Periodo de aireación θ 5 horas

Carga volumétrica COV 405,7 g DBO/ m3*d

Solidos suspendidos en

licor de mezcla SSLM 2100 mg/l

Aire requerido - 0,0128 m3/min

Fuente: Autores

56

Figura 13. Sistema de tratamiento lodos activados. Vista en longitudinal

Fuente: Autores

57

Figura 14. Sistema de tratamiento de lodos activados. Vista en planta

Fuente: Autores

58

7.3.3. Sistema de cloración

La desinfección es el último proceso en el tratamiento de agua destinada para contacto

humano; mediante esta se garantiza la eliminación de microorganismos patógenos que no

se hayan eliminado durante el proceso de tratamiento, de tal forma que se evite afectar de

alguna manera la salud de las personas.

En el proceso de tratamiento del baño portátil está incluida la cloración como parte de la

desinfección del efluente tratado, que se lleva a cabo con el fin de reducir la mayoría de los

microorganismos patógenos que podrían quedar tras procesos anteriores y así mismo

mejorar la calidad del agua para asegurar el uso de contacto humano.

El sistema de tratamiento cuenta con un equipo de cloración por erosión de tabletas, las

cuales contienen hipoclorito de sodio de alta concentración (15%). Este dosificador se

encarga de disolver gradualmente las tabletas de hipoclorito a una tasa predeterminada

mientras fluye una corriente de agua alrededor de ellas. Este mecanismo proporciona una

concentración de 1.6 ppm de cloro para desinfectar el agua. A medida que las tabletas se

van diluyendo, se reemplazan con otras nuevas que van cayendo por gravedad en la cámara.

7.3.4. Lechos de secado

Debido a que el tratamiento implica la producción de lodos, se implementaron lechos de

secado y caja de lixiviados que son trasladadas con el baño portátil y se adecuan en una

zona adyacente al mismo según la disponibilidad de espacio.

Se diseñaron eras de secado divididas en 4 secciones, con dimensiones generales de 52

cm de alto, 1 m de largo y 40 m de ancho, las cuales tienen una capa de arena y grava de 5

y 10 cm respectivamente y un fondo provisto con tubería de drenaje en forma de espina de

pescado, con ángulos de inclinación de 45°, cuya función es drenar los lixiviados

producidos por la deshidratación de los lodos y así mismo recircular este líquido a la cabeza

59

de tratamiento (en este caso al reactor biológico). El lodo que llega a las eras de secado es

deshidratado por drenaje a través de la masa de lodo y de arena, y por evaporación desde la

superficie expuesta al aire. Las tuberías de conducción del lodo (desde el sedimentador a

las eras) están diseñadas para transportar los lodos a una velocidad de 0,75 m/s, donde

llegan posteriormente a unas arquetas de distribución las cuales desvían el caudal del lodo

hacia la cancha elegida. Frente de las salidas del lodo se encuentran unas placas deflectoras

para favorecer la distribución de aquél sobre la superficie de secado, y para evitar las

salpicaduras y la erosión de la arena.

Una vez el lodo se haya secado completamente y drenado lo suficiente, puede ser

extraído de las eras de secado a través del empleo de palas, carretillas o camiones. De

acuerdo a la temperatura ambiente de la zona en la cual se encuentre emplazado el baño el

tiempo de secado de los lodos puede variar entre 10 y 15 días.

El lodo seco obtenido posee una textura gruesa y agrietada y es de color negro o marrón

oscuro, con un contenido de humedad de 60%.

