Informe Final Star Nima

ESTUDIO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES Y DOMESTICAS DE LA URBANIZACION RIO NIMA

VOLUMEN III

PALMIRA , MARZO DE 2006

81

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TABLA DE CONTENIDO

Capitulo I __________________________________________________________________ 4

CHEQUEO DEL ALCANTARILLADO EXISTENTE. _________________________________ 4

1. ANTECEDENTES ______________________________________________________ 4

2. PARAMETROS DE DISEÑO. _____________________________________________ 7

3. CHEQUEO DEL ALCANTARILLADO EXISTENTE____________________________ 13

3.1 . Chequeo colector malla vial-semicombinado. _____________________________ 13

3.2 Chequeo colector malla vial como colector combinado _______________________ 14

3.3 Chequeo red alcantarillado urbanización Rio Nima.__________________________ 16

3.4 Urbanizacion Rio Nima drenaje pluvial. ___________________________________ 16

3.5 Diseño estructura de separación de aguas lluvias. __________________________ 19

3.6 Chequeo del box con drenaje de zona norte._______________________________ 29

3.7 Emisor a planta de tratamiento de aguas residuales._________________________ 29

3.8 Prolongación del emisor para descarga. __________________________________ 30

Capitulo II_________________________________________________________________ 39

ANALISIS DE ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES _________ 39

1. METODOLOGIA DEL ESTUDIO.___________________________________________ 40

2.RECOPILACION DE INFORMACION Y OBTENCION DE DATOS BASICOS_________ 41

2.1 ESTUDIO DEMOGRAFICO Y PROYECCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE AGUA RESIDUAL. ____________________________________________________________ 41

2.2 CARACTERISTICAS DEL AGUA RESIDUAL. ______________________________ 42


ESTUDIO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS, INUNDABILIDAD Y ESTABILIDAD DE LA MARGEN IZQUIERDA DEL RÍO NIMA � URBANIZACIÓN RÍO NIMA ______________________________________________________________________________________________________________

ESTUDIO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y DOMESTICAS � VOLUMEN III 2

3. CRITERIOS Y PARAMETROS DE DISEÑO.__________________________________ 43

4. PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS _____________________________________ 45

5. PRESELECCION DE ALTERNATIVAS. ____________________________________________ 45

ESTUDIO ALTERNATIVAS _________________________________________________ 51

5.1Alternativa 1 - Filtro Percolador __________________________________________ 51

5.2 Alternativa 2- Reactor Anaeróbico seguido de Filtro Percolador. ________________ 57

5.3 Alternativa 3 - Lagunas de Estabilización. _________________________________ 64

6. EVALUACIÓN ECONÓMICA DE ALTERNATIVAS _____________________________ 76

7. SELECCION DE SISTEMA DE TRATAMIENTO _______________________________ 83

Capitulo III ________________________________________________________________ 88

DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES _______________ 88

CALCULOS ALTERNATIVA SELECCIONADA____________________________________ 88

1. Parámetros de Diseño __________________________________________________ 88

2. Unidades del Sistema __________________________________________________ 89

3. Diseño Sistema de tratamiento ___________________________________________ 89

3.1 Canal de Rejas ____________________________________________________ 89

3.2 Estructura de Medición ________________________________________________________ 90

3.3 Diseño Lagunas Anaerobias __________________________________________ 91

3.4 Estructuras de salida________________________________________________ 92

3.5 Lagunas facultativas ________________________________________________ 92

4. ANEXOS............................................................................................................................101

LISTA DE TABLAS

PAG.

TABLA 1. Población proyectada 8

TABLA 2. Consumos residenciales por sectores 9

TABLA 3. Sectorización prevista de las descargas 9

TABLA 4 . Producción de agua residual proyectada 10

TABLA 5. Coeficiente para determinar la intensidad. 13

TABLA 6. Chequeo colector malla vial semicombinado. 15

TABLA 7. Chequeo semicombinado Urbanización Río Nima. 18

TABLA 8. Cálculo de cunetas para el drenaje de las calles. 24

TABLA 9. Cálculo colector Sur Urbanización Río Nima. 25

TABLA 10. Chequeo Box Culvert. 26

TABLA 11. Diseño emisor a PTAR. 31

TABLA 12. Resumen revisión del alcantarillado Tienda Nueva. 35

TABLA 13. Resumen de los cálculos de las cantidades de obra. 97

TABLA 14. Presupuesto general de las obras del sistema de Tratamiento 98


LISTA DE PLANOS

PAG.

