propuesta de mejoramiento a la planta de tratamiento de
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Propuesta de mejoramiento a la planta de tratamiento de agua potable en el
municipio de Nocaima, Cundinamarca
Código 1901-050
Universidad El Bosque
Facultad de Ingeniería
Programa Ingeniería Ambiental
Bogotá, 11 de octubre de 2019
Propuesta de mejoramiento a la planta de tratamiento de agua potable en el
municipio de Nocaima, Cundinamarca
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniero Ambiental
Código 1901-050
Línea de Investigación:
Salud Ambiental
Universidad El Bosque
Facultad de Ingeniería
Programa Ingeniería Ambiental
Bogotá, Colombia
2019
Acta de Sustentación
Nota de Salvedad de Responsabilidad Institucional
La Universidad El Bosque, no se hace responsable de los conceptos emitidos por los
investigadores en su trabajo, solo velara por el rigor científico, metodológico y ético del
mismo en aras de la búsqueda de la verdad y la justicia.
4
Dedicatoria
A mis padres por su apoyo incondicional, a mis abuelos por
cuidarme desde arriba, a Salomé por sacarme de varias crisis de
carrera, a Alejita y su pequeña Sara, por sacar este proyecto
adelante, a mis buenos amigos Silvia, Diego y Aleja O, por todo lo
que hemos vivido. Y a todos aquellos que hicieron o hacen parte de
mi vida en estos 5 años de carrera y me apoyaron para llegar a
donde estoy.
Con mucho cariño.
Laura Juliana Cáceres Guana
A Dios quien supo guiare por buen camino, darme las
fuerzas para seguir adelante y no desmayar en los problemas que se
presentaban permitiéndome llegar hasta este punto , a mis padres
por brindarme todo su apoyo, su paciencia y comprensión en mi
proceso de formación profesional y personal, a mi hija Sara por ser
mi motivación y la razón de sentirme tan orgullosa de culminar mi
meta, a mi compañera Juliana por su dedicación y apoyo con este
proyecto , a mis demás compañeros y profesores que durante estos
cinco años me aportaron conocimientos académicos y éticos para
lograr ser una mejor persona.
Con cariño
María Alejandra Martin González
5
Agradecimientos
A nuestro director Carlos Andrés Peña Guzmán por el acompañamiento, motivación y orientación en este proceso de investigación. A nuestro profesor de proyecto de grado II, Calos Eduardo Quintero por su guía para el buen desarrollo de este documento, su capacidad de motivarnos y sus conocimientos. A Daniel Laverde empleado de Empresas públicas de Cundinamarca (EPC) por su disposición para brindarnos
información. A “Doña Rocío” encargada de la planta, por su interés en nuestro trabajo y su disposición de ayudarnos en cada cosa que necesitábamos. A la universidad El Bosque y los profesores de Ingeniería Ambiental, por permitirnos cumplir nuestro sueño de ser profesionales, por acogernos y brindarnos conocimientos y experiencias; que no solo cambiaron nuestro nivel
académico sino nuestra forma de ver el mundo.
6
Tabla de Contenido
7
1. Resumen .............................................................................................................................................. 10
2. Abstract ............................................................................................................................................... 10
3. Introducción......................................................................................................................................... 11
4. Planteamiento del problema ................................................................................................................ 11
5. Justificación ......................................................................................................................................... 12
6. Objetivos.............................................................................................................................................. 13
Específicos ........................................................................................................................................................... 13
7. Marcos de referencia ........................................................................................................................... 14
7.1. Antecedentes y estado del arte ............................................................................................................ 14
7.2. Marco Teórico-conceptual ................................................................................................................... 17
7.2.1 Agua..................................................................................................................................................... 17
7.2.2 Agua potable. ....................................................................................................................................... 17
7.2.3 Características del agua potable. .......................................................................................................... 17
7.2.4 Plantas de tratamiento de agua potable. .............................................................................................. 20
Tipos de plantas de tratamiento de agua. ................................................................................................ 20
7.2.5 Procesos Unitarios................................................................................................................................ 21
Tratamientos primarios. ........................................................................................................................... 21
Tratamientos secundarios. ....................................................................................................................... 22
Tratamientos terciarios. ........................................................................................................................... 22
7.2.6 Índices establecidos en la resolución 2115 de 2007 que serán objeto de este trabajo. ............................ 22
7.2.7 Enfermedades de transmisión hídrica. ................................................................................................. 23
7.3. Marco Normativo ................................................................................................................................. 23
7.4. Marco geográfico ................................................................................................................................. 24
Agua potable y saneamiento básico en el municipio de Nocaima. ............................................................ 25
7.5. Marco institucional .............................................................................................................................. 26
8. Metodología ........................................................................................................................................ 26
8.1 Diseño metodológico ........................................................................................................................... 26
8.1.1 Actividades transversales a todo el proyecto. ....................................................................................... 27
8.1.2 Actividades objetivo 1 “Elaborar un diagnóstico del estado actual de la operación e infraestructura de la PTAP “La Laja”. .................................................................................................... 27
8.1.3 Actividades, objetivo 2 “Evaluar las características físico químicas y microbiológicas en los procesos unitarios de la PTAP “La Laja”. ............................................................................................... 29
8.1.4 Actividades, Objetivo 3 “Identificar las alternativas de mejora de la PTAP “La Laja””. ........................... 30
8
8.2 Matriz metodológica ............................................................................................................................ 33
9. Resultados y análisis de resultados ....................................................................................................... 34
9.1 Objetivo 1 “Elaborar un diagnóstico del estado actual de la operación e infraestructura de la PTAP “La Laja””. ................................................................................................................................... 34
Visita a la PTAP. ................................................................................................................................................... 34
Aplicación de encuestas. ...................................................................................................................................... 38
9.2 Objetivo 2 “Evaluar las características fisicoquímicas y microbiológicas en los procesos unitarios en la PTAP “La Laja”” ............................................................................................................................ 43
Toma de muestras fisicoquímicas y análisis. ............................................................................................. 43
Toma de muestras y análisis Microbiológicos. .......................................................................................... 48
9.3 Objetivo 3. “Identificar las alternativas de mejora en la PTAP “La Laja”” ............................................... 50
Cálculo del IRABApp............................................................................................................................................. 51
Identificación de alternativas. .............................................................................................................................. 51
Propuesta de mejoramiento a la planta de tratamiento de agua potable en el municipio de Nocaima, Cundinamarca. ..................................................................................................................................... 63
Optimización de bypass hidráulico ....................................................................................................................... 63
Mejora en el proceso de coagulación - floculación ............................................................................................... 71
Implementación de mejores prácticas mediante aplicación de indicadores de la IWA .......................................... 71
10. Conclusiones ........................................................................................................................................ 76
11. Recomendaciones ................................................................................................................................ 76
12. Referencias Bibliográficas ..................................................................................................................... 77
14. Anexos .................................................................................................................Error! Bookmark not defined.
Listado de tablas
Tabla 1. Trabajos consultados acerca de optimización de PTAP en Colombia ................... 16
Tabla 2. Características físicas del agua para consumo humano ......................................... 18
Tabla 3. Características del agua para consumo humano ..................................................... 19
Tabla 4. Características microbiológicas del agua para consumo humano. ........................ 20
Tabla 5. Clasificación del nivel del riesgo en salud por IRABApp ........................................ 22
Tabla 6. Normas legales y técnicas vigentes que aplican al proyecto ................................... 24
Tabla 7. Nivel de confianza ..................................................................................................... 28
Tabla 8. Precisión absoluta ...................................................................................................... 28
Tabla 9. Puntajes asignados para el cálculo del índice de tratamiento. ............................... 31
Tabla 10. Puntajes para el indica de continuidad de la persona prestadora o quien
distribuye agua para consumo humano. .................................................................................. 32
Tabla 11. Matriz metodológica ................................................................................................ 33
Tabla 12. Dimensiones de los procesos unitarios ................................................................... 37
Tabla 13. Alternativas de mejoramiento a la PTAP "La Laja" .............................................. 52
9
Tabla 14. Resultados del ensayo de jarras con sulfato de aluminio en concentraciones de
10, 20, 30, 40, 50 y 60ppm. ...................................................................................................... 58
Tabla 15. Resultados de ensayo de jarras con sulfato de aluminio en concentraciones de
20, 25, 30, 35, 40 y 45ppm ...................................................................................................... 59
Tabla 16. Resultados de ensayo de jarras con sulfato de hierro al 1% en concentraciones
de 10, 20 30, 40 50 y 60 ppm. ................................................................................................... 61
Tabla 17.Resultados obtenidos, siguiendo la metodología de la figura 20............................ 68
Tabla 18. Resultados para tubería de 3" que cumple con todas las condiciones ................... 69
Tabla 19. Resultados de diseño ................................................................................................ 69
Tabla 20. Presupuesto de la implementación del Bypass ....................................................... 70
Tabla 21. Indicadores sugeridos para implementar en la PTAP “La Laja” ........................ 73
Listado de figuras
Figura 1. Localización de Nocaima y mapa del municipio..................................................... 24
Figura 2. Diagrama de actividades y objetivo ......................................................................... 27
Figura 3. Diagrama del proceso de potabilización de agua en la PTAP "La Laja" ............... 36
Figura 4.Mapa del área de cobertura del servicio de potabilización ...................................... 38
Figura 5. Cantidad de usuarios encuestados por barrio .......................................................... 39
Figura 6. Resultados a las preguntas relacionadas con la calidad del agua ........................... 40
Figura 7. Resultados a las preguntas relacionadas con la operación de la planta.................. 42
Figura 8. Registro fotográfico de los instrumentos y reactivos utilizados en la toma de
muestras físico-químicas........................................................................................................... 44
Figura 9. Comportamiento del pH en el proceso de potabilización del agua en la PTAP "La
Laja" ........................................................................................................................................... 44
Figura 10. Comportamiento de la turbiedad y el color en el proceso de potabilización del
agua en la PTAP "La Laja" ....................................................................................................... 45
Figura 11. Comportamiento de la alcalinidad y dureza en el proceso de potabilización del
agua en la PTAP "La Laja" ....................................................................................................... 47
Figura 12. Evidencia de toma de muestras de agua para análisis microbiológico ................ 48
Figura 13. Características microbiológicas del agua en la PTAP "La Laja" ......................... 49
Figura 14. Toma de muestra para ensayo de jarras ................................................................. 55 Figura 15. Reactivos e instrumentos utilizados para preparar las soluciones de sulfato de
hierro y sulfato de aluminio al 1% ........................................................................................... 56
Figura 16. Evidencia fotográfica de la realización del ensayo de jarras con sulfato de
aluminio como coagulante ........................................................................................................ 57
Figura 17. Remoción de turbiedad usando diferentes concentraciones de sulfato de aluminio
tipo A. ............................................................................................................................................................. 59
Figura 18. Remoción de turbiedad en el rango de 20 a 45 ppm de sulfato de aluminio tipo A
............................................................................................................................. ........... 60
Figura 19. Evidencia fotográfica del ensayo de jarras utilizando sulfato de hierro como
coagulante .................................................................................................................................. 61
Figura 20. Remoción de turbiedad en diferentes concentraciones de sulfato de hierro ........ 62
Figura 21. Punto de inicio y final del bypass hidráulico complementario ............................. 65
Figura 22. Algoritmo para el diseño de tuberías simples ........................................................ 66
Figura 23. Diagrama inicial de la tubería que configura el sistema de Bypass ..................... 67
Figura 24. Diagrama final del sistema bypass ......................................................................... 70
10
1. Resumen
La presente investigación se centró en la planta de tratamiento de agua potable “La Laja”,
del municipio de Nocaima, Cundinamarca, pues el agua que reciben los beneficiarios del
tratamiento presenta variabilidad en las propiedades organolépticas. Adicionalmente, el
sistema para la vigilancia de la calidad del agua potable, reporta que, el índice de riesgo por
abastecimiento de agua potable en el municipio posee un valor alto. Lo anterior motivó a que
la investigación tuviese como objetivo “plantear una propuesta técnica de optimización de la
PTAP “La Laja” para mejorar la calidad del agua potable en el municipio de Nocaima
Cundinamarca”. Por lo cual se realizaron pruebas de los parámetros fisicoquímicos y
microbiológicos del agua en todos los procesos unitarios, encuestas a los usuarios, visitas a
la planta para identificar problemas infraestructurales y de operación y el cálculo del
IRABApp. Entre los resultados más importantes están: El agua en el tanque de
almacenamiento y distribución incumple el valor para los parámetros de turbiedad y
coliformes fecales que determina la resolución 2115 de 2007. La planta trabaja fuera de su
capacidad en épocas de lluvia y hay poca capacidad de gestión por parte del municipio. Por
lo tanto se planteó optimizar los procesos de coagulación y floculación; así como el
mejoramiento del sistema bypass y la implementación de indicadores de la IWA para mejorar
la gestión por parte de la empresa y el municipio en la potabilización de agua.
Palabras clave: Planta de tratamiento, Agua potable, salud.
2. Abstract
This research focused on the “La Laja” drinking water treatment plant, in the municipality
of Nocaima, Cundinamarca, since the water received by the beneficiaries of the treatment
presents variability in the organoleptic properties. In addition, the system for monitoring the
quality of drinking water, report, the risk index for drinking water supply, in the municipality
has a high value. This led to the objective of the investigation "to propose a technical proposal
for optimization of the PTAP "La Laja" to improve the quality of drinking water in the
municipality of Nocaima Cundinamarca". Therefore, tests of the physicochemical and
microbiological parameters of water are carried out in all unit processes, user surveys, visits
to the plant to identify infrastructure and operation problems and the calculation of the
IRABApp. Among the most important results are: The water in the storage and distribution
tank includes the value for the turbidity parameters and fecal coliforms that determine
resolution 2115 of 2007. The plant works outside its capacity in times of rain and there is
little capacity of management by the municipality. Therefore, the optimization of coagulation
and flocculation processes was considered; as well as the improvement of the bypass system
and the implementation of IWA indicators to improve the management by the company and
the municipality in water purification.
Keywords: Treatment plant, Drinking water, unit processes.
11
3. Introducción
El municipio de Nocaima, Cundinamarca, cuenta con una sola planta de tratamiento de
agua potable (PTAP) en funcionamiento para el casco urbano, llamada “La Laja”, la cual
presenta varias fallas, como lo son, la entrega del líquido con color, olor y sabor; así como
desabastecimiento de agua en épocas de sequía. La PTAP es operada por “Empresas Públicas
de Cundinamarca S.A. ESP” y cuenta con una infraestructura de tipo convencional. Según
el Instituto Nacional de Salud, mediante el Sistema de Información de la Vigilancia de la
Calidad del Agua para consumo humano (SIVICAP); varios años el municipio ha presentado
niveles altos y medios en el índice de riesgo por calidad de agua, en diferentes meses,
indicando que el agua no es apta para el consumo humano, lo que hace a los habitantes del
municipio vulnerables a enfermedades de tipo hídrico.
Por lo anterior, este proyecto tuvo como propósito realizar una propuesta de mejoramiento
de la PTAP desde la ingeniería ambiental, para mejorar la calidad de vida de los habitantes
del municipio, teniendo en cuenta los parámetros de la resolución 2115 de 2007 acerca de la
calidad de agua para el consumo humano y las normas técnicas de operación de estas plantas.
El proyecto fue realizado en tres fases, cada una correspondiente al cumplimiento de un
objetivo específico. La primera fase consistió en realizar un diagnóstico de la infraestructura
y la operación de la planta, para ello se realizaron visitas de observación a la planta y
encuestas a la población que era usuaria del servicio de acueducto. En la segunda fase se
logró analizar el comportamiento de algunas características fisicoquímicas y microbiológicas
del agua dentro de la planta de tratamiento en cada uno de los procesos unitarios con el fin
de determinar si el problema radicaba en el tratamiento del agua. Finalmente se procedió a
realizar el cálculo del índice de riesgo por abastecimiento de agua potable por persona
prestadora, el cual demostró que es necesario un plan de mejora en el servicio; por lo cual se
plantearon tres acciones que configuran la propuesta de optimización para la PTAP “La
Laja”.
4. Planteamiento del problema
La mala calidad del agua para el consumo humano derivada del saneamiento básico
inadecuado y la escasez de los recursos hídricos, impacta de manera negativa en el desarrollo
regional y en la seguridad alimentaria. (CEPAL, 2016). Así mismo el desabastecimiento de
agua y la mala potabilización de la misma se asocian a enfermedades como lo son: Diarrea,
Cólera, Hepatitis A, Disentería, Fiebre tifoidea, Poliomielitis, Salmonelosis entre otras
enfermedades Víricas Gastrointestinales (OMS, 2017). Según la Organización Mundial de la
Salud (OMS) en el 2015 se registró más de 502.000 muertes por diarrea.
12
De acuerdo con Informe Nacional sobre la gestión del agua en Colombia del año 2000, el
país posee alto riesgo de enfermedades de origen hídrico en la población, esto debido a la
baja capacidad de inversión en la infraestructura sanitaria, al capital de trabajo limitado,
deficiente gestión empresarial y operativa, deficiente capacitación técnica y retraso
tecnológico, regulación, vigilancia y control inadecuados (Ojeda y Arias, 2000). En el 2003
el país contaba con más de 40 millones de habitantes de los que 10,1 millones,
correspondiente al 25 % de la población, estaban sin servicio de acueducto y 16,1 millones,
correspondiente al 40 %, sin servicio de alcantarillado. En el 2003 se contaba con 750 plantas
de tratamiento y el 50% estaban en mal estado lo que dio como resultado la baja calidad de
abastecimiento de agua potable (Jara, 2003).