Tabla 20. Dimensiones para el diseño de las eras de secado

Geometría de la cama de secado Unidad

Longitud m 1

Ancho m 0,4

Alto m 0,52

Área de lecho m2 0,4

Cantidad de eras - 4

Profundidad de lodo aplicado m 0,25

Flujo de lodo m3/día 0,16

Densidad del lodo kg/m3 1200

Volumen del lecho m3 0,20

Tiempo de llenado días 3

Fuente: Autores

60

Tabla 21. Cantidad de arena y grava en las eras de secado

CANTIDAD DE ARENA Y GRAVA

Densidad de la arena kg/m3 1550

Volumen de arena m3 0,02

Masa arena kg 31

Densidad de la grava kg/m3 1450

Volumen de la grava m3 0,04

Masa de grava kg 58

Fuente: Autores

Figura 15. Lechos de secado. Vista frontal

Fuente: autores

Figura 16. Tubería de drenaje para los lixiviados

Fuente: autores

61

7.3.5. Evacuación de gases

El sistema de tratamiento implica en su desarrollo la formación de gases, es por esto que

se incluye un sistema de evacuación de gases, conformados por tuberías de 3” de diámetro

y una longitud de 20 cm, las cuales contienen zeolita y carbón activado con el fin de

depurar los gases producidos en el tratamiento y reducir los olores producidos.

8. EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA.

Para conocer la eficiencia del nuevo sistema de tratamiento de agua residual incorporado

en el baño portátil y la calidad del agua que está siendo tratada, se llevó a cabo el análisis

de parámetros fisicoquímicos que permitan determinar la capacidad depuradora del

tratamiento realizado por el sistema de lodos activados.

A continuación se hace referencia a los parámetros a evaluar y su justificación, así como

el procedimiento que se llevó a cabo para la determinación de los mismos.

8.1.Oxígeno disuelto

Es una de las principales variables a monitorear, dado que es un proceso aerobio, en el

cual la población de bacterias depende de la cantidad de oxígeno disuelto en el reactor para

llevar a cabo el proceso de descomposición de la materia orgánica; por lo tanto debe

procurarse que este se encuentre entre 1 y 3 mg/L dentro del reactor biológico.

8.2.pH

Para mantener los microorganismos activos en el sistema, es importante cerciorarse que

el pH se encuentre en un rango de 6.5 a 8.5 (Armando Marín Ocampo & Manuel Osés

Pérez, 2013) principalmente en el tanque de aireación, pues las bacterias presentes en el

tratamiento dejan de desarrollarse si el pH es menor a 5 o mayor que 10.

62

8.3.Temperatura

La temperatura afecta directamente el nivel de actividad de las bacterias en los sistemas

de lodos activados, y por ende su seguimiento se hace primordial, ya que una variación

fuera del rango de 15°C y 25°C (Armando Marín Ocampo & Manuel Osés Pérez, 2013)

puede afectar la eficiencia del tratamiento.

8.4.Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5)

Es un parámetro de control con respecto a la calidad final del efluente, es necesario

determinarlo para establecer la cantidad de materia orgánica presente al final del

tratamiento.

8.5.Demanda Química de Oxigeno (DQO)

Es un indicador importante tanto de la eficiencia general del sistema como de la calidad

del efluente, se espera una remoción del 90% en este parámetro bajo un buen manejo del

sistema.

8.6.Sólidos suspendidos y totales

Los sólidos suspendidos totales se utilizan para conocer la calidad del efluente de la

planta de tratamiento. Si la planta de tratamiento está bien operada la remoción de estos en

la planta debe ser mayor del 95 %.

8.7.Coliformes

Teniendo en cuenta que es un fluido de contacto secundario debe garantizarse que la

presencia de coliformes en el tratamiento cumpla con los estándares establecidos en la

norma garantizando calidad y seguridad para el uso del agua.

63

9. RESULTADOS

La estabilización del sistema se llevó a cabo por medio de inoculación de lodo de otra

planta con el fin de acelerar el proceso, una vez realizado esto la planta requirió de un

tiempo de estabilidad de 18 días.

El monitoreo se realizó haciendo muestreos simples en dos puntos; Uno a la entrada del

sistema y otro a la salida del sistema de tratamiento justo después de la unidad de cloración,

punto previo a la recirculación del fluido para posterior reúso en sanitarios. A excepción del

oxígeno disuelto el cual fue monitoreado únicamente en el tanque de aireación.

Los parámetros a mencionar se consideraron los más relevantes teniendo en cuenta que

es un agua de recirculación y contacto secundario.

En la siguiente tabla se especifican los parámetros y la frecuencia a evaluar. El

monitoreo se realizó durante 6 semanas a partir de la última semana de estabilización del

sistema.