PLANO 1. Planta general alcantarillado de Tienda Nueva y 5

Urbanización Río Nima.

PLANO 2. Drenaje pluvial proyectado Urbanización Río Nima. 20

PLANO 3. Drenaje pluvial proyectado. Perfiles y detalles. 21

PLANO 4. Estructura de separación y Box de descarga. 22

PLANO 5. Estructura de separación y Box de descarga. Detalles estructurales 23

PLANO 6. Perfil y detalles estructura emisor. 32 PLANO 7. Localización general del sistema de tratamiento. 95 PLANO 8. Disposición de las unidades y detalles de los diferentes 96 componentes del proceso.

LISTADO DE FIGURAS

PAG.

FIGURA 1. Distribución gráfica de la sectorización de alcantarillado 9

FIGURA 2. Planta alcantarillado Urbanización Río Nima 17

FIGURA 3 . Sitio actual de disposicion de las aguas residuales 33

FIGURA 4. Sitio seleccionado para el sistema de tratamiento 34



INTRODUCCIÓN

El presente documento corresponde al Informe final del componente Sistema de

tratamiento de aguas residuales del convenio suscrito entre la Universidad del Valle y

el Municipio de Palmira para el desarrollo del �Estudio del Sistema de Tratamiento

Aguas Residuales Domesticas, Inundabilidad y Estabilidad de la Margen Izquierda de

la Urbanización Río Nima en el corregimiento de Tienda Nueva�.

Los estudios solicitados se enmarcan en el Plan de Desarrollo, Capítulo de la

Secretaría de Desarrollo Urbano del Municipio de Palmira 2004 � 2007, proyecto

denominado Construcción de Viviendas de Interés Social � Comunas Rurales que

adelanta el Municipio de Palmira, y básicamente busca la viabilidad técnica,

económica, social y ambiental del proyecto de urbanización para una población de 140

familias.

El pasado 28 de Diciembre, la Universidad hizo la entrega del Informe preliminar de

este componente, referente a los estudios de población, consumo y parámetros de

diseño del alcantarillado.

Aunque el alcance inicialmente previsto comprendía solo la Urbanización río Nima, en

el desarrollo de los estudios tuvo que extenderse a la investigación del alcantarillado

de todo Tienda Nueva, dado que el alcantarillado de la Urbanización está integrado

con el drenaje principal de Tienda Nueva.

Los estudios se iniciaron desde el 7 de Octubre de 2005 y están siendo adelantados

por parte de la Universidad del Valle a través de EIDENAR � Escuela de Ingeniaría de

Recursos Naturales y del ambiente.




Capitulo I

CHEQUEO DEL ALCANTARILLADO EXISTENTE. Tal como se comentó en el informe preliminar , referente al alcantarillado y sistema de

tratamiento de aguas residuales, el alcantarillado de la Urbanización Rio Nima está

conectado al colector general de Tienda Nueva y por tal razón fue necesario involucrar

la revisión del colector general y sus áreas aferentes. Por este colector ��Malla vial�-

drena aproximadamente el 78% de las aguas residuales de Tienda Nueva lo cual

incluye el drenaje del sector de Tres Tusas. El 22% restante se recolecta

independientemente por el colector que corre por la vía a Boyacá, sector Escuela y

Hacienda San José de Nima.

En el plano 1 se presenta la planta general del levantamiento del alcantarillado de

Tienda Nueva y la urbanización Río Nima, de acuerdo con la investigación de campo y

el levantamiento topográfico de los colectores principales.

1. ANTECEDENTES

La información disponible en el Municipio de Palmira indica que desde Diciembre de

1995 se concibió un diseño general para el saneamiento de la cabecera del

corregimiento; en este esquema de drenaje, todas las áreas ubicadas por encima de

la carretera que viene de Palmira y cruza el poblado y las de la margen derecha entre

la inspección y �tres esquinas� se consideraron drenando por la vía que conduce al

corregimiento de Boyacá, descargando en un canal de riego dentro de la Hacienda

San José del Nima, mientras que los sectores de San Francisco y Río Nima se

indicaron drenando separadamente hacia los predios de Malla vial sin precisar su

disposición.