El sistema de Información de la Vigilancia de la Calidad del agua para consumo humano
(2019), del Instituto Nacional de Salud, en su consolidado mensual por municipio; para
Nocaima, Cundinamarca, reporta que desde el año 2012, en diferentes meses el índice de
riesgo por agua presenta valores altos y medios; es decir el agua que abastece las viviendas
del municipio es de calidad variable y no se encuentra en las condiciones óptimas para el
consumo humano lo cual genera enfermedades diarreicas en la población de Nocaima.
Además el único reporte de índice de riesgo municipal por abastecimiento de agua para
consumo humano (IRABAm) que ha reportado el municipio, al SIVICAP, fue en 2014 con
un valor de 39,30 puntos es decir un nivel de riesgo alto; así mismo el informe de buenas
Prácticas Sanitarias (BPS) muestra que en el año 2018 en los reportes 3, 4, y 5 el riesgo fue
alto, mientras que para años anteriores como el 2016 y el 2014 el riesgo fue medio (SIVICAP,
2019).
En los últimos planes de desarrollo de Nocaima, es posible observar que se han integrado
a sus propuestas, la optimización de los sistemas de tratamiento de agua potable, para
disminuir las enfermedades que se han presentado, en el marco del Plan Departamental de
agua potable y saneamiento básico (Alcaldía de Nocaima, 2012). En este momento el
municipio cuenta con cuatro plantas de tratamiento, de las cuales solo una se encuentra en
operación y cubre la demanda del casco urbano. Lo anterior llevó a plantear la siguiente
pregunta de investigación. ¿Cómo pueden mejorarse los procesos de la PTAP “La Laja” en
el municipio de Nocaima, Cundinamarca, para entregar agua potable de acuerdo a los
parámetros de la resolución 2115 de 2007?
5. Justificación
El saneamiento ambiental y el control de las enfermedades hídricas es una prioridad para
el país. Esto se ve reflejado en el CONPES 3550 de 2008, el cual, dictamina los “lineamientos
para la formulación de la política integral de salud ambiental con énfasis en los componentes
de calidad de aire, calidad de agua y seguridad química” (DNP, 2008, p.1). En dicho
documento se hace hincapié en ampliar la cobertura y el servicio eficiente de acueducto, pues
el saneamiento básico inadecuado es la principal causa de enfermedades como la diarrea y
parásitos intestinales que causan gastroenteritis (Rodríguez, García-Ubaque y García-
Ubaque, 2016).
El Sistema de vigilancia (SIVICAP) de la calidad del agua aporta datos relacionados con
IRCA, IRABA y BPS, donde se evidencia que la situación actual del municipio de Nocaima,
13
respecto a la calidad de agua entregada por el sistema de acueducto es variable, lo que afecta
la calidad de vida de los habitantes, causando enfermedades asociadas al agua como la diarrea
y asociadas al mal almacenamiento de la misma como el dengue (Alcaldía de Nocaima,
2012).
Teniendo en cuenta lo anterior, este proyecto pretendió generar una propuesta para
optimizar la planta de tratamiento de agua potable “La Laja” y con ello mejorar la calidad
de vida de los habitantes del casco urbano. De igual manera, aportaría al cumplimiento de
algunas de las metas de los ODS como lo son la 6.1 “De aquí a 2030, lograr el acceso
universal y equitativo al agua potable a un precio asequible para todos” (CEPAL, 2016, p.35)
y la meta 6.4:
“De aquí a 2030, aumentar considerablemente el uso eficiente de los recursos hídricos
en todos los sectores y asegurar la sostenibilidad de la extracción y el abastecimiento
de agua dulce para hacer frente a la escasez de agua y reducir considerablemente el
número de personas que sufren falta de agua” (CEPAL, 2016, p.36).
El problema de la variabilidad en la calidad del agua entregada por la PTAP “La Laja”,
en el municipio de Nocaima, Cundinamarca; interpela la profesión del ingeniero ambiental,
no solo porque dentro de su formación se encuentren aspectos acerca del tratamiento y
potabilización del agua, sino también porque la calidad del agua es una de las tantas variables,
que han de ser tenidas en cuenta dentro de la gestión del recurso hídrico. Recurso que es de
interés en las relaciones existentes entre el ser humano y la naturaleza, los cuales son a su
vez los componentes del ambiente.
6. Objetivos
General
Plantear una propuesta técnica de optimización de la PTAP “La Laja” para mejorar
la calidad del agua potable en el municipio de Nocaima Cundinamarca.
Específicos
Elaborar un diagnóstico del estado actual de la operación e infraestructura de la PTAP
“La Laja”.
Evaluar las características fisicoquímicas y microbiológicas en los procesos unitarios
en la PTAP “La Laja”.
Identificar las alternativas de mejora en la PTAP “La Laja”
14
7. Marcos de referencia
7.1. Antecedentes y estado del arte
La PTAP “La Laja” del municipio de Nocaima, fue construida en 1986 con una
proyección a 20 años. Esta es utilizada u operada por Empresas Públicas de Cundinamarca
S.A. S. E.S.P. La cual abastece parte de la zona urbana y dos veredas. (D. Laverde, comunicación personal, 12 de marzo de 2019).
Acerca de la PTAP “La Laja”, objeto de este proyecto, existe un estudio denominado
“Análisis de la situación actual de la infraestructura existente para potabilización del agua
(PTAP) en los municipios de Albán, Nimaima y Nocaima de la provincia del Gualivá del
departamento de Cundinamarca teniendo en cuenta el aseguramiento de la prestación del
servicio.” realizado en 2015, por Angie Martínez, con el fin de obtener el título de especialista
en Recursos Hídricos de la Universidad Católica. En este estudio se evidenció que, en la
PTAP “La Laja” hacía falta un manual de buenas prácticas e instalaciones seguras; además
había reportes insuficientes de la calidad del agua, así como una alta variabilidad de los
caudales tratados; también menciona la necesidad de realizar acciones de optimización dentro
de la PTAP (Martínez, 2015).
La serie de problemas que presenta la PTAP “La Laja”, son comunes en el país, es por
ello que la construcción del estado del arte fue basada en trabajos de grado acerca de
optimización de plantas de tratamiento de agua potable, que han sido realizados en distintos
lugares del país en el rango temporal de 2013 a 2018, tanto en la universidad El Bosque,
como otras universidades, para optar por títulos de pregrado y postgrado. Para este fin se
utilizaron las bases de datos de la biblioteca Juan Roa Vásquez, Science Direct, Google
Académico y Scopus. Usando como herramientas de búsqueda las palabras clave: planta de
tratamiento, agua potable, Colombia, optimización y los operadores booleanos AND y OR.
A continuación, se compilaron a manera de tabla los trabajos de grado encontrados cuya
finalidad es similar a la del presente trabajo, en otras plantas de tratamiento del país.
16
Tabla 1. Trabajos consultados acerca de optimización de PTAP en Colombia.
Título Autores Año Universidad Propuesta conceptual del trabajo
Estudio de factibilidad para la
optimización de la planta de
tratamiento de agua potable del
acueducto de San Antonio de
Apulo, Cundinamarca
Laura
Barrera
2015 El Bosque Se realizó un diagnóstico para levantar la línea base,
se proyectó población, se calculó la oferta y demanda
a 15 años, se evaluaron los procesos unitarios y se
realizó una propuesta de optimización. (Barrera,
2015)
Evaluación del desempeño de la
planta de potabilización de agua
(PTAP) del municipio de
Icononzo Tolima y análisis de
alternativas para mejorar la
calidad del agua potable
Daniela
María
Guzmán
2016 El Bosque Describe la situación infraestructural de la PTAP, los
parámetros de calidad del agua a mejorar; presenta
tres alternativas de mejora. (Guzmán, 2016)
Formulación básica para la
optimización de plantas de
potabilización según la nueva
legislación – caso de estudio
Adriana
Ruiz
2013 Universidad
Nacional
En el estudio se selecciona un municipio teniendo en
cuenta las especificaciones del RAS, se realiza una
descripción de la PTAP, se evalúan los procesos
unitarios; se verifican los parámetros de diseño y se
proponen obras de adecuación.
(Ruiz, 2013)
Optimización de la planta de
tratamiento de agua potable del
municipio de Chipatá
(Santander)
Gustavo
Maldona
do
Pinzón
2018 Universidad
distrital Se realiza una descripción de todos los procesos
unitarios de la PTAP, teniendo en cuenta el estado
físico y el estado operativo; hacen un análisis
correlacional con respecto a las implicaciones en
salud, plantean propuestas de mejora, con sus
respectivos presupuestos
(Maldonado, 2018)
Fuente: Autoría propia
17
7.2. Marco Teórico-conceptual
7.2.1 Agua.
El agua es un líquido cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de hidrógeno y
uno de oxígeno (Real Academia de la lengua Española, 2018). El agua cubre tres cuartas
partes del planeta y se encuentra en estado líquido, sólido y gaseoso de manera natural en
todas las esferas terrestres (FAO, s.f.). El agua también ha sido definida como un recurso
básico e insustituible, sin el cual la vida y las actividades propias del ser humano son posibles.
(Invemar, s.f.)
7.2.2 Agua potable.
La clasificación de agua potable se realiza según normativas nacionales. Para el caso
colombiano la normativa vigente es la Resolución 2115 de 2007 en la cual se determinan los
factores primordiales para que esta pueda ser consumida por seres humanos sin generar
repercusiones a la salud tanto leve como grave, o incluso la muerte, teniendo en cuenta
parámetros físicos, químicos y microbiológicos. La definición de agua potable nos indica que
es aquella que está libre de arsénico, cadmio, zinc, cromo, nitratos y nitritos,
microorganismos patógenos, y posee propiedades físicas agradables, por tal motivo dicha
agua es la que ha pasado por una planta potabilizadora en la cual se han retirado sustancias y
microorganismos. (Resolución 2115, 2007).
7.2.3 Características del agua potable.
El manejo integral de los recursos hídricos requiere del conocimiento de los factores que
influyen en la calidad del recurso, teniendo muy en cuenta sus usos. La evaluación de dicha
calidad es realizada a través de la medición de diferentes variables físicas, químicas y
sanitarias (Romero, 2000).Una de las clasificaciones que se pueden utilizar para el estudio
de los diferentes parámetros de contaminación o calidad de las aguas, es según la naturaleza
de la propiedad o especie que se determina. Estas se pueden dividir en:
Características físicas. En Colombia, los valores máximos permisibles para los
parámetros físicos del agua potable se rigen por la resolución 2115 de 2007, cuyos parámetros
se muestran en las Tabla 2. Estos parámetros indican la calidad del agua después de haber
sido tratada. Dentro de las características físicas se encuentran la turbidez, los sólidos en
suspensión, la temperatura, la conductividad; así mismo el color, olor y sabor que a su vez
son características organolépticas del agua (Edzwald, 2010).
Turbiedad. Es la propiedad óptica de una suspensión que hace que la luz sea reemitida y
no transmitida a través de la suspensión. A mayor intensidad de dispersión de la luz, la
turbidez será mayor. La turbiedad en el agua es causada por materia suspendida y coloidal
tal como arcilla, sedimento, materia orgánica e inorgánica, plancton y otros microorganismos
microscópicos. Para determinar los niveles de turbiedad del agua se utiliza el turbidímetro,
en el cual se mide la intensidad de luz dispersa en una dirección particular,
predominantemente en ángulos rectos de luz incidente. Los resultados de las mediciones de
18
turbiedad por este método se reportan en Unidades nefelometrícas de Turbiedad – NTU
(IDEAM, 2007).
Color. Se debe a la presencia de materia orgánica natural, como son las sustancias húmicas
procedentes de los ácidos húmicos y fúlvicos, así como por la presencia de ciertos metales
como hierro, manganeso y cobre, que se encuentran disueltos o en suspensión. En la
formación del color en el agua intervienen, entre otros factores, el pH, la temperatura, el
tiempo de contacto con las superficies y la solubilidad de los compuestos coloreados. El color
se puede dividir en: color verdadero, aquel que posee el agua una vez retirados los sólidos
suspendidos y el color aparente que es producto del material suspendido (Sierra, 2011).
Sabor y olor. El sabor y el olor son características que se deben a la presencia de sustancias
químicas volátiles, además de la presencia de materia orgánica en descomposición. Las
mediciones de los mismos se hacen con base en la dilución necesaria para reducirlos a un
nivel apenas detectable por la observación humana. La caracterización del olor y el sabor se
evalúan en términos de aceptable o no aceptable (OMS, 2006).
Conductividad. Es la capacidad de una solución para conducir electricidad a través de sus
iones. Estos iones provienen principalmente de los ácidos y sales de la solución de fuente. Es
por esto que se puede establecer la relación entre la conductividad con la cantidad de sólidos
disueltos en el agua. Su unidad de medida para está dada en (μS) microsiemens u mhos y se
ve afectada por la temperatura. Para realizar su medición se utilizan conductimetros.
(Romero, 2000).
Temperatura. Variable de tipo física que afecta de manera notable la calidad del agua.
Influenciando parámetros o características importantes en los procesos de tratamientos de
aguas, como lo son la solubilidad de gases y sales, la cinética de las reacciones químicas y
bioquímicas, viscosidad, crecimiento de microorganismos, entre otras. Sin embargo, el factor
más relevante que se ve afectado por la temperatura es la solubilidad del oxígeno en el agua,
teniendo un comportamiento inversamente proporcional y por consiguiente viéndose
acelerados procesos de putrefacción de la misma. (Sierra, 2011).
Según la resolución 2115 del 2007, los estándares de calidad del agua para consumo
humano son los siguientes:
Tabla 2. Características físicas del agua para consumo humano
Características físicas Expresadas como Valor máximo
aceptable Color aparente Unidades de Platino Cobalto (UPC) 15
Olor y sabor Aceptable o no aceptable Aceptable
Turbiedad Unidades Nefelométricas de Turbiedad (NTU) 2
Conductividad Microsiemens o mhos μS 1000 μS/cm
Fuente: Resolución 2115, 2017
Características químicas. En Colombia, los valores máximos permisibles para los
parámetros químicos del agua potable se rigen por la resolución 2115 de 2007. Estos
19
parámetros indican la calidad química del agua después de haber sido tratada. Dentro de las
características químicas del agua están la alcalinidad, dureza, pH, hierro, cloruros o cloro
residual libre, nitratos y sulfatos.
Alcalinidad. La alcalinidad del agua es su capacidad para reaccionar o neutralizar los iones
hidronio (H+) hasta un pH igual a 4,5. Esta es causada principalmente por los bicarbonatos,
carbonatos e hidróxidos presentes en la solución. Se expresa como la concentración
equivalente del agente alcalino, en mg/L (Swayer, McCarty & Parkin, 2003).
Dureza. Para aguas la dureza se define como la medida de cationes Ca+2y Mg+2 en las
muestras y en menor medida la presencia de Fe+2 y Mn+2 y otros alcalinotérreos. Según
Sánchez y Alonso (2017) “en la actualidad se ha dejado a un lado el término “dureza” como
tal, en contraste es más común encontrar la indicación de la cantidad de cationes de calcio y
magnesio presente en una muestra de agua” (p.33), cuantificados en mg/L. La dureza del
agua es proveniente del proceso natural de la disolución de la roca madre (Sierra, 2011)
Cloruros. El ion cloruro (Cl-), es uno de los aniones inorgánicos principales en el agua
natural y residual. Los contenidos de cloruros de las aguas son variables y se deben
principalmente a la naturaleza de los terrenos atravesados, Habitualmente, el contenido de
ion cloruro de las aguas naturales es inferior a 50 mg/L. (Swayer et al., 2003).
Las características químicas del agua para consumo humano en relación con los elementos,
compuestos químicos y mezclas de compuestos químicos que tienen implicaciones sobre la
salud humana se señalan en la siguiente tabla.
Tabla 3. Características del agua para consumo humano
Elementos, compuestos
químicos y mezclas de
compuestos químicos
Expresado como Valor máximo aceptable
(mg/L)
Dureza total CaCO3 300
Alcalinidad Total CaCO3 200
Cloruros Cl- 1,0
Fuente: Resolución 2115/2007. República de Colombia, modificado por autores.
Características microbiológicas. Los microorganismos presentes en el agua son de
diversa naturaleza y estos afectan las características organolépticas, químicas y biológicas.
Entre los microorganismos que se encuentran en el agua están: las bacterias, las algas y
protozoarios flagelados, los virus y larvas del reino vegetal; estos pueden ser o no patógenos.
La presencia de microorganismos en el agua es un indicador de la salubridad de la misma;
en especial la presencia de Coliformes totales y fecales, pues estas son causantes de
enfermedades entéricas. Estas enfermedades tienen una repercusión económica y en la salud
pública. (OMS, 2006). Ninguna muestra de agua para consumo humano debe contener E.coli
en 100 cm3 de agua, independientemente del método de análisis utilizado (Resolución 2115,
2007)
20
Las características microbiológicas del agua para consumo humano deben enmarcarse
dentro de los siguientes valores máximos aceptables desde el punto de vista microbiológico,
los cuales son establecidos teniendo en cuenta los límites de confianza del 95% y para
técnicas con habilidad de detección desde 1 Unidad Formadora de Colonia (UFC) o 1
microorganismo en 100 cm3 de muestra:
Tabla 4. Características microbiológicas del agua para consumo humano.