Tabla 22. Frecuencia de monitoreo

Parámetros Unidades Frecuencia

Coliformes totales NMP 2 veces/ semana

DBO5 mg/L 1 vez/ semana

DQO mg/L 2 veces/ semana

Oxígeno disuelto mg/L 2 veces/ semana

pH Unidades de pH 3 veces/ semana

Temperatura °C 3 veces/ semana

Solidos suspendidos totales mg/L 1 vez/ semana

Fuente: Autores

64

Tabla 23. Primera semana de monitoreo del sistema de tratamiento

Semana 1: 10 de julio al 15 de julio


11/07/2017 Coliformes

totales

2 veces/

semana

NMP/100

mL

1,00E+04 1875 81

14/07/2017 1,50E+04 1789 88

11/07/2017 DBO5 1 vez/

semana mg O2/L 215 35 84

11/07/2017 DQO

2 veces/

semana mg O2/L

438 75 83

14/07/2017 443 72 84

11/07/2017 Solidos

suspendidos

1 vez/

semana mg/L 310 65 79

11/07/2017

pH 3 veces/

semana Un. de pH

7,2 7,5 -

14/07/2017 7,3 7,7 -

15/07/2017 7,1 7,8 -

11/07/2017

Temperatura 3 veces/

semana °C

19 19 -

14/07/2017 19 21 -

15/07/2017 19 20 -

14/07/2017 Oxígeno

disuelto

2 veces/

semana mg O2/L

En el

reactor

2,9 -

15/07/2017 3,1 -

Fuente: Autores

Tabla 24. Segunda semana de monitoreo del sistema de tratamiento




totales

2 veces/

semana

NMP/100

mL

1,05E+04 1315 87

21/07/2017 1,53E+04 1479 90

18/07/2017 DBO5 1 vez/


18/07/2017 DQO

2 veces/

semana mg O2/L

478 62 87

21/07/2017 462 71 85

18/07/2017 Solidos

suspendidos

1 vez/


18/07/2017

pH 3 veces/

semana Un. de pH

7,5 7,3 -

21/07/2017 7,2 7,28 -

22/07/2017 7,5 7,1 -

18/07/2017


semana °C

19 20 -

21/07/2017 19 22 -

22/07/2017 20 19 -

21/07/2017 Oxígeno

disuelto

2 veces/

semana mg O2/L

En el

reactor

3,1 -

22/07/2017 2,9 -

Fuente: Autores

65

Tabla 25. Tercera semana de monitoreo del sistema de tratamiento




totales

2 veces/

semana

NMP/100

mL

1,03E+04 1450 86

28/07/2017 1,50E+04 1439 90

25/07/2017 DBO5 1 vez/


25/07/2017 DQO

2 veces/

semana mg O2/L

428 42 90

28/07/2017 432 48 89

25/07/2017 Solidos

suspendidos

1 vez/


25/07/2017

pH 3 vez/

semana Un. de pH

7,7 7,1 -

28/07/2017 7,2 7,8 -

29/07/2017 7,5 7,5 -

25/07/2017


semana °C

21 20 -

28/07/2017 20 20 -

29/07/2017 19 19 -

28/07/2017 Oxígeno

disuelto

2 veces/

semana mg O2/L

En el

reactor

3 -

29/07/2017 2,7 -

Fuente: Autores

Tabla 26. Cuarta semana de monitoreo del sistema de tratamiento

Semana 4: 31 de julio a 5 de agosto



totales

2 veces/

semana

NMP/100

mL

1,05E+04 1402 87

03/08/2017 1,53E+04 1462 90

31/07/2017 DBO5 1 vez/


31/07/2017 DQO

2 veces/

semana mg O2/L

485 48 90

03/08/2017 479 43 91

03/08/2017 Solidos

suspendidos

1 vez/


31/07/2017

pH 1 vez/

semana Un. de pH

7,5 7,3 -

03/08/2017 7,2 7,28 -

04/08/2017 7,5 7,1 -

31/07/2017


semana °C

20 22 -

03/08/2017 20 20 -

04/08/2017 19 19 -

03/08/2017 Oxígeno

disuelto

2 veces/

semana mg O2/L

En el

reactor

2,5 -

04/08/2017 2,4 -

Fuente: Autores

66

Tabla 27. Quinta semana de monitoreo del sistema de tratamiento

Semana 5: 06 de agosto a 11 de agosto



totales

2 veces/

semana

NMP/100

mL

1,90E+04 1662 91

11/08/2017 1,50E+04 1502 90