PLANO 1. Planta general alcantarillado de Tienda Nueva y Urbanización Río Nima.



Con anterioridad, en el mismo año, el Municipio había contratado los diseños del

alcantarillado para la urbanización Río Nima, pero aparentemente estos dos proyectos

no fueron coordinados. En Abril de 1998, el Ingenio Manuelita realizó un levantamiento

de los colectores existentes a esa fecha, observándose que el primer colector se había

construido en una longitud de aproximadamente 800 m desde la inspección de policía

por la vía a Boyacá descargando en predios del Sr. Ulpiano Ocampo en tubería de 12�.

El ramal que drena hacia los actuales predios de malla vial se encontraba construido

desde Tres Esquinas y descargaba en un tanque séptico ubicado en donde se

asentaría posteriormente el campamento de malla vial. El estudio de impacto

ambiental presentado en Julio de 1998 por la corporación CIMAB para la urbanización

Río Nima, ilustra que el pozo séptico del sector de Malla vial se encontraba colmatado

y las aguas residuales se descargaban en una vega del Río Nima.

En Noviembre de 1999, la corporación CIMAB elaboró un estudio complementario

para la obtención de la licencia ambiental de la urbanización por autoconstrucción Río

Nima, en el cual se incluyó el diseño de un sistema de tratamiento elaborado

directamente por el Municipio de Palmira, para atender solo a la urbanización,

consistente en tanque séptico y filtro anaeróbico, pero este sistema no fue construido.

Sin embargo, cuando se emprendieron las obras de la urbanización Río Nima, el

alcantarillado de esta urbanización si fue integrado al colector proveniente de Tienda

Nueva.

Con la construcción del campamento del Consorcio de la Malla Vial del Valle en el año

de 1999, se prolongó el colector existente dentro de los predios del campamento y se

hizo la descarga a campo abierto en los limites entre el lote de la malla vial y la

Hacienda San José. Como resultado de lo anterior las aguas residuales de este sector

de Tienda Nueva, dejaron de drenar desde esa fecha a la vega del Río Nima y se

acumulan actualmente en predios de la Hacienda San José de Nima y eventualmente

se infiltran hacia terrenos de malla vial; situación que se conserva actualmente.



Por otra parte también cabe resaltar que el alcantarillado del sector Tres tusas y el de

la carretera comprendido entre el puente y Tres esquinas, ubicados por encima de la

carretera fueron integrados al colector que conduce a malla vial y no al colector de la

Escuela (vía a Boyacá), como se había planteado en el diseño de 1995. Esta

condición de funcionamiento del sistema ya es definitiva.

2. PARAMETROS DE DISEÑO. 2.1 Definición del Nivel de Complejidad. De acuerdo con el titulo A3 del RAS 2000, y considerando que se tendrá una

población al año de diseño de mas de 2500 Habitantes, se clasifica en el Nivel Medio.

2.2 Tipo de Alcantarillado. El alcantarillado en la práctica funciona como del tipo semicombinado, dado que no se

cuenta con sumideros; las aguas lluvias escurren naturalmente sin dificultad por las

vías que conducen hacia la Malla vial y hacia la Hacienda San José que son los

puntos mas bajos con una pendiente de mas del 1%. Los sectores de San Francisco,

las Violetas y Nima drenan directa y naturalmente hacia el Río Nima.

Se prevé que dada la buena pendiente de la localidad, las aguas lluvias puedan seguir

escurriendo superficialmente por los costados de las vías; en el futuro se deberá

mejorar la conducción mediante la construcción de canaletas y conductos hacia el río

Nima. Los desarrollos habitacionales nuevos se deben concebir y diseñar con

alcantarillado separado para no sobrecargar innecesariamente la planta de tratamiento

ni los colectores existentes y las aguas lluvias drenarlas superficialmente.

El chequeo de los colectores existentes se efectúa entonces como alcantarillado

sanitario mas el aporte de aguas lluvias del interior de las viviendas como conexiones

erradas.



2.3 Periodo de Diseño. De acuerdo con lo recomendado en el RAS el emisor final de alcantarillado se

proyectará a 25 años.