Técnicas utilizadas Coliformes Totales Escheriachia coli
Filtración por membrana 0 UFC/ 100 cm3 0 UFC/ 100 cm3
Enzima sustrato < de 1 microorganismo en 100 cm3 < de 1 microorganismo en 100 cm3
Sustrato definido 0 microorganismo en 100 cm3 0 microorganismo en 100 cm3
Presencia- Ausencia Ausencia en 100 cm3 Ausencia en 100 cm3
Fuente: Resolución 2115/2007. República de Colombia
7.2.4 Plantas de tratamiento de agua potable.
Obras de infraestructura sanitaria, que permiten cambiar la composición del agua
mediante procesos físicos, químicos y biológicos, para cumplir con parámetros aceptables de
consumo (Edzwald, 2010). Según el documento Procesos unitarios y plantas de tratamiento
de la CEPIS, las plantas de tratamiento de agua se pueden clasificar, de acuerdo con el tipo
de procesos que las conforman, en plantas de filtración rápida y plantas de filtración lenta.
Otra forma en la que se pueden clasificar en plantas convencionales antiguas, plantas
convencionales de tecnología apropiada y plantas de tecnología importada o de patente
(Vargas, 2009). Están conformadas por varios procesos unitarios, los cuales se subdividen en
tratamientos preliminares, tratamientos primarios, secundarios y terciarios (Reynolds &
Richards, 1995).
Tipos de plantas de tratamiento de agua.
Plantas de filtración rápida. Estas plantas se denominan así porque los filtros que las
integran operan con velocidades altas, entre 80 y 300 m3 /m2 d, de acuerdo con las
características del agua, del medio filtrante y de los recursos disponibles para operar y
mantener estas instalaciones. De acuerdo con la calidad del agua por tratar, se presentan dos
soluciones dentro de este tipo de plantas: plantas de filtración rápida completa y plantas de
filtración directa (Vargas, 2009).
Plantas de filtración lenta. Los filtros lentos operan con tasas que normalmente varían
entre 0,10 y 0,30 m/h; esto es, con tasas como 100 veces menores que las tasas promedio
empleadas en los filtros rápidos (Vargas, 2009). Una planta de filtración lenta puede estar
constituida sólo por filtros lentos, pero dependiendo de la calidad del agua, puede comprender
los procesos de desarenado, pre sedimentación, sedimentación, filtración gruesa o filtración
en grava y filtración lenta (Reynolds & Richards, 1995).
21
7.2.5 Procesos Unitarios.
Tratamientos preliminares. El principal objetivo de estos tratamientos es la remoción de
sólidos gruesos de gran tamaño y los finos mediante un sistema de cribado, trampa de grasas
y/o desarenador; estos tratamientos dependerán del origen del agua a tratar y el uso al cual
se va a destinar. Se busca entonces cumplir dos funciones principales, medir y regular el
caudal de agua que ingresa a la planta y extraer los sólidos flotantes grandes y la arena.
(Romero, 2000).
Cribado. Consiste en pasar agua cruda por filtros de distintos tamaños, principalmente
rejillas, que buscan atrapar y retener la mayor cantidad de partículas sólidas de gran tamaño
y separarlas del líquido. El cribado es la primera barrera para purificar el agua y para asegurar
que los procesos siguientes no se vean afectados debido a taponamientos por los sólidos de
gran tamaño (Reynolds & Richards, 1995).
Aireación. Es el proceso en el cual se pone encontacto el agua con el aire para disminuir
la concentración de las sustancias volátiles, mejorando así las características físicas y
químicas del agua. La aireación ayuda a la purificación del agua a través de la mezcla
turbulenta del aire con el agua generando el arrastre o barrido de las sustancias volátiles y
por medio del proceso de oxidación de los metales y gases (Romero, 2000). La aireación se
puede efectuar de forma natural cuando el agua se pone en contacto con el aire en ríos,
canales, estanques y embalses, o de forma artificial utilizando métodos mecánicos para
generar la caída del agua. Las funciones más importantes de la aireación en el proceso de
purificación del agua son la remoción del olor y sabor, remoción de gases disueltos y adición
oxígeno (Vargas, 2009)
Tratamientos primarios.
Coagulación -mezcla rápida. Proceso mediante el cual se adiciona el coagulante, para que
este proceso sea eficiente debe generarse una mezcla rápida es decir alta turbulencia en el
agua, para ello se puede emplear equipos hidráulicos tales como el resalto hidráulico,
vertederos, mezcladores estáticos y difusores; o utilizar mezcladores mecánicos (Arboleda,
1992).
Existen diversos tipos de coagulantes como: sales de aluminio, sales de hierro y polímeros
inorgánicos. Para causar la mezcla rápida se pueden utilizar mezcladores hidráulicos tales
como resaltos hidráulicos y vertederos, así como mezcladores mecánicos, los cuales están
compuestos por turbinas u otros elementos similares acoplados a un eje de rotación (Edzwald,
2010). Para determinar el pH y el coagulante más óptimo se utiliza el test de jarras, que es
un procedimiento que se utiliza en laboratorios para determinar las condiciones de operación
óptimas en el tratamiento de aguas (Arboleda, 1992).
Floculación. El proceso de floculación favorece la formación de floc, es decir
conglomerar los sólidos suspendidos y algunos solidos disueltos presentes en el agua, para
su posterior sedimentación (Vargas, 2009). En el proceso de floculación pueden emplearse
22
los floculadores hidráulicos y mecánicos. Entre los floculadores hidráulicos que se pueden
diseñar están los de flujo horizontal, flujo vertical, flujo helicoidal y Alabama (RAS, 2000).
Sedimentación. Es el proceso mediante el cual se retiran los sólidos suspendidos del agua
de gran densidad, es de naturaleza netamente física y busca clarificar el agua. Los
sedimentadores que pueden emplearse son el de flujo horizontal y flujo vertical. (Vargas,
2009).
Tratamientos secundarios.
Filtración. La filtración es separar las partículas y microorganismos del agua, que no han
sido retenidos en los procesos primarios (Arboleda, 1992). Es el proceso final de la
clarificación del agua, donde se hace fluir el agua a través del medio filtrante, donde las
partículas suspendidas, quedan adheridas a los gránulos del mismo; en este proceso
intervienen las fuerzas de Van Der Waals y los puentes químicos (Wagner & Pinheiro, 2001).
Los filtros pueden clasificarse de acuerdo a su velocidad de filtración en: filtros rápidos y
filtros lentos. También pueden clasificarse según la naturaleza del lecho filtrante, en filtros
de arena, antracita y mixtos. Según el sentido del flujo en filtros de flujo ascendente y de
flujo descendente (Arboleda, 1992).
Tratamientos terciarios.
Desinfección. Este proceso se refiere a la destrucción o inactivación de los organismos
causantes de enfermedades o patógenos presentes en ella, los principales son: Bacterias,
Protozoarios y Virus (Wagner, 2001). Para este proceso se pueden realizar diversos métodos
tales como la cloración, con cloro gaseoso, hipoclorito de sodio en estado líquido, hipoclorito
de calcio en forma granular; entre otros como la luz ultravioleta, sin embargo la cloración es
el más utilizado debido a los costos.
7.2.6 Índices establecidos en la resolución 2115 de 2007 que serán objeto de este trabajo.
Índice de riesgo por abastecimiento de agua por parte de la persona prestadora
IRABApp. Este índice tiene como función evaluar entre cero y cien puntos, las condiciones
de abastecimiento de agua potable. Se obtiene cero (0) puntos cuando cumple con las
condiciones aceptables y cien (100) puntos para cuando no cumple ninguna condición
(Resolución 2115, 2007).
Teniendo en cuenta el promedio de los IRABApp, se define la clasificación del nivel de
riesgo a la salud humana, establecido por la resolución 2115 de 2007. En la tabla 5, se
presenta la clasificación del nivel del riesgo en salud por IRABApp y las acciones según el
tratamiento, la continuidad por parte de las personas prestadoras y la distribución a nivel
municipal.
Tabla 5. Clasificación del nivel del riesgo en salud por IRABApp
CLASIFICACIÓN NIVEL DE ACCIONES
23
IRABA RIESGO A IRABApp
(%) LA
SALUD
Requiere la formulación inmediata de un plan de cumplimiento a corto, mediano y largo plazo por parte de la
70.1 -100 MUY persona prestadora, bajo la verificación de la SSPD. ALTO
Requiere la formulación e implementación de un plan de acción a corto, mediano y largo plazo, bajo la verificación de
40.1- 70 ALTO la SSPD. La persona prestadora debe disminuir, mediante gestión
25.1 – 40.0 MEDIO directa, las deficiencias en el tratamiento y continuidad del servicio. La persona prestadora, debe eliminar mediante gestión
10.1 – 25.0 BAJO directa las deficiencias en el tratamiento y continuidad del servicio.
SIN La persona prestadora cumple con las disposiciones legales
0 – 10.0 RIESGO vigentes en materia de agua para consumo humano. Continuar con la prestación del servicio.
Fuente: Modificada de Resolución 2115 de 2007
7.2.7 Enfermedades de transmisión hídrica.
Las enfermedades de transmisión hídrica son producto de consumir agua contaminada;
éstas pueden originarse al tener contacto directo con el agua estancada donde se presenta
criadero de insectos, al consumir agua con microorganismos tales como los coliformes
fecales o la E. Coli o químicamente no aceptable, también al llevar a cabo usos inadecuados
del líquido (Rodríguez et al., 2016). Se definen las enfermedades que presentan una
influencia directa sobre la salud humana a partir de la relación con el agua:
- Enteritis debida a salmonella (EDS)
- Intoxicación alimentaria bacteriana no especificada (IABNE)
- Hepatitis aguda tipo A sin coma hepático (HATA/SCH)
- Diarrea funcional (DF)
- Diarrea y gastroenteritis de presunto origen infeccioso (DGPOI)
- Intoxicación alimentaria estafilocócica (IAE)
7.3. Marco Normativo
Para abordar el marco legal, se tomó en cuenta la Constitución Política de Colombia y una
serie de leyes, decretos y resoluciones aplicables en el país, que hacen referencia, en grandes
rasgos, al manejo y control del recurso hídrico.
El artículo 365 de la Constitución Política de Colombia, establece que, es deber del Estado
asegurar la prestación eficiente de los servicios públicos a todos los habitantes del territorio
nacional. En el artículo 366, se establece que las necesidades insatisfechas en salud, el
saneamiento ambiental, la educación y el agua potable son objetivos fundamentales del
estado. (Constitución Política, 1991). Enmarcado en estos artículos el país cuenta con un
reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (RAS) desde el año 2000;
24
el cual se ha venido modificando, hasta llegar a su última versión “RAS 2017”. A
continuación se presenta una tabla con las normas legales vigentes que aplican al proyecto.
Tabla 6. Normas legales y técnicas vigentes que aplican al proyecto
Norma Propósito
Resolución 0330 de 2017
Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico. Expedida por el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio.
Resolución 2115 de 2007
Por medio del cual se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano. Expedida por Ministerio de la Protección Social Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.
Decreto 1575 de 2007
Por el cual se establece el Sistema para la Protección y Control de la Calidad
del Agua para Consumo Humano. Expedida por Del Ministerio de la Protección Social.
Acuerdo N°. 038 del 2000
Por el cual se adopta el esquema de ordenamiento territorial del municipio de Nocaima Cundinamarca.
Fuente: Autoría propia
7.4. Marco geográfico
El Municipio de Nocaima, se encuentra localizado al Noroccidente de Bogotá a una distancia aproximada de 48 km por la vía Bogotá- Medellín. Hace parte de la provincia del
Gualivá ubicada en el Departamento de Cundinamarca. Limita al norte con los Municipios de Nimaima y Vergara, al oriente con Vergara y la Vega, al sur con La Vega y Sasaima y al
Occidente con Villeta y Nimaima. Tiene una extensión total territorial de 69 Km2, dividida
en área urbana con 3 Km2 y área rural de 66 Km2. Se encuentra a una altitud media de 1200
m.s.n.m. en la cabecera municipal y cuenta con una temperatura media de 24°C (Concejo
Municipal para la Gestión del Riesgo de Desastres, 2012).
Figura 1. Localización de Nocaima y mapa del municipio
25
Fuente: Alcaldía de Nocaima, 2017 Fuente: Google Maps, 2019
En cuanto a la red hidrográfica del Municipio de Nocaima, esta pertenece a la hoya
hidrográfica del Río Negro y a la cuenca media del río Tobia. La cuenca media del río Tobia,
en el municipio de Nocaima está conformada por varias subcuencas y drenajes directos.
Dentro de las subcuencas sobresalen: la subcuenca de la quebrada Moya, de la quebrada San
Juanito, de la quebrada Natautá y subcuenca de la quebrada Curazao; y drenajes directos
como: quebrada El Batatal; quebrada los Morenos, quebrada Canoas, quebrada del Guadual
y quebrada Santa Helena. (Alcaldía de Nocaima, 2012).
Los principales problemas que se presentan en la cuenca son la deforestación, la
contaminación de las aguas, debido a las basuras y desechos que se arrojan al río Tobía,
también por el mal manejo de las letrinas y el vertimiento de las aguas negras del casco
urbano y del centro poblado Tobia Chica, así como la contaminación que viene de San
Francisco y La Vega, que vierten sus aguas servidas del casco urbano sobre el río Tobía.
Adicionalmente se presenta la extracción de material pedregoso del lecho del río Tobia
(Consejo Municipal para la Gestión del Riesgo de Desastres, 2012).
Agua potable y saneamiento básico en el municipio de Nocaima.
La zona urbana del municipio cuenta con 1.780 habitantes (DANE, 2005), según DANE
(2005), que corresponden al 35% del territorio municipal, el sistema de alcantarillado tiene
una cobertura urbana tanto en las redes instaladas como en calidad del servicio de cerca el
70%. El abastecimiento de agua para esta zona proviene de las quebradas El Tigre, La Moya,
y Natautá. Por otra parte, en algunos sectores rurales se cuenta con acueducto mas no con
alcantarillado para ello construyen pozos sépticos (Consejo Municipal para la Gestión del
Riesgo de Desastres, 2012).
La disponibilidad de agua en el municipio no cuenta con recargas de acuíferos
representativos, razón por la cual es importante dar un uso eficiente a las corrientes
superficiales, manteniendo sus nacederos y rondas con cobertura vegetal adecuada para su
protección; así como el establecer acueductos, debidamente organizados, con tanques de
almacenamiento que permitan mantener y regular el recurso; así como contadores que
permitan controlar el uso del agua (Consejo Municipal para la Gestión del Riesgo de
Desastres, 2012).
Por otro lado las instalaciones y componentes de la planta de tratamiento requieren de
manera prioritaria la ejecución de actividades de optimización física y estructural de forma
integral. Las paredes de las estructuras requieren ser impermeabilizadas y pintadas, no
existen pasamanos y barandas de protección. La Oficina de Servicios Públicos del sistema
de acueducto municipal carece de la formulación y adopción de un manual de operación y
mantenimiento, sin embargo, las actividades de limpieza y mantenimiento se desarrollan
periódicamente. No cuenta con programas de capacitación en sistemas de potabilización de
agua para el personal, ni en las buenas prácticas sanitarias (Martínez, 2015).
26
7.5. Marco institucional
Para la realización del proyecto se contó con el apoyo de la universidad El Bosque,
Además de los permisos para entrar a la planta de tratamiento de agua potable del municipio,
por parte de Empresas Públicas de Cundinamarca S.A.S. E.S.P. Así como el apoyo de la
Alcaldía de Nocaima para el suministro de información, relacionada con salud.
8. Metodología
8.1 Diseño metodológico
La investigación fue realizada mediante un enfoque mixto pues se recopilaron y
analizaron variables de tipo cuantitativo y cualitativo, permitiendo la integración de los
métodos y el conocimiento (Barbosa, Argote y De Ávila, 2014). Se tomaron datos medibles
de tipo experimental, en lo referente a los aspectos técnicos de la planta, como la toma de
muestras de agua, las dimensiones de la planta y el cálculo del IRABApp; lo que constituye
un enfoque cuantitativo (Monje, 2011). Por otra parte, se recolectaron datos de satisfacción
del servicio, donde se entiende a la sociedad desde un enfoque hermenéutico y cualitativo,
es decir a los actores sociales como poseedores del conocimiento (Sandoval, 1996).
El alcance del proyecto fue descriptivo, pues se consideró la PTAP como un objeto de
estudio, realizando una medición de sus componentes (Fernández y Baptista, 2014); para
realizar una propuesta de mejoramiento a la PTAP de Nocaima, por medio de un diagnóstico
de la situación actual de la planta, de sus condiciones físicas, el comportamiento de los
parámetros del agua en cada uno de los procesos unitarios, la percepción de la población
usuaria del servicio de agua potable, desde una visión ambiental; con el fin de que esta sea
tenida en cuenta por la alcaldía y la empresa que opera y presta el servicio de potabilización.
A continuación se presenta a manera de diagrama las actividades que se plantearon en
cada fase para dar cumplimiento a cada uno de los objetivos. Posteriormente se describirán
los instrumentos, técnicas, metodologías y fechas en que fueron realizadas cada una de las
actividades.