07/08/2017 DBO5 1 vez/


07/08/2017 DQO

2 veces/

semana mg O2/L

439 33 92

11/08/2017 442 31 93

07/08/2017 Solidos

suspendidos

1 vez/


07/08/2017

pH 1 vez/

semana Un. de pH

7 7,2 -

11/08/2017 7,3 7,8 -

12/08/2017 7,1 7,7 -

07/08/2017


semana °C

19 19 -

11/08/2017 19 20 -

12/08/2017 19 21 -

11/08/2017 Oxígeno

disuelto

2 veces/

semana mg O2/L

En el

reactor

2,3 -

12/08/2017 2,4 -

Fuente: Autores

Tabla 28. Sexta semana de monitoreo del sistema de tratamiento

Semana 6: 12 de agosto al 19 de agosto



totales

2 veces/

semana

NMP/100

mL

1,50E+04 1402 91

18/08/2017 1,95E+04 1513 92

14/08/2017 DBO5 1 vez/


14/08/2017 DQO

2 veces/

semana mg O2/L

435 35 92

18/08/2017 441 35 92

14/08/2017 Solidos

suspendidos

1 vez/


14/08/2017

pH 1 vez/

semana Un. de pH

7,1 7,4 -

18/08/2017 7,2 7,8 -

19/08/2017 7,1 7,9 -

14/08/2017 Temperatur

a

3 veces/

semana °C

19 19 -

18/08/2017 20 22 -

19/08/2017 21 20 -

18/08/2017 Oxígeno

disuelto

2 veces/

semana mg O2/L

En el

reactor

2,6 -

19/08/2017 2,4 - Fuente: Autores

67

Tabla 29. Promedio general del monitoreo.

Parámetros Unidad Promedio Norma Si/ no

cumple

%Ef.

Prom

Coliformes totales NMP/100mL 1464 1*10^4 SI 90

DBO5 mg O2/L 19 30 - 91

DQO mg O2/L 47 200 SI 90

Solidos suspendidos mg /L 25,6 100 SI 92

pH Un. De pH 7,5 6 a 9 SI -

Temperatura °C 20 - - -

Oxígeno disuelto mg O2/L 2,69 - - -

Promedio general 91 Fuente: Autores

Para el análisis de los resultados obtenidos en el monitoreo se tuvo en cuenta la

resolución número 1207 de 2014 del ministerio de ambiente y desarrollo sostenible por la

cual se adoptan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas. Esto con

el fin de determinar si la calidad del agua es óptima para el reusó en aparatos sanitarios.

Al obtener los valores promedio se descartaron los datos de la primera semana teniendo

en cuenta que esta aun hace parte del periodo de estabilización del sistema.

Se hizo un seguimiento detallado del pH, temperatura y oxígeno disuelto en el sistema

ya que estos parámetros son determinantes para el correcto funcionamiento del tratamiento,

se realizaron mediciones 3 veces por semana para pH y temperatura y 2 veces por semana

para OD realizado únicamente en el reactor de aireación.

Como se observó, estos parámetros se mantuvieron en un rango constante; Las

actividades biológicas y las reacciones químicas están reguladas por el pH, este parámetro

es esencial para el crecimiento de las bacterias aerobias, el intervalo óptimo para su

desarrollo es de 6 a 8, si el pH es menor a 5 o mayor que 10 las bacterias dejan de

68

desarrollarse. Durante el tiempo de monitoreo y supervisión del funcionamiento en el

tratamiento de lodos activados, se obtuvieron rangos de 7,1 a 7,9 unidades de pH tanto en el

afluente como en el efluente, lo que indica que una vez se combina el efluente con los lodos

activados las bacterias de estos ejercen su actividad biológica sobre el cuerpo de agua, hasta

lograr un equilibrio en el efluente del tratamiento.