2.4 Proyecciones de Población La población estimada de Tienda Nueva para el año 2025 será de 2732 habitantes.

En la tabla 1, se presenta la población estimada año a año.

Tabla 1.Población proyectada

Proyección Anual Población Año Habitantes 2005 2383 2006 2400 2007 2418 2008 2435 2009 2453 2010 2470 2011 2488 2012 2505 2013 2522 2014 2540 2015 2557 2016 2575 2017 2592 2018 2610 2019 2627 2020 2644 2025 2732



2.5 Dotación.

Tabla 2. Consumos residenciales por sectores

Demanda Dotación Residal Sector m3/mes m3/D Hab/Viv L/Hab.D Tienda Nueva1 8726 291 7.21 194.8 San Francisco 5529 184.3 7.10 195.23 Sector de la escuela 1336 44.0 8.14 213.1

2.6 Sectorización prevista del drenaje La distribución proyectada de los flujos de alcantarillado en Tienda nueva, se

presentan en la Tabla 3.

Tabla 3. Sectorización prevista de las descargas

Sector Drenaje Viviendas m3/d % Agua Residual Malla Vial 204 261,3 78,48 Escuela 36 57,7 17,33

A Río Nima 7 13,95 4,19 TOTAL 247 332,9 100,00

Figura 1. Distribución gráfica de la sectorización de alcantarillado

Rio NimaColector Escuela

Colector Malla Vial

1 Sin Incluir Tres Tusas



2.7 PRODUCCIÓN DE AGUAS RESIDUALES La Tabla 4. presenta las estimaciones de la producción de aguas residuales hasta el

año 2025, con base en la dotación y número de habitantes.

Tabla 4 .Producción de agua residual proyectada

Población Dotación Caudal medio AR* Año Habitantes l/hab./día L/s 2005 2383 195 4,30 2006 2400 195 4,33 2007 2418 194 4,34 2008 2435 194 4,37 2009 2453 193 4,38 2010 2470 193 4,41 2011 2488 192 4,42 2012 2505 192 4,45 2013 2522 192 4,48 2014 2540 191 4,49 2015 2557 191 4,52 2016 2575 191 4,55 2017 2592 191 4,58 2018 2610 190 4,59 2019 2627 190 4,62 2020 2644 190 4,65 2021 2662 190 4,68 2022 2679 190 4,71 2023 2697 190 4,74 2024 2714 190 4,77 2025 2732 190 4,81

*Se asumió un coeficiente de retorno de 0,80.

Se asumirá que la dotación se ira racionalizando hasta alcanzar un valor de 190

L/hab./día en el año 2020 después del cual será constante.

2.8 Localización de los Colectores. Donde no existan redes, los colectores sanitarios se proyectarán por el eje de la vía.



2.9 Separación Entre distintas Redes de Servicios. La distancia horizontal mínima entre redes de alcantarillado y otras redes de servicios

será de 1.0 m horizontal, y 0.30 m vertical, medidas esta ultima entre la clave de la

tubería de alcantarillado y la batea del tubo del otro servicio. 2.10 Distancia Máxima Entre Pozos de Inspección. La distancia máxima entre pozos proyectados será de 120 m., y de 200 m en el caso

del emisor final.

2.11 Predimensionamiento Diámetro Mínimo del Conducto. Será 8�

Material del conducto. Se adopta tuberías de concreto simple o reforzado clase II o

superior.

Coeficiente de rugosidad de Manning. Se adopta n = 0.013, correspondiente a

tuberías prefabricadas de concreto de pared lisa.

Velocidad Mínima. La velocidad real mínima en el colector sanitario será de 0.6

m/s. En los casos en que no sea posible alcanzar la velocidad mínima, se debe

verificar que el esfuerzo cortante medio sea mayor de 0.12 kg/m2.

Velocidad Máxima. La velocidad máxima permitida en el colector será de 5 m/s.

Pendiente Mínima. La pendiente mínima será aquella que permita adecuados

valores de auto limpieza en el colector.

Pendiente Máxima. Estará determinada por aquella que produzca velocidades

menores que la máxima permitida.

Profundidad Hidráulica Máxima. El valor máximo permitido de la altura hidráulica

en el colector para el caudal de diseño será del 85%.del diámetro interno del

colector.