27
Figura 2. Diagrama de actividades y objetivo
Fuente: Autores
8.1.1 Actividades transversales a todo el proyecto.
Recopilación de información, construcción de marcos de referencia y redacción de la
monografía. Para la construcción de los marcos de referencia y los primeros apartados del
documento, se realizó una revisión sistemática de la literatura, en bases de datos, usando las
palabras clave planta de tratamiento, agua potable y optimización, filtrando por fecha desde
2010 y cerrando la búsqueda solo a publicaciones en Colombia; finalmente se decidió optar
por trabajos de grado, en los niveles de pregrado y postgrado.
La revisión de información no se limitó solo a la academia. Fueron revisados documentos
de entes oficiales tales como planes de desarrollo, el sistema de vigilancia de la calidad del
agua, registros del IDEAM, el esquema de ordenamiento territorial de Nocaima, entre otros.
8.1.2 Actividades objetivo 1 “Elaborar un diagnóstico del estado actual de la
operación e infraestructura de la PTAP “La Laja”.
Visita a la PTAP y recopilación de información. Se realizó una visita a la PTAP “La
Laja” el día martes 12 de marzo del año 2019, donde se visitaron los puntos de captación, se
realizó un recorrido e identificación del estado infraestructural de la planta, así como los
28
procedimientos que se siguen en la planta; lo anterior mediante registro fotográfico del
proceso de potabilización y dialogo con distintos encargados de la planta y el sistema de
alcantarillado del municipio. Así mismo se solicitaron los planos de la planta.
Aplicación de encuestas. Se realizaron 70 encuestas, el día 22 de junio, a los usuarios del
servicio de acueducto de la zona urbana del municipio de Nocaima, Cundinamarca. El
objetivo de estas encuestas fue conocer la opinión de la comunidad respecto a la calidad del
agua que reciben, la satisfacción que tienen del servicio y si relacionan enfermedades
asociadas al recurso hídrico con la calidad del agua. La encuesta estaba estructurada, de tal
manera que, las primeras 4 preguntas arrojaran información demográfica. De la pregunta 5 a
la 9 se obtuviera información acerca de la calidad del agua y las últimas 5 preguntas estaban
enfocadas a recolectar datos acerca de la operación del servicio. Para ver el formulario de la
encuesta remitirse al anexo 1.
Para definir el tamaño de la muestra se tuvo en cuenta que el total de usuarios del servicio
de acueducto son 798; con esto, se aplicó la fórmula de “población finita” propia de estudios
de tipo descriptivo. En la ecuación de población finita se tiene en cuenta la variabilidad del
parámetro que se desea estudiar, de acuerdo con, el nivel de confianza deseado y la precisión.
El primero, indica el grado de confianza que se tendrá de que el valor verdadero del parámetro
en la población se encuentre en la muestra. Y el segundo la da un margen de error de muestreo
(Barojas, 2005). Las siguientes tablas muestran los valores de nivel de confianza y precisión
absoluta.
Tabla 7. Nivel de confianza
% Error Nivel de confianza Valor de Z
calculado en tablas 1 99% 2.58
5 95% 1.96
10 90% 1.654
Fuente: Barojas, 2005
Tabla 8. Precisión absoluta
% Valor d
90 0.1
95 0.05
99 0.001
Fuente: Barojas, 2005
29
Ecuación población finita
Fuente: Barojas, 2005
Dónde:
n = Tamaño de la muestra
p = Proporción aproximada del fenómeno en estudio en la población de referencia. q = Proporción de la población de referencia que no presenta el fenómeno en estudio (1-p)
N = Tamaño de la población
Z = Valor de Z crítico
d = Nivel de precisión absoluta.
Ecuación población finita para la definición de la muestra
𝑛 = 798∗1,962∗0,05∗0,95
0,052∗(798−1)+1.962∗0,05∗0,95
Fuente: Autores
= 71
Dónde:
n = Tamaño de la muestra
N = 798 número de usuarios del servicio de alcantarillado
Z = 1,962
d = 0,05
8.1.3 Actividades, objetivo 2 “Evaluar las características físico químicas y
microbiológicas en los procesos unitarios de la PTAP “La Laja”.
Toma de muestras fisicoquímicas y análisis. Los días viernes 27 de Julio del 2019 y
miércoles 7 de agosto de 2019, se realizaron pruebas in situ en la PTAP del municipio de
color, turbiedad, pH, alcalinidad, dureza y cloruro, para esto se utilizaron recipientes de
vidrio, pH-metro colorimétrico con fenolftaleína de la marca TAYLOR, turbidimetro de la
marca LaMAtte, modelo 2020We, colorímetro de la marca LaMatte en el modelo SMART3
y medidor de cloro y pH colorimétrico con orthotolidine de la marca Taylor (instrumentos
que posee la planta “La Laja” con los cuales se toman las medidas que son reportadas al INS),
guantes, tapabocas y bata. Tanto el turbidimetro como el pH-metro, se encontraban
calibrados por la operaria para la última visita del INS.
Para las características fisicoquímicas se tomaron muestras de 10 ml, en cada uno de los
puntos de muestreo, los cuales fueron: quebrada la Moya, quebrada Natauta, quebrada el
Tigre; estas tres, fueron tomadas desde el tubo que llega a la planta; primero en un balde para
después ser pasadas al tarro de muestra. Con el fin de que las características del agua no se
vieran alteradas por muestras anteriores, tanto el balde como el tarro fueron enjuagados hasta
30
tres veces, con agua del punto de muestra. Continuando con los puntos de muestreo, se
realizaron muestras superficiales a la entrada y salida de cada proceso unitario. Dichos 10 ml
se tomaron en los frascos de vidrio que poseen el turbidimetro y el colorímetro, mencionados
anteriormente. Para el blanco, se utilizó agua de bolsa marca “Brisa”. Es importante resaltar
que no se realizaron pruebas fisicoquímicas en el proceso de filtración, puesto que se
encontraba fuera de funcionamiento.
Toma de muestras y análisis Microbiológicos. La toma de muestras para realizar análisis
microbiológicos se realizó el día sábado 10 de agosto, en la PTAP “La Laja”, usando frascos
de vidrio esterilizados por el laboratorio Analquim Ltda y siguiendo las recomendaciones
para la toma y transporte de muestras, las cuales incluían el uso guantes, nevera con
refrigerantes, envolver los frascos en papel de burbujas, mantener los frascos abiertos el
menor tiempo posible, llenar los formatos de cadena de custodia, tanto en los frascos como
en el documento de entrega al laboratorio y dejar un espacio de aire entre la lámina de agua
y la tapa del frasco. El laboratorio Analquim Ltda está certificado por el IDEAM, para el
análisis microbiológico del agua. El análisis para los parámetros de coliformes fecales y
totales en dicho laboratorio se realiza mediante la técnica de filtración por membrana.
Análisis del muestreo. Para el análisis de las muestras se realizaron diagramas de
comportamiento de los parámetros medidos, pues en el caso del agua potable, los procesos
no siempre generarán un decaimiento o ascenso de las características del agua. Esto se realizó
utilizando como instrumento el software de tratamiento de datos Excel.
8.1.4 Actividades, Objetivo 3 “Identificar las alternativas de mejora de la PTAP “La
Laja””.
Cálculo del IRABApp. Se realizó el cálculo de IRABApp, de acuerdo a lo estipulado en
la resolución 2115 de 2007, para dos condiciones climáticas. En el caso de la época de
invierno, se utilizaron los datos obtenidos el 12 de marzo 2019. Para el caso de época seca,
se utilizaron los datos tomados el 7 de agosto del 2019. Para posteriormente promediar los
valores obtenidos. A continuación, se muestra la ecuación utilizada.
Dónde:
pp = persona prestadora.
IRABApp = 100- (IT + IC)
Fuente: Resolución 2115 de 2007.
IT = Índice de tratamiento: Es el puntaje que se asigna al evaluar los procesos de tratamiento,
ensayos básicos de laboratorio en planta de tratamiento y trabajadores certificados de la
persona prestadora. El máximo puntaje equivale a ochenta (80) puntos.
IC = Índice por continuidad: Es el puntaje que se asigna a la persona prestadora, con la
información de continuidad de su área de influencia. El máximo puntaje equivale a veinte
(20) puntos.
Cálculo del índice de tratamiento. Para el cálculo del índice de tratamiento (IT) se puntuó
como 37, siguiendo los criterios establecidos en la resolución 2115, como se muestra a
continuación.
31
Tabla 9. Puntajes asignados para el cálculo del índice de tratamiento.
Criterio de asignación de puntos Puntaje asignado
Procesos: “Corresponden a la existencia y
funcionamiento de los procesos necesarios
de tratamiento de agua para consumo
humano, incluyendo los insumos requeridos
para el cumplimiento de las exigencias de la
presente Resolución, de acuerdo con la
calidad de agua que alimenta el sistema y
teniendo en cuenta la aplicación del
Reglamento Técnico de Agua Potable y
Saneamiento Básico, Resolución 1096 de
2000 del Ministerio de Desarrollo
Económico o la que lo adicione, modifique
o sustituya, así como las demás normas
vigentes establecidas”. (Resolución 2115 de
2007, p10)
25
En ambos días se realizaban los procesos
requeridos para el tratamiento del agua
cruda que llegaba a la planta, sin embargo
su tratamiento era intermitente, pues la
adición de coagulante correcta solo se
realizaba durante la estadía de la operaria de
la planta, porque el agitador donde se
mezcla el coagulante, se encontraba dañado
y era deber de la operaria mezclarlo con una
periodicidad de media a una hora.
Dotación básica de laboratorio en planta de
tratamiento:
“La persona prestadora debe contar con los
equipos mínimos necesarios para realizar
los siguientes ensayos: prueba de jarras,
demanda de cloro, turbiedad, color y pH.
Se le asignará 3 puntos por cada equipo
utilizado en los ensayos citados.”
(Resolución 2115 de 2007,p11)
12
En ambos casos se encontró que el
laboratorio estaba dotado con los equipos
para realizar prueba de pH, color, turbiedad
y prueba de jarras. Contaba con un
indicador de presencia de cloro
colorimétrico pero el reactivo hacía falta el
día 12 de marzo y el 7 de agosto había muy
poco.
Cabe resaltar que el equipo para realizar
prueba de jarras se encontraba deteriorado.
Trabajadores certificados: “La persona prestadora deberá contar en la
planta tratamiento con trabajadores
certificados de conformidad con las
Resoluciones N°s. 1076 de 2003 y 1570 de
2004 del MAVDT o las que las modifiquen,
adicionen o sustituyan, que hacen referencia
al Plan Nacional de Capacitación y
Asistencia Técnica para el sector de Agua
Potable, Saneamiento Básico y Ambiental y
sobre el plan de certificación de las
competencias laborales de sus
0
La operaria no contaba con las
certificaciones de ley, para el día 12 de
marzo había asistido a algunas
capacitaciones dictadas por el SENA. El día
7 de agosto ya se encontraba en proceso de
certificación.
32
trabajadores.” (Resolución 2115 de 2007, p11)
TOTAL (IT) 37
Fuente: Resolución 2115 de 2007.
Cálculo de índice de continuidad. En el caso del índice de continuidad la Resolución 2115
de 2007 establece que su cálculo se debe realizarse de la siguiente forma.
Fuente: Resolución 2115 de 2007
Dónde:
(Nhs)j = Número de horas prestadas en un mes en el sector j
(Ps) j = población servida del sector j
730 = Número de horas que tiene un mes
(Pt) = población total servida por la persona prestadora
Como el cálculo que se iba a realizar era puntual, es decir de un solo día y no el
consolidado de un mes, se utilizó el rango de puntajes definido en la resolución 2115 de 2007.
El cual puntúa el índice de continuidad de acuerdo al número de horas prestadas en un día.
Los cuales se muestran a continuación.
Tabla 10. Puntajes para el indica de continuidad de la persona prestadora o quien
distribuye agua para consumo humano.
Continuidad del servicio – IC Puntaje
0 – 10 horas/día (insuficiente) 0
10.1 – 18 horas/día (No satisfactorio) 10
18.1 – 23 horas(Suficiente) 15
23.1 – 24 horas/día (Continuo) 20
Fuente: Resolución 2115 de 2007.
Teniendo en cuenta los resultados de las encuestas y las observaciones realizadas en las
visitas de los días 12 de marzo y 7 agosto, los puntajes seleccionados para el índice de
continuidad, fueron:
- 10, para el día 12 de marzo, pues aunque la disponibilidad de agua en la planta era de
24 horas, debido a arreglos en la red de alcantarillado, los usuarios recibieron el
servicio alrededor de 17 horas.
- 0, para el día 7 de agosto donde ya se estaban realizando cortes de agua por
racionamiento y las obras de mantenimiento del alcantarillado seguían presentándose
en algunas zonas; por lo que los usuarios reportaron un servicio de 5 a 7 horas.
33
Por lo tanto, aplicando la ecuación se obtuvo
IRABApp para el 12 de marzo de 2019
IRABApp=100 - (37+10) = 53
IRABApp para el 7 de agosto
IRABApp = 100 -(37+0) = 63
Planteamiento de propuesta de optimización. Una vez obtenidos los resultados de las
actividades y objetivos anteriores se procedió a realizar un listado de los problemas que
presentaba el tratamiento y la gestión del servicio de potabilización, para así proponer
acciones que constituyeran una propuesta de mejoramiento que permitiera el mantenimiento
de la operación y la mejora de la calidad del agua entregada a los hogares.
8.2 Matriz metodológica
Para cerrar el capítulo de la metodología y a manera de resumen, se presenta la siguiente
matriz metodológica donde se consolidan las actividades realizadas para dar cumplimiento a
cada uno de los objetivos y se relaciona las técnicas, instrumentos e indicadores o
descriptores utilizados.
Tabla 11. Matriz metodológica
Variables Aspectos Actividades Método Técnica Instrumento indicador
/descriptores
Agua Tratamiento Visita a la PTAP
y recopilación de
información.
Cualitativo y
cuantitativo Observación
Registro
fotográfico Medición
Diario de campo
Cámara
Metro
Dimensiones Estado físico de la
planta
Calidad y
Tratamiento
Visita a la PTAP
y toma de muestras
Cualitativo y
cuantitativo
Registro
fotográfico Toma de
muestras
Cámara
Colorímetro de la marca
LaMatte en el
modelo
SMART3
pH-metro
Turbidimetro de
la marca LaMAtte,
modelo 2020We
Valor de pH Valor de Turbiedad Valor de Alcalinidad
34
Toma y análisis
de muestras
microbiológicas
Cuantitativo Filtración
por
membrana
Bomba de vacío
(115/60),
soporte para
embudo,
embudo, portafiltros,
trampas para
vacío y base
manifold de 6 puestos
# Coliformes fecales
#Coliformes totales
Análisis de
muestreo
Cuantitativo Análisis de
bases de
datos
Sofware Excel Comparación de
parámetros con valor admisible de acuerdo a
la resolución 2115 de
2007
Servicio por parte
de la
empresa
prestadora
Riesgo Calcular IRABA Cualitativo y cuantitativo
Observación directa
Registro de
datos
Puntaje de riesgo, matriz
Índice de riesgo por abastecimiento de agua
Percepción Aplicación de
encuestas Cualitativo Encuestas Cuestionario de
preguntas
cerradas
Caracterización
poblacional,
Percepción de calidad,
% de la población que
consume agua de otras
fuentes.
Diseño Ingeniería Planteamiento
de propuesta de
optimización
Cualitativo y
cuantitativo
Análisis de
alternativas
Sofware % de propuesta
planteada.
Fuente: Autoría propia
9. Resultados y análisis de resultados
9.1 Objetivo 1 “Elaborar un diagnóstico del estado actual de la operación e
infraestructura de la PTAP “La Laja””.
Visita a la PTAP.
En la visita realizada el 12 de marzo se pudo determinar que la planta de potabilización
es de tipo convencional y hace captación de las quebradas La Moya y El Tigre en época de
lluvia, las cuales son llevadas a la planta por gravedad a través de manguera. En épocas de
sequía también se recurre a la quebrada Natautá donde el agua es llevada por medio de
bombeo a la planta, mediante tubería PVC de 3 pulgadas.
El proceso de potabilización en la PTAP “La Laja” cuenta con los siguientes procesos
unitarios: homogenización, para igualar las durezas de las aguas captadas, canaleta parshall,
para la medición de caudal, vertedero, para generar mezcla rápida, floculador hidráulico de
flujo horizontal, sedimentador, 6 filtros de flujo descendente, de 7 capas de lecho mixto
(grava, arena y antracita) y tanque de almacenamiento donde se realiza la cloración. En la
35
figura 3, se puede observar el proceso de tratamiento y el estado en el que se encontraba la
planta el día 12 de marzo de 2019.
Al tanque homogeneizador llegan las tres quebradas de las que se hace captación, dicho
tanque posee un sistema de bypass, por medio de tubería de acero y luego de PVC, sin
embargo dicho sistema no conduce el total del caudal excedente. El agua es transportada a la
canaleta parshall para la medición del caudal, aunque la canaleta genera un resalto hidráulico
lo cual es propicio para realizar la mezcla rápida (Arboleda, 1992). El agua es trasportada
hasta la entrada de otro pequeño tanque donde por medio de un vertedero directo al proceso
de floculación se genera la mezcla rápida y la adición de coagulante.