Se considera que la depuración biológica se desarrolla de forma adecuada entre los 12oC

y 38oC. Es importante mencionar que el baño se encuentra ubicado en una bodega de

almacenamiento de la empresa ubicada en el barrio las ferias de Bogotá, ciudad que cuenta

con una temperatura ambiente de 23 °C, se mantuvo una temperatura promedio de 20°C

tanto a la entrada como a la salida del sistema de tratamiento, estableciendo así que estos

dos parámetros se encuentra en un rango adecuado para el desarrollo del tratamiento, lo

cual se ve reflejado en la eficiencia general del sistema

La aireación es un proceso fundamental en el sistema de tratamiento de lodos activados,

ya que las bacterias utilizan el oxígeno para realizar el proceso de oxidación de la materia

orgánica. La carencia de oxígeno disuelto puede inhibir a las bacterias aerobias,

permitiendo el desarrollo de condiciones anoxicas, en cuanto al oxígeno disuelto cabe

aclarar que fue el único parámetro medido en el tanque de aireación, se debe establecer un

seguimiento constante ya que es importante para que se den las reacciones químicas de la

materia orgánica, depende de la DBO5 que se ingresa al sistema y la cantidad de sólidos

que hay en el tanque, la concentración de oxígeno disuelto debe ser mantenida entre 1,5 y 4

mg/L, en el monitoreo realizado se encontraron rangos entre 2,4 y 3,1 mg/L de oxígeno

disuelto dentro del reactor, en general se mantuvo relativamente constante en un valor de

69

2,69 mgO2/L indicando una alta remoción de contaminantes del efluente y a su vez un

crecimiento moderado del lodo que es sedimentado dentro de esta misma cámara, asimismo

esto implica que la inyección de oxígeno en el agua es adecuada para el caudal tratado.

Uno de los parámetros que condicionan la eficiencia del tratamiento es la DBO, ya que

mide el contenido de materia orgánica biodegradable que posee un cuerpo de agua y la

cantidad de oxigeno necesario para su descomposición, de acuerdo con lo anterior y

teniendo en cuenta los resultados obtenidos en el análisis de laboratorio, la cantidad de

materia orgánica que contiene el efluente es consumida con una eficiencia del 90% a lo

largo de todo el sistema, lo cual indica que las condiciones de oxígeno disuelto y edad del

lodo que tiene el reactor son las óptimas dado que a una mayor estabilidad del lodo se logró

una remoción de hasta el 91% en el efluente. De acuerdo al muestreo final el valor de la

DBO fue de <15 mg/l de DBO lo cual indica que como producto final se obtiene un agua

de pureza intermedia, cumpliendo de esta manera los límites máximos exigidos por la

norma.

Grafica 7. Comportamiento de la DBO a través del tiempo de monitoreo

Fuente: Autores

0

50

100

150

200

250

300

09

/07

/20

17

14

/07

/20

17

19

/07

/20

17

24

/07

/20

17

29

/07

/20

17

03

/08

/20

17

08

/08

/20

17

13

/08

/20

17

18

/08

/20

17

DB

O (

mg

O2

/L)

Fecha

DBO vs Tiempo

DBO salida

DBO Entrada

70

Los coliformes, son el principal indicador de la calidad del agua para uso doméstico

industrial o de otro tipo. La experiencia ha demostrado que la densidad del grupo de los

coliformes es un indicador del grado de contaminación y por tano, de la calidad sanitaria.