Profundidad de las Redes. En vías publicas la profundidad mínima a la clave será

de 1.20 m.

Caídas de Batea en Cámaras. Para diámetros mayores de 12� se deberá calcular

mediante el criterio de empate de la línea de energía. Para colectores de diámetro



menor se dejarán 2 cm. de caída entre la cota del tubo de entrada mas bajo y el de

salida.

Coeficiente de impermeabilidad Para el chequeo de los flujos pluviales el coeficiente C del método racional, se estima

con base en las diferentes tipos de superficie proyectadas para la urbanización Río

Nima, a saber:

Area construida :28 Ha

Zonas verdes: 8.519 Ha

Vias vehiculares: 1.4117 ha

El coeficiente ponderado es:

C= (2.8*.5+8.519*.1+1.4117*.8)/ 5.1636 Ha= 0.506

Se adopta C=0.5, que coincide con el utilizado en estudios previos. Intensidad de lluvias

Se adopta la expresión utilizada para la ciudad de Palmira:

Curva de intensidad y frecuencia Las curvas aplicadas para la ciudad de Palmira, tienen la siguiente expresión:

2)(1C

oXtxCI

Donde:

I = Intensidad en mm/hr

t = Duración de lluvia en minutos

C1, C2, Xo = Factores que depende del período de retorno

En la Tabla 5 se presentan los valores de los coeficientes para diferentes períodos de

retorno.



Tabla 5. Coeficiente para determinar la intensidad.

Período de Retorno

años

C1 C2 Xo

3

5

10

28.237,6

47.359,4

84.921,9

-1,32

-1,38

-1,45

71,5

77,7

84,9

El tiempo de frecuencia de retorno es de tres (5) años,

I=47359.4*(t+77.7)^(-1.38); I= mm/hr

3. CHEQUEO DEL ALCANTARILLADO EXISTENTE 3.1 . Chequeo colector malla vial-semicombinado. Como se comentó en el informe de avance, las aguas lluvias de Tienda Nueva no

llegan al alcantarillado dado que no existen estructuras (sumideros, rejillas) que las

conduzcan hasta los conductos. Sin embargo, para el chequeo se considerará que las

aguas lluvias que caen al interior de las viviendas irán como conexiones erradas

directamente al alcantarillado. Se chequeará entonces como un alcantarillado

semicombinado, lo cual corresponde a la condición actual de funcionamiento; las

aguas lluvias que caen en las vías drenan por las cunetas, aprovechando la buena

pendiente del terreno.

Consideraciones: Se contempla saturación completa del sector de San Francisco. Las áreas futuras a

urbanizar del sector de San Francisco, se conectarían a los colectores de la

urbanización Rio Nima.

Algunas de las tapas de cámaras localizadas sobre la vía que conduce al

campamento de malla vial están selladas. Sin embargo, para la evaluación, las cotas



se estimaron con base en un levantamiento anterior existente realizado por el

Ingenio Manuelita.

La Tabla 6. Chequeo colector malla vial semicombinado, presenta el chequeo del

citado colector hasta su descarga actual en los predios de Malla vial. Las áreas

tributarias correspondientes a cada tramo, se incluyen en el plano No 1.

Se pueden deducir las siguientes observaciones:

El alcantarillado existente tiene algunos tramos con diámetros menores que los

conductos aguas arriba. En particular es notorio el diámetro entre cámaras 3-4-5,

en 8�, mientras los tramos precedentes tienen 14� y 12�. Esta situación se explica

porque la concepción inicial del alcantarillado proveniente del Puente a Tablones y

de Tres Tusas, estaba concebido para conectarse al colector de la Escuela y no al

de malla vial.

De todas formas los resultados presentados en la tabla 6 muestran que el colector

de Tienda Nueva trabajando bajo esta condición no presenta problemas de

capacidad .

3.2 Chequeo colector malla vial como colector combinado Teniendo en cuenta que el colector esta holgado para transportar el caudal

semicombinado, según el chequeo presentado en la tabla 6, se realiza el ejercicio de

chequeo como colector combinado.

En el Anexo 1. Chequeo alcantarillado combinado Ur. Río Nima. se presenta los

resultados obtenidos, utilizando las curvas IFD de Palmira. Tal como se puede deducir,

bajo esta condición el alcantarillado sería totalmente insuficiente aún para lluvias con

frecuencia de 1:3 años.