El coagulante utilizado en la planta es el sulfato de aluminio, del cual son usados 3.5kg
en 200litros, es decir con una concentración del 1,75% masa/volumen o 17500ppm. El
coagulante es adicionado en la entrada del floculador, el cual posee 52 bafles y su tiempo de
retención de acuerdo a lo mencionado por el administrador de la planta y el servicio en el
municipio es de 3 horas (D. Laverde, comunicación personal, 12 de marzo de 2019). El
sedimentador es de tipo estático y no posee estructuras de tipo panal o canales que aumenten
la velocidad de caída de las partículas. Finalmente pasa el agua pasa por los filtros y es
trasportada por una tubería al tanque de almacenamiento y colación, la cual que se encuentra
expuesta al ambiente.
36
Figura 3. Diagrama del proceso de potabilización de agua en la PTAP "La Laja"
37
Así mismo se accedió a los planos de la planta (ver anexo 2) con los cuales fue posible
obtener las dimensiones de los procesos unitarios, las cuales se presentan en la tabla 12.
Tabla 12. Dimensiones de los procesos unitarios.
Homogen
izador
Canaleta
parshall
Mezcla
rápida
Floculador Sedimentado
r
Filtros Tanque de
almacenamiento
Altura (m)
1 0.37 0.46 0.81 2.75 3.85 3.7
Largo
(m)
1.66 1.81 2.95 2.25 6.82 1.05 Diámetro 9.6
Ancho (m) 1 0.3 0.72 1.44 3 0.75
Volúmen
(m3)
1.66 0.97 2.62 56.26 3.03 72.3
Fuente: Autoría propia
Para la fecha del 12 de marzo, se observó que la planta trabajaba con un caudal de 13 l/s,
el cual era superior a su caudal de diseño (8 l/s), esto causaba que la lámina de agua en el
floculador y el sedimentador presentara la misma altura efectiva de dichos procesos unitarios.
Lo anterior producía que la formación de floc visible, se presentara únicamente en los 10
últimos tabiques, puesto que el floculador trabajaba a punto de desbordamiento. Sin embargo,
en las visitas del 22 de junio, 27 de julio, 7 y 10 de agosto la lámina de agua presentaba
alturas variables menores a la altura efectiva de los procesos de floculación y sedimentación.
De acuerdo con Vera (2007), la floculación hidráulica posee como desventaja la variación de
energía de mezclado, la cual se ve alterada por el flujo o caudal, afectando la eficiencia del
proceso. Teniendo en cuenta lo anterior es posible afirmar que al tratar una mayor cantidad
de caudal existe una pérdida de la eficiencia en el proceso de floculación y es por ello que la
formación de floc no se hace visible desde los primeros deflectores o canales.
Otra falencia encontrada en el proceso fue la falta de elementos de seguridad en la planta
como barandales y pasos seguros, esta situación ya se esperaba según lo encontrado por
Martínez en 2015. Además, el agitador mecánico del tanque en el cual se disuelve el
coagulante estaba dañado, esto generaba que la operaria tuviera que agitar la mezcla con un
palo de escoba en intervalos de 30 minutos a una hora durante su turno de trabajo. Lo anterior
genera que el coagulante, aunque es adicionado de manera constante, dicha adición no sea
uniforme, pues en horas de la noche no hay una homogenización de la mezcla, a causa del
daño en el agitador. De acuerdo con Andía (2000): “La dosis del coagulante que se le adicione
al agua es en forma constante y uniforme en la unidad de mezcla rápida” (p. 20), de igual
manera, menciona que los equipos de dosificación deben estar calibrados y comprobados por
medio de pruebas de aforamiento. Los argumentos expuestos por Andía (2000), permiten
deducir que la efectividad en el proceso de coagulación-floculación se ve afectada por la
variabilidad del caudal y en el caso puntual de la PTAP “La Laja” por la no uniformidad en
la dosis de coagulante. De acuerdo a lo manifestado por la operaria, solo se realiza aforo del
caudal en la planta en las horas de la mañana o luego de una fuerte lluvia, para hacer el
respectivo ajuste a la dosis de sulfato de aluminio en el tanque de mezcla, puesto que el
coagulante se encuentra en estado sólido.
38
Aplicación de encuestas.
Teniendo en cuenta que la planta presta el servicio en los barrios: Los Guaduales, El centro,
Florilandia, La parcela, La bienvenida, parte del barrio El retiro, parte del barrio San Joaquín
y la zona veredal de Jagual alto, se aplicaron 70 encuestas el día 22 de junio de 2019 a los
usuarios mayores de 18 años que se benefician del servicio de potabilización de la planta “La
Laja”, en el municipio de Nocaima. A continuación se observa un mapa de la distribución
del servicio en el municipio.
Figura 4.Mapa del área de cobertura del servicio de potabilización
Fuente: Modificado de Mapa “Barrios casco urbano principal” de Alcaldía de Nocaima
El número de encuestas fue determinado teniendo en cuenta el número total de usuarios
mediante la ecuación de población finita descrita las actividades de la fase 1, en la sección
de la metodología. Esta encuesta buscaba conocer la opinión de los usuarios del servicio de
acueducto, respecto a la calidad del agua tratada previamente por la PTAP “La Laja” que
llega a sus hogares, y así poder establecer conclusiones comparando lo reportado por los
usuarios con los análisis fisicoquímicos y microbiológicos realizados en la PTAP.
Caracterización demográfica de los usuarios encuestados. El 56% de los usuarios
encuestados se encuentran en un rango de edad entre los 25 a 45 años, un 30% son mayores
39
de 45 años y el 14% tienen entre 18 y 24. En cuanto al tiempo de residencia en el municipio,
38 personas habían vivido siempre allí, 10 personas habían vivido entre 10 y 20 años, 15
personas entre 5 y 10 años y 7 personas entre 5 años a 1 año. Un 70% de las personas
encuestadas viven con adultos mayores o niños. En la figura 5 se puede observar que el barrio
donde se aplicaron más encuestas fue el centro, con un total de 17 encuestas. Esto se debe a
que es el barrio más grande donde se presta el servicio y se puede corroborar en la figura 4
en el mapa de los barrios del municipio, que fue obtenido de la página oficial y modificado
para mostrar el área de cobertura del servicio de potabilización que presta la planta “La Laja”.
Figura 5. Cantidad de usuarios encuestados por barrio.
Preguntas de calidad. A continuación, se muestran los resultados de la encuesta en cuanto a
las preguntas relacionadas con la calidad del agua.
40
Figura 6. Resultados a las preguntas relacionadas con la calidad del agua
En la figura 6 (a), se observa que el 76% de los encuestados, no utilizan el agua del
acueducto para consumo y se abastecen de agua tratada en bolsa y botellón, o agua cruda de
nacimientos cercanos a sus predios. El 24% de los usuarios encuestados si consume agua del
acueducto sin embargo le realiza algún tipo de tratamiento como se observa en la figura 6(e).
Esto permite ver que hay una gran desconfianza por parte de la comunidad acerca del agua
que llega a sus hogares; pues reportan no usarla para consumo debido a la alteración de
algunas características organolépticas. Así mismo la población manifestó no consumir el
agua del acueducto, como una forma de evitar enfermedades. Esta respuesta a su vez se
relaciona con los datos obtenidos acerca de la presencia de enfermedades gastrointestinales
en la población a causa del consumo de agua, lo cuales se observan en la figura 6 (f), pues el
37% de los encuestados (porcentaje en el cual se encuentran cobijados todas las personas que
respondieron que consumen agua directamente del acueducto y algunos que la trataban) han
41
presentado alguna vez enfermedades asociadas al consumo de agua directamente del
acueducto.
En cuanto a las condiciones organolépticas el 100% de los usuarios encuestados reportó
que el agua no llega siempre en condiciones óptimas. Por ello se procedió a preguntarles
acerca de la presencia de turbidez, olores desagradables y mal sabor en el agua. Respecto a
la turbidez, asociada al color, los usuarios reportaron colores tales como: blanco, asociados
con olor a cloro; café y sedimentos o partículas de “barro”, en especial en épocas de lluvia.
Lo anterior concuerda con lo registrado el día 12 de marzo, fecha correspondiente al periodo
de lluvia, donde se observó que la planta trataba mayor caudal y los procesos encargados de
la remoción de turbidez no funcionaban de manera adecuada; cabe resaltar que en épocas de
lluvia se presenta un mayor arrastre de sedimentos en los cauces, lo cual cambia las
características del agua. En cuanto al olor a cloro, este lo reportaron personas que vivían más
cerca de la planta, sin embargo, de acuerdo a las pruebas realizadas en el tanque de cloración
y los registros de la operaria, en la planta no se supera la concentración de máximo 2 mg/l
como lo establece la norma.
Frente a los problemas que enfrentan los usuarios respecto a la calidad del agua que les es
entregada, estos optan por realizar post tratamientos en sus hogares; hervir el agua es el más
usado. Lo anterior demuestra que los usuarios ligan el consumo de agua a enfermedades
causadas por microorganismos y por ello prefieren dicho tratamiento, pues tanto de manera
académica como popularmente es conocido el uso de calor para desinfección. A lo anterior
se suma que un 37% atribuye haber presentado enfermedades gastrointestinales a causa del
agua que llega a sus hogares. De dicho porcentaje el 60% reportó enfermarse de una a dos
veces al año como consecuencia del consumo de agua “potable”.
Preguntas de operación. Al realizar la encuesta se tenía la intención de encontrar otros
posibles factores que afectan la calidad del agua que llegaba a los usuarios, los cuales no iban
a ser objeto directo de este estudio; fue por ello que se involucraron cinco preguntas acerca
de la operación del sistema y la gestión de la empresa prestadora del servicio. A continuación,
se presentan los resultados obtenidos.
42
Figura 7. Resultados a las preguntas relacionadas con la operación de la planta.
La figura 7 (a) muestra las respuestas en cuanto a la presión del agua, fue posible
determinar que se genera una pérdida de presión en el sistema de distribución la cual es
proporcional a la distancia a la que se encuentran los usuarios. Dicha pérdida de presión
puede ser un factor que afecte la calidad del agua, pues el agua al perder presión también
pierde velocidad, lo que significa que permanece más tiempo dentro de la red de distribución.
Sumado a lo anterior la tubería en su mayoría está construida en tubería de cemento-asbesto,
la cual ya ha cumplido su vida útil; lo que significa que dentro del sistema el agua se puede
contaminar por la corrosión y facilitar el crecimiento y la reproducción de microorganismos
patógenos. Si efectivamente la empresa y el municipio desean mejorar la calidad de agua
para consumo humano en el casco urbano, deben realizar estudios específicos sobre el
sistema de distribución.
Otro aspecto que puede interferir en la calidad de agua que es consumida por los usuarios
es el almacenamiento domiciliario, donde por malas prácticas puede ocurrir contaminación
cruzada y proliferación de microorganismos. Un 80% de los usuarios encuestados reportaron
43
poseer tanques de almacenamiento, algunos de estos hacían uso de pastillas de cloro y realizar
lavado de tanques. Al realizar la pregunta del almacenamiento, muchos de los encuestados
hacían claridad acerca del lavado de sus tanques. Dicha claridad permitió notar que las
jornadas adelantadas por las diferentes alcaldías acerca de las buenas prácticas de
almacenamiento para prevenir epidemias de dengue y otras enfermedades víricas
transmitidas por mosquitos han surtido efecto.
Relacionado a la prestación del servicio (figura 7 (e, d)), los usuarios respondieron recibir
el servicio de 10 a 15 horas en promedio en épocas normales. Los encuestados manifestaron
que los cortes del servicio en su mayoría eran consecuencia de racionamiento en época de
sequía. De acuerdo al SIVICAP (2019) en el histórico de meses, el indicador de IRCA se
encuentra más alto en la época de sequía, en este punto es importante resaltar que la
resolución 2115 de 2007, establece que la medida de dicho indicador, la realiza la persona
prestadora del servicio. En el caso de Nocaima, la empresa realiza la toma de muestras en 5
puntos en la red de distribución, para el cálculo de dicho indicador. Esto hace pensar que a
causa de la intermitencia en el servicio, la calidad del agua se ve afectada, pero dicha
alteración se genera en la red de distribución. Nuevamente se sugiere realizar estudios
referentes a dicha parte del sistema.
Finalmente en lo referente a las preguntas ¿sabe usted el nombre de la empresa encargada
de llevar el agua potable a su hogar? y ¿ha presentado quejas a la empresa prestadora?, fue
posible notar que los usuarios tienen confusiones acerca de la empresa prestadora, esto a
causa de algunos cambios de nombre; así mismo la presentación de quejas no se realiza de
manera formal, lo que impide a los usuarios ejercer presión como consumidores en cuanto a
la gestión que realiza la empresa en cuanto a la potabilización y el servicio de acueducto.
9.2 Objetivo 2 “Evaluar las características fisicoquímicas y microbiológicas en los
procesos unitarios en la PTAP “La Laja””
Toma de muestras fisicoquímicas y análisis.
En el caso de la toma de muestras físico-químicas estas se realizaron con los el
turbidimetro modelo 2020We y el colorímetro SMART3 de la marca LaMAtte que se
encontraban en la PTAP “La Laja” y estaban calibrados por la operaria, en la figura 8. Se
puede observar en la parte izquierda el colorímetro y turbidimetro utilizado; en la parte
superior derecha se observa el colorímetro utilizado para la medición de cloro y pH. En la
parte inferior derecha se observa la toma de muestras.
44
pH 9.5
8.5
7.5
6.5
5.5
Figura 8. Registro fotográfico de los instrumentos y reactivos utilizados en la toma de
muestras físico-químicas
A continuación se muestran los resultados de los análisis fisicoquímicos para las
características de pH, color, turbiedad, dureza y alcalinidad para las muestras tomadas los
días 27 de Junio y 7 de Agosto del 2019. Las gráficas pretenden mostrar el comportamiento
de cada característica durante los procesos que surte la PTAP “La Laja”.
Nautau ta
Tigre
Moya
Homog enizaci
ón
Entrada mezcla rápida
Salida
coagula ción
Entrada de
floculac ión
Salida de
floculac ión
Entrada Sedime ntador
Salida de
sedime ntador
Tanque de
almace namien
to
27 de Julio 8 9 7.7 8 8 8.5 7.4 7.2 8.1 8.1 8
7 de agosto 8.3 9 7.6 8.5 8 7.4 7.4 7.2 8 8 8
Norma min 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
Norma max 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
Figura 9. Comportamiento del pH en el proceso de potabilización del agua en la PTAP "La
Laja"
45
En cuanto al comportamiento de los parámetros físico químicos analizados, es posible
observar que el pH en ningún momento incumple la norma y por ello no es tenido en cuenta
por parte de la empresa ni de la operaria. Sin embargo el pH que presenta el agua una vez
homogenizada, altera el proceso de coagulación, pues el coagulante utilizado en la PTAP es
sulfato de aluminio debido a su bajo costo. Según Andía (2000), para las sales de aluminio
el pH del agua en el proceso de coagulación debe ser entre 6,5 y 8.0. Sin embargo, en la tabla
de resultados el pH del agua antes de entrar en los procesos de mezcla rápida y floculación
supera el rango de 8.0, por lo cual este coagulante no es el más adecuado, ya que de acuerdo
con la autora el pH que presenta el agua en la PTAP “La Laja” en proceso de coagulación
floculación, debería ser tratada con sales de hierro las cuales actúan en un rango de 5,5 a 8,5.
La turbiedad y el color son características que se relacionan entre sí, pues de acuerdo a la
turbiedad, generada por la presencia de partículas, también se genera color dentro del agua
(Sierra, 2011). En la figura 10, se muestra el comportamiento de estos parámetros dentro de
la PTAP “La Laja”.
Figura 10. Comportamiento de la turbiedad y el color en el proceso de potabilización del
agua en la PTAP "La Laja".
46
Como se puede ver en la figura 10, el agua que se encuentra en el tanque de
almacenamiento incumple con el parámetro de turbiedad, superando el limite permisible por
la resolución 2115 del 2007 que corresponde a 2NTU. Esto se puede deber principalmente a
tres cosas. La primera, en el tanque de almacenamiento se evidenció un agujero en la parte
superior cubierto por una lona, generando exposición a contaminantes externos, pues la lona
se sale con facilidad, lo cual puede causar ingreso de partículas sólidas y agua lluvia
contaminando el agua tratada. La segunda tiene que ver con los procesos de coagulación y
floculación, ya que según Andía (2000), cuando el floc es frágil, este se rompe en pequeñas
partículas que son capaces de atravesar el filtro y alterar la calidad del agua tratada. Por
último, la aplicación de una alta dosis de coagulante debido al rango del pH que presenta el
agua en el proceso de mezcla rápida, puede generar la formación de microflóculos con
tamaños muy pequeños y velocidades de sedimentación bajas causa de la inversión en la
carga e las partículas (Andía, 2000).
El agua que se encuentra en el tanque de almacenamiento y cloración sale de la planta
transparente (sin color), pero con baja turbiedad, no obstante, es posible que en algún sector
llegue más turbia. Esto puede ser debido a que existen conexiones no autorizadas en el
acueducto provocando contaminación en las redes de distribución, también puede deberse a
el tipo de tuberías, ya que según, Aguas de Occidente (s.f.), las tuberías del acueducto tiene
una vida útil de acuerdo al material. Para este caso las tuberías están hechas de cemento
asbesto y algunos trayectos con PVC (D. Laverde, comunicación personal, 12 de marzo de
2019), correspondiente a 30 y 50 años de vida útil respetivamente.