Teniendo en cuenta la literatura, la presencia de coliformes en el orden de 106 a 107

NMP/L se considera como una concentración baja, para este caso la unidad de desinfección

posterior al tratamiento biológico contribuye a la disminución de los coliformes totales

presentes en el efluente, puesto que su eficiencia es del 90% una vez estabilizado el sistema

de tratamiento, obteniendo como resultado final una presencia de coliformes promedio de

1,4𝑥103 estableciendo que se cumple la norma con un límite máximo de 1,0𝑥104. Aunque

se presenta una disminución significativa en la presencia de coliformes, se esperaría una

mayor eficiencia en cuanto a la remoción de este parámetro teniendo en cuenta la

dosificación de cloro suministrada, por lo tanto se puede estimar que el tiempo de contacto

probablemente no ha sido el suficiente para proporcionar una eliminación de los

coliformes.

Durante las dos primeras semanas de monitoreo de operación del sistema la DQO del

efluente oscilo entre 75 y 62 mg/L, alcanzado eficiencias de remoción de hasta 87%. Sin

embargo, se pudo observar que los valores de la DQO tendieron a estabilizarse entre 48 a

40 mg/L durante la tercera y cuarta semana de operación, logrando eficiencias de hasta el

90%, la medición de este parámetro nos indica que las condiciones dentro del reactor

aerobio generan un efecto directo sobre la materia orgánica e indica que no se está

produciendo una acumulación de materia orgánica no degradable que afecte de alguna

manera el proceso.

71

Grafica 8. Comportamiento de la DQO a través del tiempo de monitoreo

Fuente: Autores

Se presentó una eficiencia promedio de 92% para solidos suspendidos totales, indicando

un buen funcionamiento del tanque de sedimentación,

Grafica 9. Comportamiento de los sólidos suspendidos totales a través del tiempo de monitoreo

Fuente: Autores

En la siguiente tabla se relacionan el número de usos del baño, en la cual se omiten los

días domingos ya que no se realizan actividades este día.

0

100

200

300

400

500

600

09

/07

/20

17

14

/07

/20

17

19

/07

/20

17

24

/07

/20

17

29

/07

/20

17

03

/08

/20

17

08

/08

/20

17

13

/08

/20

17

18

/08

/20

17

23

/08

/20

17

DQ

O (

mg

O2

/L)

Fecha

DQO vs Tiempo

DQO salida

DQO Entrada

0

50

100

150

200

250

300

350

09

/07

/20

17

14

/07

/20

17

19

/07

/20

17

24

/07

/20

17

29

/07

/20

17

03

/08

/20

17

08

/08

/20

17

13

/08

/20

17

18

/08

/20

17

SST

(mg/

l)

Fecha

SST vs Tiempo

SST salida

SST entrada

72

Tabla 30. Cantidad de usos del baño durante el tiempo de monitoreo

Fecha Día #Usos Fecha Día #Usos

11/07/2017 Lunes 38 31/07/2017 Lunes 58

11/07/2017 Martes 40 01/08/2017 Martes 60

12/07/2017 Miércoles 35 02/08/2017 Miércoles 65

13/07/2017 Jueves 38 03/08/2017 Jueves 68

14/07/2017 Viernes 35 04/08/2017 Viernes 68

15/07/2017 Sábado 28 05/08/2017 Sábado 57

17/07/2017 Lunes 55 07/08/2017 Lunes 40

18/07/2017 Martes 65 08/08/2017 Martes 35


20/07/2017 Jueves 65 10/08/2017 Jueves 41

21/07/2017 Viernes 68 11/08/2017 Viernes 35

22/07/2017 Sábado 60 12/08/2017 Sábado 32

24/07/2017 Lunes 35 14/08/2017 Lunes 38

25/07/2017 Martes 38 15/08/2017 Martes 32


27/07/2017 Jueves 39 17/08/2017 Jueves 35

28/07/2017 Viernes 32 18/08/2017 Viernes 37

29/07/2017 Sábado 30 19/08/2017 Sábado 29 Fuente: Autores

Grafica 10. Cantidad de usos del baño durante la semana de monitoreo

Fuente: Autores

Cabe resaltar que este tipo de tratamientos es susceptible a variaciones en la carga

orgánica de entrada, como se observa en las gráficas de las semana 2 y 4 se presentó un

01020304050607080

Can

tid

ad

Fecha

#Usos

#Usos

73

aumento en los parámetros de DBO, DQO Y SST esto se debe a que en estas semanas la

demanda del baño aumento debido a actividades extraoficiales realizadas en la bodega en la

cual se encuentra el baño, sin embargo la eficiencia del sistema se mantuvo estable durante

estas semanas. Aunque el baño está diseñado para una demanda de 70 usos/día, durante el

tiempo de monitoreo se utilizó en promedio 36 veces/día, a excepción de la situación

previamente mencionada.