TABLA 6. Chequeo colector malla vial semicombinado



3.3 Chequeo red alcantarillado urbanización Rio Nima.

En la figura 2. Planta de alcantarillado Urb. Rio Nima � presenta la disposición de la

red tal como está construida en la actualidad, junto con la distribución de las áreas

tributarias.

En el Anexo 1 se presenta el chequeo hidráulico correspondiente.

Para esta condición de trabajo �transportando aguas lluvias y negras combinadas- la

red existente sería insuficiente.

Se chequea entonces funcionando como alcantarillado semicombinado, la cual

corresponde a la realidad actual, teniendo en cuenta que no están construidos aun los

sumideros que conecten las aguas lluvias de las vías a los conductos. Las aguas

lluvias drenan actualmente por la vías hacia la parte mas baja de la urbanización y

posteriormente hacia el Río Nima. Se considera en el chequeo las aguas lluvias

recogidas al interior de las viviendas.

De acuerdo con la Tabla 7. Chequeo Urbanización Río Nima - semicombinado. se

observa que el sistema funciona adecuadamente como semicombinado.

3.4 Urbanizacion Rio Nima drenaje pluvial.

Aunque actualmente las aguas lluvias drenan por las calles y escurren por fuera de la

parcelación sin causar anegamientos ni inundaciones, se requiere dejar concebido un

sistema adecuado de drenaje pluvial de la urbanización. Como solución se prevé la

construcción de conductos independientes para las aguas lluvias y su conducción

hasta el Río Nima.

Para minimizar los costos de construcción de nuevos colectores se previó la

recolección de las aguas lluvias a través de cunetas laterales a ambos lados de las

vías proyectadas. Cada cuneta entrega a un sumidero y este a la vez entregaría a un

colector. La urbanización se dividió en dos zonas de drenaje para minimizar el

tamaños de las obras. Se prevé un solo colector para el drenaje de la zona sur de la



FIGURA 2. Planta alcantarillado Urbanización Río Nima



TABLA 7. Chequeo semicombinado Urbanización Río Nima.



urbanización, de aproximadamente 160 m. El drenaje del sector norte de la

urbanización se haría conectándose al conducto de alivio de la estructura de

separación de aguas lluvias que se proyecta para todo Tienda Nueva.

La disposición del sistema de drenaje se presenta en los planos 2 Y 3 .Drenaje pluvial

proyectado Urb.Río Nima .

La Tabla 8. Cálculo cunetas drenaje calles , presenta los cálculos para dos tipos de

cunetas -trapezoidales y parabólicas. tanto para el sector norte como para el sector

sur. Se seleccionó cunetas de forma parabólica, por su facilidad de construcción y

economía.

En la Tabla 9. Cálculo colector sector sur Urbanización. se presenta el cálculo del

colector de drenaje del sector sur.

En la Tabla 10. Chequeo box de alivio con drenaje pluvial sector norte Urbanización.

se presenta el chequeo del box de alivio de la estructura de separación. Para

proporcionar versatilidad en las conexiones y como holgura de diseño, el cálculo del

box se proyectó con capacidad suficiente para drenar el flujo de alivio de la

estructura de separación y recibir las aguas lluvias del sector norte y sur de la

urbanización Río Nima.

Los planos 4 y 5. presentan los detalles del Box Culvert del sector Norte.

3.5 Diseño estructura de separación de aguas lluvias. Contiguo a la cámara No 8 se prevé la inserción de un aliviadero que derive las aguas

lluvias de exceso que vengan por el colector de Tienda Nueva hacia el Río Nima,

evitando que estas lleguen a la planta de tratamiento. La localización es el lugar mas

conveniente, dada su cercanía al Río, y encontrarse al final de la zona urbanizada de

Tienda Nueva. Esto último permitirá utilizar el colector existente como emisor sin

requerir incremento del diámetro. Por otra parte evitará la construcción de



PLANO 2. Drenaje pluvial proyectado Urbanización Río Nima.



PLANO 3. Drenaje pluvial proyectado. Perfiles y detalles.



PLANO 4. Estructura de separación y Box de descarga.



PLANO 5. Estructura de separación y Box de descarga. Detalles estructurales.