En su mayoría la red de distribución está hecha con cemento asbesto y material cuyo
tiempo de vida útil es de 30 años. En este punto es importante resaltar que la red de
distribución de agua potable tiene una antigüedad de 33 años. Según Argos (2011), en el
momento que el material comience a perder sus propiedades, comenzaran a producirse
desprendimiento de partículas que podrían causar turbidez en el agua e incluso generar la
aparición de microorganismos causando enfermedades en los usuarios. Esto podemos
relacionarlo con las enfermedades gastrointestinales que se han presentado en la población
beneficiaria del servicio de acueducto. Aunque han sido pocos los usuarios que la consumen
estos han asegurado presentar síntomas relacionados con estas enfermedades.
En cuanto al color, la causa principal de interferencias es la turbiedad, la cual produce un
color aparente más alto que el color verdadero. Según Andía (2000), las aguas superficiales
pueden presentar color alto debido a la presencia de iones metálicos naturales (hierro y
manganeso) materia orgánica, humus y contaminantes domésticos. En el caso de la quebrada
Natautá, fue posible evidenciar actividades agrícolas de pan coger y vertimientos domésticos
directos a la quebrada aguas arriba de la captación. Estas actividades sobre la quebrada
pueden ser la fuente del alto valor en el color del agua.
En lo que respecta a la alcalinidad y la dureza los resultados de su comportamiento se
pueden observar en la siguiente figura.
47
Figura 11. Comportamiento de la alcalinidad y dureza en el proceso de potabilización del
agua en la PTAP "La Laja".
Los parámetros de dureza y alcalinidad fueron tomados principalmente para encontrar
posibles problemas de corrosión en las tuberías a causa de iones, pues la disolución parcial
de los materiales que componen las tuberías pueden generar problemas de turbidez y
deterioro en la calidad microbiológica del agua (OMS, 2006). Sin embargo los valores a partir
de la salida del sedimentador son de 0 mg/l de CaCO3 lo que indica actualmente el agua no
estaría causando problemas de corrosión, pero eso no significa que dichos problemas no
existan del todo, pues cabe resaltar que la PTAP lleva 33 años de construcción y no se tiene
certeza de las condiciones del agua en los primeros años de funcionamiento, ni los cambios
que se han realizado a la misma por falta de registros (D. Laverde, comunicación personal,
12 de marzo de 2019).
48
Por otra parte, las aguas blandas, con una dureza menor que 100 mg/l, pueden tener una
capacidad de amortiguación del pH baja y ser, por tanto, más corrosivas para las tuberías
(OMS, 2006). Esto podemos evidenciarlo con la muestra tomada el 7 de agosto, ya que el pH
tuvo una reducción en el proceso de homogenización y salida floculación donde la dureza
fue más alta. Es entones, la corrosión debida a la incrustación de iones una de las posibles
causas de la turbidez de 6 NTU que presentaba el agua en el tanque de almacenamiento y
cloración.
La alcalinidad también afecta la coagulación, pues de acuerdo con Vargas (2009) cuando
la alcalinidad es baja, como es el caso del agua en la PTAP “La Laja” se pueden presentar
dos características, una alta concentración de coloides o una baja concentración de coloides.
Sin embargo el autor es claro al mencionar que en el caso de una baja concentración de
coloides el pH disminuye al agregar el coagulante, efecto que ocurre en la PTAP “La Laja”
y se puede observar en la figura 9, donde en ambas muestras correspondientes a días
diferentes el pH de la entrada del floculador disminuye, respecto al pH el de la salida de la
mezcla rápida. En tal caso, cuando la alcalinidad es baja y la concentración coloidal también,
la coagulación es difícil, pues existe poco contacto de las partículas por lo cual es
recomendable agregar alcalinidad adicional en el proceso de coagulación (Vargas, 2009).
Toma de muestras y análisis Microbiológicos.
La toma de muestras se realizó el día 10 de agosto de 2019, siguiendo las recomendaciones
del laboratorio Analquím Ltda., los pasos descritos en la metodología y el uso de un balde,
para evitar la contaminación exterior e interior de los frascos esterilizados, como se muestra
en la figura 12. El procesamiento y análisis de las muestras microbiológicas fue realizado por
el laboratorio Analquim, Ltda, el cual se encuentra certificado por UNICOC y el IDEAM,
utilizando la técnica de filtración por membrana (los resultados se pueden observar en el
anexo 3). En la figura 13 se muestra el comportamiento de los coliformes fecales y totales.
Figura 12. Evidencia de toma de muestras de agua para análisis microbiológico
49
Figura 13. Características microbiológicas del agua en la PTAP "La Laja"
Los parámetros microbiológicos se tomaron el día 10 de agosto para poder incluir en las
muestras el proceso de filtración, puesto que en las fechas de toma de muestras físico
químicas este se encontraba en proceso de lavado y mantenimiento. En base a lo anterior se
deduce que el proceso de filtración tenía una alta eficiencia, la cual fue capaz de remover
todos los coliformes que poseía el agua, sin embargo, en el tanque de almacenamiento y
cloración se presentaron nuevamente coliformes totales.
En la figura 13 A, se puede observar que en la quebrada La Moya se encontraron más de
200 UFC/100 ml de coliformes fecales, esto indica que existe contaminación de esta fuente
superficial por materia fecal. Dicha contaminación puede deberse a la presencia de galpones
cerca al nacimiento de la quebrada y vertimientos domésticos, sin embargo, es necesario
realizar investigaciones cuyos alcances permitan corroborar estas deducciones. En el caso
del comportamiento de las coliformes totales, es posible observar que existe una reducción
de las mismas en el floculador, lo que indica, que dichos microorganismos están asociados a
las partículas que generan turbiedad.
50
El proceso de potabilización tiene como paso final la desinfección, en el caso de la PTAP
“La Laja” se utiliza cloro. Este tiene la función de destruir los microorganismos patógenos
por hongos, bacterias, virus y huevos parásitos (Wagner & Pinheiro, 2001). Las muestras
correspondientes a la concentración de cloro residual en el tanque de almacenamiento de la
PTAP arrojaron que se encontraban en 0,4 y 1,5 mg/L de cloro, para los días 27 de julio y 7
de agosto respectivamente, lo que permite proteger el agua potable de cualquiera de estos
agentes patógenos. Estos rangos están dentro de los establecidos por la resolución 2115 del
2005.
Teniendo en cuenta que cuando se excede el limite permisible del cloro, este resulta ser
perjudicial para la salud humana; la comunidad puede estar tranquila, ya que en el análisis
de este parámetro la PTAP “La Laja”, ha cumplido y respetado el rango de medición
comprendido entre 0,3 y 2,0 mg/L de cloro de acuerdo a la resolución 2115 del 2007 en su
proceso de potabilización de agua. Esto no solo fue comprobado durante la toma de muestras,
sino, en los registros diarios que lleva la operaria de la medición de cloro en el tanque de
almacenamiento (Ver anexo 3).
Sin embargo, los usuarios no pueden fiarse de la calidad de agua que llega a sus hogares
pues en los resultados de los parámetros microbiológicos, se observó que para el día 7 de
agosto la muestra de coliformes totales paso los límites permitidos por la norma con 10
UFC/100 ml. Según Navarro (2007), la presencia de coliformes totales puede provenir de
suelo y de superficies de agua dulces, por lo que no siempre pueden ser de origen intestinal.
En este caso la presencia de coliformes demuestra que existe una deficiencia en la conducción
del agua desde los filtros hasta el tanque de almacenamiento o en el tanque de
almacenamiento. Según Pradillo (2016), agentes químicos como el cloro utilizado en el
proceso de eliminación de organismos patógenos ven disminuida su eficiencia a causa de la
turbiedad, pues esta protege a los microorganismos del contacto directo con el desinfectante.
Por esta razón el límite de turbidez exigido por la norma debe mantenerse en lo más minino
posible para garantizar una buena eficiencia en el proceso de desinfección.
En los parámetros fisicoquímicos se encontró que la turbiedad en el tanque de
almacenamiento superaba la norma, lo que indica que ambos parámetros están relacionados,
afectando la calidad del agua en el sistema de distribución.
La presencia de coliformes totales es un indicador de la ineficacia del tratamiento, así
como de la falta o poca limpieza dentro de la planta. Aunque la existencia de estos patógenos
se encontró en una cantidad baja (10UFC de coliformes totales/100ml) no solo representan
su propia presencia, sino también la posibilidad de protozoos y virus entéricos en el agua,
pues las coliformes totales son más sensibles a la desinfección que los dos patógenos
mencionados anteriormente (OMS, 2006).
9.3 Objetivo 3. “Identificar las alternativas de mejora en la PTAP “La Laja””
51
Cálculo del IRABApp.
Al calcular el índice de riesgo por abastecimiento de agua por parte de la persona
prestadora, tanto en temporada de lluvias como en temporada seca, se obtuvieron los
puntajes, 63 y 53 respectivamente. El promedio de dichas puntuaciones fue 58 puntos. De
acuerdo a la resolución 2115 de 2007, corresponde a nivel de riesgo alto para la salud. Con
dicho nivel de riesgo las acciones que se deben tomar son “... la formulación e
implementación de un plan de acción a corto, mediano y largo plazo, bajo la verificación de
la SSPD” (Resolución 2115, 2007, p.12).
Identificación de alternativas.
Después de recolectar la información acerca del funcionamiento, infraestructura,
operación y gestión de la planta de tratamiento de agua potable “La Laja” fue posible
identificar que presenta problemas de operación, pues en épocas de lluvia trabaja con un
caudal mayor a su capacidad. Actualmente opera con un bypass de tubería en el tanque de
homogenización, sin embargo este no está cumpliendo la función esperada. En cuanto al
cumplimiento de algunos de los parámetros físico-químicos y microbiológicos, fue posible
observar que tanto la turbidez como los coliformes totales incumplían los valores máximos
permisibles, de acuerdo con la resolución 2115 de 2007. En este punto es importante resaltar
que dicho incumplimiento fue durante la época de sequía, por lo cual se deduce que en la
época de lluvia también se incumple, debido al mayor arrastre de sedimentos, lo que a su vez
genera una menor capacidad de remoción de turbiedad en los procesos de floculación y
sedimentación (Vargas, 2009).
Otro problema evidente es la falta de capacidades tanto económicas como de gestión que
tiene el municipio sobre el saneamiento básico y la potabilización del agua. Como ya lo
describió Martínez (2015), el municipio cuenta con otras tres plantas, dos de estas de tipo
compacto, las cuales aún siguen sin prestar servicio, por falta de repuestos y mal
mantenimiento lo que hizo que perdieran sus capacidades de funcionamiento. También hay
otra planta de tratamiento convencional que abastece el barrio San Joaquín; sin embargo, esta
no se encuentra en funcionamiento por fallos en su construcción y el único proceso que surte
es el de cribado (D. Laverde, comunicación personal, 12 de marzo de 2019). Actualmente la
empresa prestadora del servicio está en proceso de cambiar el lecho filtrante de los 7 filtros
de la PTAP “La Laja”, con lo cual se espera mejorar la potabilización (D. Laverde,
comunicación personal, 12 de marzo de 2019).
Frente a la alerta que genera el IRABApp, se identificaron varias alternativas de solución,
teniendo en cuenta los resultados obtenidos a partir de la evaluación de la infraestructura, la
prestación del servicio y la calidad del agua, que se realizó mediante el cumplimiento de los
objetivos 1 y 2. A continuación se presentan las alternativas con la respectiva justificación
de porque se adoptaron o descartaron.
52
Tabla 13. Alternativas de mejoramiento a la PTAP "La Laja"
Alternativa Plazo de
implementación
¿Se
descartó?
Justificación
Si No
Implementación de
indicadores que permitan
gestionar mejor la operación,
infraestructura y el servicio de
la PTAP “La Laja”
Corto - Mediano –
Largo
X De acuerdo a los resultados obtenidos en la evaluación de
algunos parámetros físico químicos y microbiológicos del
agua, fue posible observar que el comportamiento de las
diferentes variables, era muy cercano a los esperados, es
decir, una disminución de la turbiedad y el color progresiva
con los procesos de coagulación, floculación y
sedimentación; cambios en el pH después de agregar el
agente coagulante (sulfato de aluminio) y remoción de
coliformes junto con la disminución de la turbiedad.
Aunque en el tanque de almacenamiento se incumpla la
resolución 2115 de 2007, es posible afirmar que en época
de sequía la planta presenta un funcionamiento adecuado en
gran parte de sus procesos. Sin embargo la implementación
de indicadores distintos a los consignados en la norma,
permitirá que la empresa y el municipio registren mejor
información acerca del tratamiento, así como de otros
factores, que influyen en la calidad del agua que es
entregada a los usuarios por parte de la planta.
Construcción de una nueva
planta de tratamiento de agua
potable.
Mediano X Puesto que el municipio ya cuenta con otras tres plantas de
tratamiento que no se encuentran en funcionamiento, por
razones ya descritas, la construcción y operación de otra
planta no le es viable al municipio. Añadido a esto,
actualmente, el municipio y la empresa prestadora del
servicio se encuentran cambiando las tuberías del
53
Alternativa Plazo de
implementación
¿Se Justificación
descartó?
Si No
alcantarillado, por lo cual se incrementará el costo del
servicio, información que no fue acogida de manera
positiva por los usuarios (D. Laverde, comunicación
personal, 7 de agosto de 2019).
Optimización del sistema
bypass para regular el caudal
Corto X Con el fin de regular el agua que entra al proceso de
potabilización se puede optar por un sistema de vertedero
en canal, ampliar el diámetro de la tubería actual que
funciona como bypass, o implementar válvulas de
regulación de caudal. Esta alternativa de mejora, implica un
gasto menor en la construcción, debido a que las tuberías
que se manejan dentro de la planta son en PVC, y porque
ya existe un canal que conduce parte del caudal excedente
hacia la quebrada La Moya. Por lo cual un ajuste representa
bajo costo y mejoramiento de la eficiencia del tratamiento.
Construcción de un tanque de
recirculación del agua
excedente en época de lluvia.
Corto X La construcción de un tanque, que recibiera el caudal
excedente del tanque de homogenización para almacenarla
por un periodo de alrededor de 10 minutos, y luego
recircularla dentro del sistema de potabilización, permitiría
hacer frente al exceso del caudal que entra a la PTAP. Esta
alternativa se descartó ya que implica que en las épocas de
sequía el tanque de recirculación quede inhabilitado,
convirtiéndose en un posible foco de propagación de
vectores a causa de estancamiento del agua, además de
implica la limpieza y el mantenimiento del mismo.
54
Mejorar el proceso de
coagulación mediante uso de
coagulante y dosis óptima.
Mejorar el proceso de
floculación mediante una
redistribución de los bafles y el
proceso de coagulación con un
nuevo tanque de agitación de
coagulante.
Fuente: Autoría propia
Corto y Mediano X Esta alternativa de solución fue planteada, debido a que el
pH que presentaba el agua en el la entrada de la coagulación
para las muestras de los días 27 de Junio y 7 de Agosto de
2019, días en los que empezaba la sequía y la planta se
estaba abasteciendo de las tres quebradas, no era óptimo
para el uso de sulfato de aluminio de acuerdo con la
literatura.
Corto X Esta alternativa fue descartada, porque dentro del alcance
del proyecto no se contempló realizar pruebas de retención
hidráulica mediante trazadores, lo que impedía el realizar
un buen diseño de esta alternativa; así mismo fue
comentada a la operaria y el administrador de la planta,
quienes manifestaron que dentro de la contratación del
cambio del lecho filtrante, también se había proyectado la
construcción de una nueva canaleta parshall, dos
dosificadores de reactivos, uno para sulfato de aluminio y
otro para el cloro, así como una redistribución de bafles en
el floculador, los cuales estarían hechos en fibra de vidrio
(D. Laverde, comunicación personal, 27 de junio de 2019).
Alternativa Plazo de
implementación
¿Se
descartó?
Justificación
Si No
55
En el caso de la alternativa “Mejorar el proceso de coagulación mediante uso de
coagulante y dosis óptima”. Debido a que en el tanque de almacenamiento la turbiedad
presentó valores de 3,7 y 6,4 NTU, es decir superaban el valor permitido por la norma, y al
encontrar que el pH del agua al entrar al proceso de mezcla rápida presentaba valores de 8.5
y 8 unidades de pH, los cuales no son los valores óptimos para usar sulfato de aluminio como
coagulante (Andía, 2000), se planteó la posibilidad que la remoción de turbiedad no fuera
adecuada debido al coagulante utilizado. Por lo anterior, se determinó que era necesario
realizar un ensayo de jarras para encontrar el coagulante y su dosis óptima. El ensayo de
jarras se realizó, el 8 de octubre en el laboratorio de la universidad El Bosque, siguiendo la
NTC 3901 del 2010 y una guía de laboratorio facilitada por el director.
Para la realización del ensayo se utilizaron 6 vasos precipitados de 800 ml, un agitador
múltiple, un balón aforado de 1000ml, 3 jeringas de 5 y 10ml, un vidrio de reloj, una balanza
analítica de la marca OHAUS, pH-metro y turbidimetro “2100N” de la marca KASAI, el pH-
metro fue calibrado por la asistente de laboratorio y el turbidimetro fue calibrado con las
soluciones para tal fin, cada vez que se realizó un ensayo de jarras distinto. Como reactivos
y posibles coagulantes se utilizaron soluciones de sulfato de aluminio tipo A y sulfato de
hierro al 1%.