Teniendo en cuenta el origen del agua residual tratada se determina que la presencia de

metales, metaloides y biocidas es nula, el emplazamiento del baño cumple con las

distancias establecidas en la norma, con respecto a cuerpos de agua superficiales y pozos de

agua subterránea. De acuerdo a esto se determina que la calidad del agua en los aparatos

sanitarios es óptima y en general el funcionamiento del baño cumple con los límites

máximos permisibles y estándares establecidos en la resolución 1207 de 2014.

74

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Por medio de un plan de monitoreo preliminar fue posible realizar un diagnóstico referente

a la evaluación del sistema inicial de tratamiento adoptado por la empresa, estableciendo

una eficiencia general del sistema de 48%, siendo un procedimiento deficiente en la

remoción de DBO, DQO y coliformes principalmente, este tratamiento es susceptible a

variaciones en la temperatura lo cual fue un factor limitante ya que se encontraba ubicado

en una zona de bajas temperaturas. Es posible usar de manera eficiente este sistema siempre

y cuando se utilice en zonas de mayores temperaturas y bajo condiciones específicas de

vigilancia y mantenimiento.

Con el fin de establecer un tratamiento eficiente, bajo diversas condiciones, se realizó una

elección de alternativas teniendo en cuenta variantes como ventajas, desventajas, eficiencia

y factores económicos determinantes en cuanto a la construcción, arranque y

mantenimiento del baño y su respectivo sistema de tratamiento. Se realizó una ponderación

cuantitativa obteniendo un resultado de 3,79 en una escala de 1 a 5, estableciendo que el

mejor tratamiento de los evaluados es un sistema de lodos activados.

Una vez elegida la nueva alternativa a implementar, se realizó el diseño del sistema con un

caudal de 0, 56 m3/día, teniendo en cuenta una capacidad máxima de 70 usos/día,

incluyendo esquema general del sistema de lodos activados, sistema de desinfección por

medio de una unidad de cloración y tratamiento posterior de lodos residuales y lixiviados

del mismo.

Una vez establecidas las especificaciones del tratamiento, se procedió a la adecuación y

puesta en marcha del mismo, la estabilización del sistema duró 18 días; A partir de la

última semana se realizó un monitoreo para determinar la eficiencia general del sistema, se

evaluaron principalmente la DQO y coliformes totales teniendo en cuenta que es una agua

75

de contacto secundario, obteniendo eficiencias de 90% para cada uno de los parámetros, el

sistema alcanzo una eficiencia general de 91% estableciendo que el baño cumple con los

requisitos exigidos por la norma para uso de agua residual tratada para descarga de aparatos

sanitarios.

Es posible adaptar los dos sistemas relacionados en este documento para baños portátiles,

siempre y cuando se operen bajo condiciones adecuadas; Para el caso del tratamiento

anaerobio es importante realizar el emplazamiento en ambientes que cuenten con un rango

de temperatura de 25 a 35 °C y tener un control adecuado sobre el pH ya que este es un

parámetro determinante en la degradación biológica para este tipo de tratamiento.

En cuanto al sistema de lodos activados es de vital importancia contar con un punto

eléctrico para alimentación de bombas y difusores, con el fin de proporcionar el oxígeno

adecuado al agua y así mismo garantizar la recirculación de lodos para estabilización del

sistema.

Se requiere de un seguimiento y evaluación periódica de la unidad de desinfección para

cualquiera de los sistemas aplicados ya que con este procedimiento se garantiza finalmente

la calidad del agua de contacto secundario usada en los aparatos sanitarios.

76

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80

ANEXO A. Manual de Funcionamiento y

Mantenimiento del baño Portátil

implementación de un sistema de tratamiento de aguas

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