TABLA 8. Cálculo de cunetas para el drenaje de las calles.



TABLA 9. Cálculo colector Sur Urbanización Río Nima.



TABLA 10. Chequeo Box Culvert.



un colector de lluvias para el sector norte de la urbanización pues se prevé utilizar el

conducto de alivio para recibir todas las cunetas de este sector.

Se proyecta un aliviadero lateral

DATOS:

a. Conducto de llegada de aguas diluidas.

Qd= 50.60 l/s D= 12� v=1.16 m/s, v2/2g= 0.07

S= 0.96% d a=0.17

Ea= 0.17+.07 =0.24 m

b. Conducto de llegada de aguas negras

Qn= 4.42+3.08 = 7.5 l/s D= 12� Q= 98.76 l/s V=1.35 m/s,

S= 0.96% q/Q =7.5/98.76 = 0.076

v/V= 0.494 v= 0.67 v2/2g= 0.022

d/D= 0.219 d b=0.07

Eb= 0.07+.02 =0.09 m

c. Conducto de fuga

Se adopta conservadoramente una dilución de 1:5.

qc= 4.42 *5 +3.08 = 25.18 l/s D= 12� S= 1.4%

Q= 119.7 l/s V=1.63 m/s,

q/Q =25.18/119.7 = 0.21

v/V= 0.665 v= 1.08 v2/2g= 0.06

d/D= 0.357 d c=0.11

Ec= 0.11+.06 =0.17 m



Altura inicial muro del vertedero

W1= db +.03 = 0.10 m , se asume 0.03 m por oleaje

Altura inicial sobre cresta del vertedero : h1= d1-w

h1= 0.17-0.10 = 0.07 m

altura final del muro del vertedero: w2= dc

w2= 0.11 m

Altura final sobre cresta: h2= da-w2

H2= 0.17-0.11 = 0.06 m

Altura promedia del muro del vertedero:= (.10+0.11)= 0.105

Hpromedio s/vertedero = (0.07+0.06)/2 0.065

Qverter= 50.60- qc = 25.42 L/S.

Calculo longitud vertedero:

25.42 x10 �3 = C*L*H 1.5

L= 0.84 m.

Al trabajar sumergido la cresta sobre el vertedero es:

Hs= dd �0.105 = 0.139-0.105 = 0.034

Como la relación de longitudes de vertedero libre y sumergido están en la siguiente

relación :

LI/L2= (hs / hp) (3/2)

0.84/L2 = .034/0.065)1.5



L2= 2.22 m

Se requiere entonces Longitud vertedero de 2.22 m.

Pérdidas en el aliviadero:= 0.065-0.025 = 0.04 m

Caída en la transición.

Para el caudal combinado:

Ed-Ea+0.2(0.06-0.07)= 0.18-0.24+.2(-0.01) = -0.08 m

Con el caudal de aguas negras:

Ec= -Eb+0.1(0.06-0.02) = 0.17-0.09+0.1(0.04) = 0.09 m

Se adopta una caida de 0.10 m.

El detalle del aliviadero se presenta en el plano No 4.

Por conveniencia constructiva se dejó una caída adicional a la salida del aliviadero de

0.20 m , lo que en teoría dejaría el vertedero funcionando siempre en caída libre. Sin

embargo, se dejará la misma longitud, dejando una seguridad por si en el futuro se

conectan aguas lluvias de las vías al colector principal.

3.6 Chequeo del Box Culvert con drenaje de zona norte. En la tabla No 10 se presentan los cálculos correspondientes. Se diseña un Box

Culvert de sección variable, de 0.5 a 0.80 m y descarga en un canal abierto al Río

Nima. En el plano No 4 y No 5 se presentan los detalles constructivos.

3.7 Emisor a planta de tratamiento de aguas residuales. La descarga actual de las aguas residuales en los predios del campamento de la firma

Solarte-Solarte, queda ubicada aproximadamente a 250 m del sitio previsto para el



sistema de tratamiento. Se considera el aprovechamiento de todo el colector existente

hasta la descarga actual.

El emisor final se inicia en la estructura de separación hasta la cámara de derivación

en la Ptar; son 432 m en D=12�, de los cuales 242 m ya están construidos.