La muestra de agua de la PTAP “La Laja” fue tomada el 8 de octubre de 2019, a las
05:30am, de la entrada a la cámara de mezcla rápida, mediante un balde y fue trasportada en
dos garrafones de agua potable, como se observa en la figura 14, hasta la universidad El
Bosque, para empezar el ensayo a las 10:00 am. El agua fue tomada el mismo día para evitar
la sedimentación de partículas en los garrafones. En este punto es de vital importancia
resaltar, que el día 8 de octubre de 2019, la PTAP “La Laja” solo estaba siendo abastecida
por la quebrada Natautá y de acuerdo a la operaria, habían pasado alrededor de 3 días desde
la última lluvia.
Figura 14. Toma de muestra para ensayo de jarras
56
Las soluciones de sulfato de aluminio y sulfato de hierro al 1%, se realizaron diluyendo
10mg de cada reactivo sólido en 1000ml de agua destilada. En la figura 15 literal A y D
puede observar el sulfato de aluminio y la masa pesada, del mismo; en la parte B y C, se
muestra el sulfato de aluminio y la masa total tomada para la solución. Finalmente se aprecia
en la parte C uno de los matraces aforados de 1000ml utilizado para la preparación de la
disolución.
Figura 15. Reactivos e instrumentos utilizados para preparar las soluciones de sulfato de
hierro y sulfato de aluminio al 1%
Una vez preparadas las soluciones que fueron utilizadas como coagulantes, se midió la
turbiedad, pH y temperatura inicial de la muestra. La turbiedad fue de 27 NTU, el pH fue de
7.2 y la temperatura de18 °C. En este caso se hace necesario resaltar que el agua que fue
analizada mediante el ensayo de jarras solo pertenecía a la quebrada Natautá, puesto que las
otras dos quebradas no estaban abasteciendo la planta en el momento de recoger la muestra.
Teniendo presente la aclaración anterior, al comparar la turbiedad de 27NTU, con la
turbiedad presentada por la quebrada Natautá para las fechas del 27 de junio y 7 de agosto,
es posible afirmar que dicho parámetro es altamente variable, pues se registraron turbiedades
de 8.98 y 54.7NTU, en los días mencionados anteriormente. En cuanto al pH no fue posible
realizar la comparación con el agua en la entrada de la mezcla rápida, debido a que el pH de
8 y 8,5 que presentaba el agua en dicho punto los días en que se realizó el muestreo de las
características físico-químicas, incluía la homogenización de las aguas crudas provenientes
de las tres quebradas abastecedoras de la planta; siendo la quebrada El Tigre, la que
57
presentaba pH en valores de 9. Sin embargo, se procedió a realizar el ensayo de jarras, para
la muestra obtenida.
Los ensayos de jarras, se realizaron llevando las muestras con la adición del coagulante a
mezcla rápida por un minuto a una velocidad de 78 rpm, luego se disminuyó la velocidad a
30 rpm por 15 minutos para generar la mezcla lenta, después se permitió la sedimentación
sin agitación por 30 minutos, para finalmente se tomó el sobrenadante y se midió la turbiedad
que presentaba el agua; los pasos utilizados se pueden observar en la figura 16.
Figura 16. Evidencia fotográfica de la realización del ensayo de jarras con sulfato de
aluminio como coagulante.
En el caso del sulfato de aluminio, se realizaron 2 ensayos, el primero utilizando
concentraciones de 10, 20, 30, 40, 50 y 60ppm de Al2(SO4)3; en el cual se evidenció que la
dosis óptima se encontraba en el rango de 20 a 40ppm, como se observa en la figura 17.
Teniendo en cuenta que la dosis optima se encontraba en el rango de 20 a 40 ppm se decidió
realizar nuevamente el ensayo con concentraciones de 20, 25, 30, 35, 40, y 45ppm de
Al2(SO4)3. Se consideró como dosis óptima la menor concentración de coagulante necesaria
para obtener la turbiedad más bajos. Por otro lado para el porcentaje de remoción se utilizó
la siguiente ecuación:
58
% remoción de turbiedad= (Turbiedad inicial- Turbiedad final/ Turbiedad inicial) x 100
A continuación, se muestran los resultados obtenidos, en ambos ensayos para las
diferentes concentraciones. En las tablas 14 y 15 se observan los valores de turbiedad,
temperatura y pH obtenidos. En las figuras 17 y 18 se observa la gráfica donde en el eje y, se
encuentra el porcentaje de remoción y en el eje x, las concentraciones correspondientes. La
medición de la turbiedad, para cada concentración de coagulante se realizó 3 veces con el fin
de corroborar los datos obtenidos. Una vez promediados los resultados, se obtuvo que la
concentración que más consistente y mejor porcentaje de remoción, generó fue 45ppm de
Al2(SO4)3 con 96,31%.
Tabla 14. Resultados del ensayo de jarras con sulfato de aluminio en concentraciones de
10, 20, 30, 40, 50 y 60ppm.
Concentraciones de sulfato de aluminio Inicial 10ppm 20ppm 30ppm 40ppm 50ppm 60ppm
Turbiedad
ensayo 1
27,8
5,14 0,633 16,2 1,82 2,14 5,51
Eficiencia
(%)
81,51 97,72 41,73 93,45 92,30 80,18
Turbiedad
ensayo 2
4,88 1,84 1,20 1,06 1,77 1,52
Eficiencia
(%)
82,45 93,38 95,68 96,19 93,63 94,53
Turbiedad
ensayo 3
3,19 1,41 1,93 1,20 1,64 0,94
Eficiencia
(%)
88,53 94,93 93,06 95,68 94,10 96,62
pH 7,2 6,2 6,8 6,4 6,67 6,59 6,64
Temperatura 18 17,5 18,5 19,4 19,4 20,6 21,1
Fuente: Autoría propia
59
Figura 17. Remoción de turbiedad usando diferentes concentraciones de sulfato de aluminio
tipo A.
Tabla 15. Resultados de ensayo de jarras con sulfato de aluminio en concentraciones de 20, 25, 30, 35, 40 y 45ppm
Concentraciones de sulfato de aluminio
Inicial 20ppm 25ppm 30ppm 35ppm 40ppm 45ppm
Turbiedad
ensayo 1
27,8
3,42 1,52 1,11 0,998 1,45 1,02
Eficiencia
(%)
87,70 94,53 96,01 96,41 94,78 96,33
Turbiedad
ensayo 2
2,52 2,25 0,80 1,65 1,32 1,02
Eficiencia
(%)
90,94 91,91 97,11 94,06 95,25 96,33
Turbiedad
ensayo 3
1,49 1,51 2,33 1,15 1,27 1,04
Eficiencia
(%)
94,64 94,57 91,62 95,86 95,43 96,26
pH 7,2 6,81 6,65 6,91 6,75 6,68 6,64
Temperatura 18 19 20,1 20,1 20,1 20,6 21,1
Fuente: Autoría propia
10 pmm 20pmm 30pmm 40pmm 50pmm 60pmm
Concentraciones de Al2(SO4)3
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayo 3
100.00
90.00
80.00
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
Remoción de turbiedad en ensayo de jarras P
orc
en
taje
de
rem
oci
ón
de
turb
ied
ad
60
Figura 18. Remoción de turbiedad en el rango de 20 a 45 ppm de sulfato de aluminio tipo A
Tal como lo indica la Tabla 15, la turbiedad resultante luego del ensayo de jarras fue de
1,02 NTU, valor que se encuentra permisible dentro de la resolución 2115 del 2007. De
acuerdo a la ecuación de eficiencia de remoción, el sulfato de aluminio fue capaz de remover
el 96% de la turbiedad inicial, lo cual indica que se logra una alta remoción de las partículas
en suspensión que causan la turbiedad del agua. Esto se debe a que al agregar el coagulante
se reduce la fuerza de repulsión entre las partículas lo que permite que estas se desestabilicen
y se forme un floc sedimentable (Barrera, 2015).
Aunque el porcentaje de remoción del sulfato de aluminio fue considerable, se realizó el
ensayo con sulfato de hierro, una sola vez, usando concentraciones de 10, 20, 30, 40, 50 y
60ppm, pero se tuvo en cuenta que el pH registrado no se encontraba en el rango óptimo para
la aplicación del mismo. En dicho ensayo fue posible ver mayor formación de floc y un
tamaño mayor de partículas sedimentadas en el fondo de los vasos de precipitado (como se
observa en la parte A de la figura 19). Sin embargo a causa de la oxidación del sulfato de
hierro, el agua se tornó de color amarillo, lo que afecto la medición de la turbiedad, generando
porcentajes negativos de remoción, como se observa en la figura 19.
20 ppm 25 ppm 30pmm 35 ppm 40 ppm 45 ppm
Concentraciones de Al2(SO4)3
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayo 3
100.00 98.00
96.00
94.00
92.00
90.00
88.00
86.00
84.00
82.00
80.00
Remosión de turbiedad en ensayo de jarras P
orc
en
taje
de
rem
oci
ón
de
turb
ied
ad
61
Figura 19. Evidencia fotográfica del ensayo de jarras utilizando sulfato de hierro como
coagulante.
A continuación, se muestran los resultados obtenidos, en un ensayo con sulfato de hierro.
En la tabla 16 se observan los valores de turbiedad, temperatura y pH obtenidos. En la figura
20 se observa la gráfica donde en el eje y, se encuentra el porcentaje de remoción y en el eje
x, las concentraciones correspondientes. La medición de la turbiedad, para cada
concentración de coagulante se realizó solo una vez. Una vez promediados los resultados, se
obtuvo que la concentración que más consistente y mejor porcentaje de remoción, generó fue
10ppm con 56,71%.
Tabla 16. Resultados de ensayo de jarras con sulfato de hierro al 1% en concentraciones
de 10, 20 30, 40 50 y 60 ppm.
Concentraciones de sulfato de aluminio Inicial 20ppm 25ppm 30ppm 35ppm 40ppm 45ppm
Turbiedad ensayo 1
27,8 11,4 18,8 28 35,4 46,9 63,4
Eficiencia
(%)
58,99 32,37 -0,72 -27,34 -68,71 -128,06
Turbiedad
ensayo 2
12,50 20,70 31,70 38,50 48,30 69,30
Eficiencia
(%)
55,04 25,54 -14,03 -38,49 -77,34 -149,28
62
Turbiedad
ensayo 3
12,20 21,10 32,50 39,50 49,50 70,50
Eficiencia (%)
56,12 24,10 -16,91 -42,09 -78,06 -153,60
pH 7,2 7,13 6,98 7,0 6,84 6,9 6,94
Temperatura 18 19,8 19,8 21,1 21,6 21,7 21,6
Fuente: Autoría propia
Figura 20. Remoción de turbiedad en diferentes concentraciones de sulfato de hierro.
En la tabla 16, se puede observar que en el ensayo de jarras, las muestras presentaron una
elevación de turbiedad proporcional a la dosis de coagulante, presentándose partículas
suspendidas. Lo anterior se puede atribuir a la sobredosificación de coagulante (alta
concentración) en cada jarra, lo cual provoca que se revierta la reacción y resurja de nuevo
el coloide con carga negativa ocasionando nuevamente el problema de turbiedad o color
(Barrera, 2015). Sin embargo, si se hubiese dejado más tiempo para el proceso de
sedimentación las partículas suspendidas podrían haber formado el floc con el tamaño
suficiente para sedimentarse ya que mayor seria el tiempo de contacto y se disminuiría la
turbiedad.
Para las sales de hierro el mayor porcentaje de remoción se obtuvo con valor de turbiedad
de 11,4 NTU mientras que para valores menores que este el porcentaje de remoción vario
entre el 0 y el -150%, por lo cual se descartó la posibilidad de usar dicho coagulante en épocas
de sequía y bajo un pH menor a 8.
Remoción de turbiedad en ensayo de jarras 100.00
50.00
0.00
10 pmm 20pmm 30pmm 60
-50.00
-100.00
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayo 3
-150.00
-200.00 Concentración de sulfato de hierro
mm p mm mm p 50 p 40
Po
rcen
taje
de
rem
oci
ón
de
turb
ied
ad
63
Teniendo en cuenta los ensayos realizados con los dos tipos de coagulantes, la turbiedad
presento valores más bajos al agregar sulfato de aluminio al 1%, por lo tanto, se deduce que
el coagulante más efectivo en la muestra analizada era sulfato de aluminio. Sin embargo, se
aclara que el agua de muestra solo pertenece a la quebrada Natautá, ya que en el momento
de acceder a la PTAP para recoger la muestra la misma solo estaba siendo abastecida por una
sola quebrada. Adicionalmente, el proceso de coagulación mediante Sulfato de Aluminio
reduce algas, bacterias y sustancias productoras de olores y sabores (Barrera, 2015). Lo que
concuerda con la disminución de coliformes totales en la salida del coagulador, como se
observa en la figura 13 (b).
En cuanto a la dosis de coagulante, como se describió en el primer objetivo, en la planta
se utilizan 3.5 kilogramos, en 200 litros, para realizar la disolución de sulfato de aluminio.
Dicha disolución posee una concentración de 17500ppm de Al2(SO4)3. Comparando la
concentración optima que arrojo el test de jarras (45ppm de Al2(SO4)3). Es posible determinar
que la dosis de coagulante excede las necesidades del agua para precipitar las partículas
presentes en ella. Cuando las cantidades de coagulante son muy altas, se produce una
inversión en las cargas de las partículas conduciendo a una gran formación de microflóculos
(Andía, 2000). Lo anterior explica porque en el proceso de floculación no se observan
flóculos de gran tamaño, ni siquiera en época de lluvia donde existe un mayor arrastre se
sedimentos y partículas.
Propuesta de mejoramiento a la planta de tratamiento de agua potable en el
municipio de Nocaima, Cundinamarca.
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos mediante la metodología planteada, que
permitió identificar los problemas en la PTAP y las posibles alternativas de mejoramiento
(ver tabla 13), la propuesta de mejoramiento consta de la optimización de una conexión
bypass previa al tratamiento de mezcla rápida para regular el caudal dentro de la planta en
las épocas de lluvia, mejorar el proceso de coagulación-floculación y la implementación de
mejores prácticas dentro de la PTAP mediante la aplicación de algunos indicadores que ha
establecido la International Water Association para mejorar el servicio.
Optimización de bypass hidráulico
Para el diseño del bypass hidráulico, se optó por proponer un sistema de tubería
complementario al existente, que permitiera llevar el caudal excedente desde la cámara de
entrada hasta la primera cámara de desagües. En la figura 21, se puede observar resaltados
con figuras de estrellas el punto de inicio y final del sistema de bypass. En cuanto a los
accesorios, se determinó que son necesarios 2 codos de 90° y una válvula de globo, esta
última con la finalidad de permitir el paso del agua por el bypass cuando sea necesario. El
material con el cual se plantea construir el Bypass es PVC.
Para determinar el diámetro de la tubería del sistema de Bypass, se utilizó un algoritmo
de aproximaciones, explicado por Juan Saldarriaga (1998) en su libro hidráulica de tuberías;
mediante la suposición del diámetro, para hallar la velocidad del caudal. La ecuación
utilizada fue:
64
−2√2𝑔𝑑ℎ𝑓 𝑘𝑠 2.51𝑣√𝑙 𝑉 =
√𝑙 𝐿𝑜𝑔10 (3.7𝑑
+ 𝑑√2𝑔𝑑ℎ𝑓
)
La ecuación presentada anteriormente surge de despejar las pérdidas totales por fricción
de la ecuación de Bernoulli, incluyendo la cabeza de presión del punto dos, en este caso la
cámara de desagüe, utilizando el factor de fricción de la ecuación de Darcy-Weisbach y
remplazándola en la ecuación de Colebrook. Para ver el paso a paso de esta ecuación remitirse
al libro “Hidráulica de tuberías” de Juan Saldarriaga (1998), primera edición de las páginas
77 a 79.
En el diseño de tuberías simples, se puede tener como incógnita el caudal, las pérdidas o
el diámetro, cuando se desconoce este último se dice que existe un problema tipo 3. Para el
cual es necesario conocer, el caudal (5 l/s), el coeficiente real de rugosidad del material
(0.0015), la diferencia de alturas (6.5m), la longitud de la tubería (14,07m) , los coeficientes
de pérdidas en los accesorios (12.7) y la cantidad de los mismos, así como la temperatura del
agua (20°C).
65
Figura 21. Punto de inicio y final del bypass hidráulico complementario.
Modificado de: Plano “Planta de tratamiento de agua potable planta general”
66
Una vez tomados todos los datos se procedió a utilizar Excel, como herramienta de
cálculo. Suponiendo diámetros de tubería a partir de 1 pulgada, para calcular la velocidad,
del agua y con ella calcular el caudal que transportaría. Luego se procedió a calcular las
pérdidas del sistema, donde el valor de las perdidas debe ser menor a la energía que necesita
el sistema. Para cumplir dichas condiciones se formularon condicionales en Excel, de tal
manera que el proceso fuera reiterativo, hasta encontrar el diámetro necesario. Lo anterior se
realizó teniendo en cuenta el algoritmo descrito por Juan Saldarriaga (1998). Que se presenta
a continuación.
Figura 22. Algoritmo para el diseño de tuberías simples
Fuente: Saldarriaga, 1998
67
A continuación se justifican los datos y las fuentes utilizadas en el diseño:
El caudal de diseño fue el caudal máximo excedente que treta la planta es decir 5 l/s.
El coeficiente de rugosidad Ks=0.0015 m3/s, puesto que se propone la construcción
de la tubería en PVC.
Las alturas de la cámara de entrada o tanque homogeneizador y de la cámara de
desagüe, fueron tomadas de los planos de la planta (ver anexo 2b). Con alturas de
1157.5 y 1151 msnm respectivamente. Las cuales al ser restadas generan el valor
inicial de Hm =6.5 m
La longitud, de la tubería resulto de la sumatoria de las longitudes que se necesitarían
para conducir el agua, es decir una primera conducción de 6.5 m desde el inicio de la
tubería al suelo, 3.41m desde donde termina la tubería anterior hasta la pared, de la
estructura del floculador y 4.16 m desde el inicio de la estructura del floculador, hasta
la cámara de desagüe; para un total de 14.07m. Como se puede observar en la
siguiente figura.
Figura 23. Diagrama inicial de la tubería que configura el sistema de Bypass
Fuente: Autoría propia
68
La viscosidad cinemática (1.00 x 10-6), se obtuvo de dividir la viscosidad
dinámica/densidad, del agua a una temperatura de 20°C.
Viscosidad cinemática = 0.001002 kg/m*s / 998.2
En cuanto a los accesorios, para la válvula de globo, el coeficiente de perdidas es de
1.5 Km y el de los codos de 90° es de 0.9 Km; para un total de 4.2 Km en pérdidas
por accesorios. (RAS,2000)
La energía necesaria para conducir el caudal por el sistema es igual a la cabeza de
velocidad, es decir:
𝑉2
𝐾 2𝑔
Dónde: K=4.2, la velocidad depende del diámetro de la tubería y 2g=19.62
La tubería cumple con la condición para el sistema cuando transporta caudal igual o
mayor al caudal de diseño (5 l/s) y las pérdidas son menores a la cabeza de velocidad.
Para el caso de condición de pérdidas, está será cumplida cuando las pérdidas por
elevación (hm) sean menores a 0.01m; la elevación es cambiada cuando la condición
de caudal cumple, pero la de pérdidas no cumple.
A continuación se muestran los resultados obtenidos para que la tubería sea capaz de
transportar un caudal mínimo de 5 l/s.
Tabla 17.Resultados obtenidos, siguiendo la metodología de la figura 22.
hm Longitud
(m) D (in) D(m)
Área
(m2)
Velocidad Caudal
Condición
Caudal
Cabeza de
velocidad
Condición
perdidas
6,5 14,07 1 0,0254 0,0005 1,7190 0,0009 No
Cumple
6,5 14,07 1,5 0,0381 0,0011 2,3136 0,0026 No
Cumple
6,5 14,07 2,5 0,0635 0,0032 3,3250 0,0105 Cumple 2,3666 No
Cumple
4,1 14,07 2,5 0,0635 0,0032 2,6504 0,0084 Cumple 1,5037 No
Cumple
4,99 14,07 2,5 0,0635 0,0032 2,9144 0,0092 Cumple 1,8183 No
Cumple
4,68 14,07 2,5 0,0635 0,0032 2,8210 0,0089 Cumple 1,7036 No
Cumple
4,79 14,07 2,5 0,0635 0,0032 2,8554 0,0090 Cumple 1,7454 No
Cumple
4,75 14,07 2,5 0,0635 0,0032 2,8429 0,0090 Cumple 1,7302 No
Cumple
4,76 14,07 2,5 0,0635 0,0032 2,8475 0,0090 Cumple 1,7357 No
Cumple
4,76 14,07 2,5 0,0635 0,0032 2,8458 0,0090 Cumple 1,7337 Cumple
Fuente: Autoría propia
69
De acuerdo a los resultados obtenidos, es necesario que el Bypass, sea construido en una
tubería con 2.5 pulgadas de diámetro e inicie dentro de la cámara de entrada a una altura de
1155.7 msnm. Sin embargo comercialmente la tubería que se puede encontrar en PVC, es de
3”, la cual presenta los siguientes resultados cuando cumple todos los requisitos.
Tabla 18. Resultados para tubería de 3" que cumple con todas las condiciones.
hm Longitud D (in) D (m) Área
(m2)
Velocida
d
Caudal Condició
n Caudal
Cabeza de
velocidad
Condición
perdidas
4,42 14,07 3,000
0
0,076
2
0,004
6
3,1125 0,0142 Cumple 2,0738 Cumple
Fuente: Autoría propia
En vista de que los tubos comerciales de 3 pulgadas son de 6m para el último tramo de
la tubería es necesaria una unión, lo que agrega 0.3Km en pérdidas por accesorios. Siendo
así, el diseño de la tubería se guía por los siguientes parámetros. Las medidas finales se
presentan en la figura 24.
Tabla 19. Resultados de diseño.
hm Longitud D (in) D (m) Área
(m2) Velocidad Caudal
Condición
Caudal
Cabeza de
velocidad
Condición
perdidas
4,32 14,07 3 0,0762 0,0046 3,0792 0,0140 Cumple 2,1746 Cumple
Fuente: Autoría propia
70
Figura 24. Diagrama final del sistema bypass
Fuente: Autoría propia
El costo de la implementación de un bypass hidráulico, con las características de la tabla
20, es $297.900. Teniendo en cuenta los valores actuales en Homecenter y ferretería Samir.
Tabla 20. Presupuesto de la implementación del Bypass
Elemento Costo unitario Cantidad Costo total
Tubería de PVC de
3” *x 6m
36 .000semipesado 3 102.000
Unión de PVC 3” 1.900 1 1.900
Codo de 90° de 3” en
PVC
2.000 2 4.000
Válvula de globo/
esférica de 3
pulgadas
120.000 1 120.000
Mano de obra 35.000 2 70.000
71
Costo total de la implementación 297.900
Fuente: Autoría propia
Mejora en el proceso de coagulación - floculación
La mejora que se propone para el proceso de coagulación – floculación es, una menor
aplicación de coagulante, especialmente cuando el agua que surte el proceso de
potabilización proviene solamente de la quebrada Natautá. Para el caso puntual de bajos
valores de unidades nefelometrícas, como era el caso del día 8 de octubre de 2019. Una
concentración de sulfato de aluminio de 45ppm es suficiente para realizar un adecuado
proceso de coagulación- floculación.
Sin embargo es necesario que la PTAP realice más ensayos de jarras e identifique las
similitudes entre las condiciones del agua, tanto en pH, como en turbiedad y temperatura,
con las condiciones ambientales, especialmente las condiciones climáticas. Para realizar una
dosificación más adecuada de coagulante y posiblemente, cambiar el coagulante de acuerdo
en la época climática en la que se encuentre. Si se realiza una buena selección de coagulante
y dosificación, mejorará la calidad del agua que es clarificada y el funcionamiento del
sedimentador (Andía, 2000).
Implementación de mejores prácticas mediante aplicación de indicadores de la IWA
Aunque la normativa colombiana establece la aplicación de instrumentos para garantizar
la calidad de agua para consumo humano y los procesos para la vigilancia de la calidad del
agua, por parte del instituto nacional de salud, en la resolución 2115 de 2007. Algunos de
ellos como el IRABAM y las BPS, no han sido medidos constantemente por parte de la
institucionalidad, ni por parte de la empresa. Por otra parte, los indicadores que propone la
IWA en su libro “Performance Indicators for Water Supply Services”, permiten que la
empresa prestadora del servicio realice un seguimiento a su desempeño y plantee mejoras
desde niveles operativos, hasta niveles gerenciales; puesto que no se limitan solo a la
operación del tratamiento, sino también abordan parámetros de calidad del agua, de personal
y de las capacidades económicas y de gestión del servicio (Alegre, Baptista, Cubillo, et al,
2017).
Frente a los retos globales que presenta el ambiente y el recurso hídrico, la Asociación
Internacional del Agua, IWA por sus siglas en inglés, es una red de profesionales del agua a
nivel global que trabajan por un uso más racional del recurso hídrico y el posicionamiento de
los temas relacionados con el recurso hídrico en las agendas políticas, mediante la
investigación para generar soluciones en cuanto a la gestión del agua y las aguas residuales.
En sus trabajos, la IWA vela por la inclusión de los factores sociales, ambientales y
económicos; tal es el caso de sus alianzas con empresas de servicios públicos, donde buscan
garantizar el suministro de agua segura, confiable, equitativo y eficiente. En su libro
“Performance Indicators for Water Supply Services”, generan una serie de indicadores que
permiten la implementación de mejores prácticas para las empresas de potabilización de
agua.
72
A continuación, se muestran los indicadores que se proponen implementar en la planta de
tratamiento de agua potable “La Laja”, en función de realizar una mejor evaluación de la
planta por parte de la empresa prestadora del servicio.
73
Tabla 21. Indicadores sugeridos para implementar en la PTAP “La Laja”.
Tipo de indicador de acuerdo con la IWA
Nombre del indicador
Fórmula Descripción de variables
Justificación
Recurso hídrico % de agua reutilizada en el sistema (WR4)
WR4 = A22 / A3 × 100 A3-Volumen de entrada del sistema (m3) A22-Agua reutilizada suministrada (m3)
Como en época de lluvias, el agua que ingresa a la planta es mayor al caudal que esta puede tratar, especialmente después de periodos de precipitación. Con la implementación de un tanque que acopie los excedentes para
recircularlos en el tratamiento cuando el caudal baje, este indicador permitirá medir, el porcentaje de agua que es reutilizado para el tratamiento.
Personal (operarios) Empleados por agua producida
(Pe2)
Pe2 = B1/(A6 × 365/H1)
× 106
A6–Agua producida
(m3) B1–Total de personal (No.)
H1– Periodo de evaluación(día)
La PTAP “La Laja” actualmente solo cuenta con una operaria, sin embargo Este indicador permitirá evaluar la posibilidad de contratar
más operarios, en caso de ser necesario. Mediante la comparación del indicador mes a mes. Y entre otras plantas que opere la empresa EPC.
Total del
personal capacitado (Pe19)
Pe19 = (B18 × 365 / H1)
/ B1
B1-Personal total
(No.) B18-Tiempo total de entrenamiento (hora) H1- Período de evaluación (día)
Este indicador, permitirá evaluar las capacidades tanto de la operaria de la planta como de otros trabajadores encargados del
servicio. Pues conociendo la baja capacidad de gestión que tiene el municipio sobre el servicio, cuantos más trabajadores entiendan el proceso de potabilización, existirá una mejor respuesta en caso de presentarse eventualidades, en especial cuando los usuarios los llaman directamente, como lo
manifestaron en las encuestas
74
Tipo de indicador de
acuerdo con la IWA
Nombre del
indicador
Fórmula Descripción de
variables
Justificación
Indicadores físicos Capacidad de almacenamien
Ph2 = C1/A3 × H1 A3-Volumen de entrada del sistema
Este indicador permitirá evaluar la posibilidad de construir más tanques de almacenamiento
to de agua (m3) del agua cruda, en caso de que la empresa cruda C1-Capacidad de operadora de la planta observe que el tanque (Ph2) almacenamiento de propuesto efectivamente mejora la calidad del agua cruda (m3) agua una vez tratada. H1-Período de Se recomienda realizar la evaluación de este evaluación (día) indicador por un tiempo mayor a un año, para que las conclusiones y las acciones a tomar
sean acertadas.
Indicadores Limpiezas del Op2 = (D7 × 365 / H1) / Este indicador busca generar conclusiones a operacionales tanque de C2 largo plazo, por lo cual debe medirse en
almacenamien periodos de tiempo anuales y para compararse
to al año (Op2)
C2-Capacidad de tanques de almacenamiento de transmisión y distribución (m3) D7-Limpieza del tanque de almacenamiento (m3)
H1-Período de evaluación (día)
poseer más de dos resultados, es decir durante un lapso mínimo de tres años. Este indicador es propuesto debido a la contaminación que presenta el agua en el tanque de
almacenamiento por coliformes totales y turbiedad, con el fin de correlacionar la cantidad de veces que el tanque es lavado, con la calidad que presenta el agua en el tanque. Por lo cual el número de ves al año que se lava el tanque debe variar dentro del lapso de evaluación del indicador.
Calidad del agua
suministrada
Calidad de agua
suministrada
QS18 = (D62 + D63 +
D64 + D65) / D51 × 100
D51-Pruebas de calidad del agua
Este indicador, permitirá conocer en qué porcentaje se está cumpliendo con los
parámetros de calidad de agua de la resolución
75
Tipo de indicador de
acuerdo con la IWA
Nombre del
indicador
Fórmula Descripción de
variables
Justificación
(Qs18) tratada realizadas (No.) D62- Cumplimiento de pruebas estéticas (No.) D63- Cumplimiento de pruebas microbiológicas (No.)
D64- Cumplimiento de pruebas físico- químicas (No.)
D65- Cumplimiento de pruebas de radiactividad (No.)
2115 de 2007. Este indicador debe medirse al menos una vez al mes, durante varios años para poder realizar una comparativa y
correlacionar los resultados con los aspectos puntuales tanto de precipitación, tratamiento e infraestructura que ocurrieron en cada periodo, para así tomar decisiones, verdaderamente informadas.
Test microbiológic os de agua aprobados (Qs20) [Modificado]
Qs20 = D63 / D54 × 100 D54-Pruebas microbiológicas que cumplen la norma (#) D63-Pruebas microbiológicas
realizadas (#)
De acuerdo a las necesidades de evaluación en la PTAP “La Laja”, en este caso se priorizó los análisis microbiológicos debido a los resultados encontrados en el objetivo 2.
Indicadores
económicos y
financieros
Costos totales unitarios
Fi4 = G4 / A14 A14- Consumo autorizado (m3) G4-Costes totales
(COP)
Este indicador permitirá evaluar si a los consumidores realmente se les está cobrando de manera adecuada el consumo y si se deben
hacer ajustes en el cobro, para mejorar el funcionamiento de la planta.
Fuente: Autoría propia
76
10. Conclusiones
Aunque la PTAP posee un buen funcionamiento en sus procesos, el trabajar fuera de sus
capacidades disminuye la calidad del agua, la cual incumple los valores de turbidez y
coliformes fecales, afectando la salud de los consumidores. Por ello la regulación del caudal
que entra al tratamiento, es de vital importancia.
La dosificación actual de coagulante en la PTAP “La Laja” no es adecuada para las
características que posee en agua, lo que ocasiona que el proceso de floculación y
sedimentación no trabajen de manera adecuada. Aunque el ensayo de jarras permitió,
recomendar una dosis de 45ppm de sulfato de aluminio, para la mejora del proceso de
coagulación- floculación. Es importante que la PTAP, realice pruebas de jarras para
determinar las diferentes turbiedades, pH y temperaturas que puede tener el agua de acuerdo
a diferentes condiciones climáticas, para realizar una adecuada dosificación de coagulante.
El municipio Nocaima, Cundinamarca, no cuenta con capacidades para la gestión del
servicio de potabilización de agua, lo cual afecta la calidad de vida de los habitantes y genera
dificultades para la implementación de medidas correctivas dentro de la PTAP, en cuanto a
la calidad del agua. Sin embargo la propuesta de mejoramiento al incluir indicadores,
permitirá en un futuro tener mayor información acerca de la PTAP, para que el municipio y
la persona prestadora, realicen una mejor gestión de la misma.
Teniendo en cuenta la definición metodológica de la investigación, se cumplió con los
objetivos propuestos, sin embargo para realizar una optimización completa del sistema, es
necesario realizar otros estudios con alcances sobre la red de distribución y las microcuencas
de las quebradas donde se capta el agua.
Finalmente, se espera que esta monografía sirva para mejorar el proceso de operación de la
planta de tratamiento de agua potable “La Laja”
11. Recomendaciones
Se recomienda realizar más pruebas de ensayo de jarras tanto en épocas de sequía y de
lluvia, ya que el rango pH y la turbiedad del agua captada para el tratamiento de la misma
cambia, por lo cual no siempre deberá usarse el mismo coagulante o la misma dosificación y
esto implicaría perdidas económicas y problemas en la calidad del agua
Realizar un mantenimiento periódico de la PTAP ya que en ocasiones esta presenta
falencias en su proceso de potabilización debido a la contaminación externa que se
encuentra en el área.
77
Como se mencionó la PTAP cuenta con un laboratorio, es necesario que la empresa
pública encargada de la planta y la alcaldía brinde dotación de buenos materiales y equipos
para la realización de pruebas fisicoquímicas con el fin de mantener un registro de la calidad
del agua que se es entregada a los usuarios, y no que el laboratorio quede como área para
guardar material de construcción.
Teniendo cuenta que las condiciones climáticas interfieren en la potabilización del agua,
en especial en el proceso de coagulación-floculación, se recomienda realizar un plan de
acción para aplicar la dosis adecuada de coagulante en la época de seca o lluviosa.
Se recomienda a los usuarios dirigirse a la empresa y a la alcaldía cuando las condiciones
organolépticas del agua no sean apropiadas y dejar todo por escrito, para poder realizar una
trazabilidad de las quejas.
Es recomendable surtir investigaciones acerca de la red de distribución por parte de
ingenieros sanitarios o civiles, capacitados para tales fines; al igual que estudios acerca de la
dinámica en las cuencas donde se realiza la captación, para identificar las fuentes de
contaminación en las fuentes captadas. Así como la disponibilidad de caudal, para evaluar
otras posibilidades de captación, en especial en épocas de sequía.
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