La Tabla 11. Diseño emisor a PTAR , presenta los cálculos correspondientes.

3.8 Prolongación del emisor para descarga. La descarga actual de las aguas residuales de Tienda Nueva y por ende de la

urbanización Río Nima deben disponerse en un sitio que no generen problemas

ambientales a la comunidad, mientras se construye el sistema de tratamiento. Se

propone su descarga en un canal de riego de la Hacienda San José, 200 m mas abajo

de la descarga actual. Será entonces necesario prolongar el emisor proyectado, desde

la cámara de derivación hasta la descarga propuesta en el canal de riego,

correspondiente a unos 144 m en tubería de D=12�.

En la tabla No 11 se presentan los cálculos de este conducto.

En el plano 6. Perfil y detalles estructuras Emisor, se incluyen los perfiles y detalles de

la cámara de derivación para este conducto.



TABLA 11. Diseño emisor a PTAR.



PLANO 6. Perfil y detalles estructura emisor.



4. Sitio de descarga actual de las aguas residuales de Tienda Nueva. En la Figura 3, se puede observar la fotografía del sitio actual de disposición y

acumulación de las aguas residuales de Tienda Nueva que drenan por el colector

Malla vial, ubicado en limites de los predios del campamento de Solarte-Solarte Ings. Y

la Hacienda San José de Nima.

Figura 3 . Sitio actual de disposicion de las aguas residuales

5. Sitio seleccionado para la ubicación del sistema de tratamiento. En la Figura 4, se presenta la localización del sitio seleccionado para el tratamiento en

predios del campamento de la firma Solarte-Solarte, con cuyos propietarios el

Municipio ya ha establecido contactos preliminares tendientes a su negociación.



Figura 4. Sitio seleccionado para el sistema de tratamiento

6. RESUMEN DE LA REVISION DEL ALCANTARILLADO DE TIENDA NUEVA. Se presentan a continuación las conclusiones generales derivadas de la observación

de campo, de la información de los habitantes y del chequeo hidráulico del

alcantarillado existente. En la TABLA 12 se presenta el resumen general de la revisión

del sistema de alcantarillado.

En el plan de acciones y obras requeridas para la optimización del alcantarillado de

tienda nueva y urbanización Río Nima, toma en consideración que el Municipio prevé

en el mediano plazo la construcción de la planta de tratamiento de aguas residuales,

para todo el corregimiento. La prontitud con la que se deban ejecutar estas acciones

y obras debe ser definida por el Municipio.



TABLA 12. Resumen revisión del alcantarillado Tienda Nueva.

DESCRIPCION DE LA PROBLEMÁTICA

1. .De acuerdo con la información de los moradores, en el

corregimiento no se presentan inundaciones, excepto

eventualmente en época de fuertes lluvias en la descarga del

sector de San Francisco al colector Malla vial, se presenta un

represamiento y desbordamiento por un pozo de inspección.

2. El colector final de Tienda Nueva no tiene capacidad para

transportar conjuntamente las aguas lluvias y residuales.

3. La descarga actual se realiza en un campo abierto, en límites de

los predios de la Hacienda San José de Nima y el campamento de

la firma Solarte �Solarte. La cámara final del alcantarillado

descarga por rebose.

4. Los colectores principales de Tienda Nueva pueden operar

adecuadamente como colectores semicombinados, esto es,

transportando las aguas residuales mas las conexiones erradas de

aguas lluvias al interior de las viviendas.

5. Las aguas lluvias escurren actualmente por las vías hacia los

puntos mas bajos del corregimiento y hacia el Rio Nima

directamente.

.

6. El alcantarillado de la urbanización Rio Nima tiene capacidad

suficiente para la conducción de las aguas residuales actuales y

futuras, pero no para operar como alcantarillado combinado.



7. Las aguas residuales que drenan por el colector de la Escuela,

descargan e infiltran actualmente en una �suerte� de caña de la

Hacienda San José. Para conducirlas hasta el sistema de

tratamiento único, requieren bombeo.

PLAN DE ACCIONES Y OBRAS REQUERIDAS PARA LA OPTIMIZACION DEL

ALCANTARILLADO DE TIENDA NUEVA Y URBANIZACION RIO NIMA.

1

OBRAS DE EJECUCION INMEDIATA.

1.1 Prolongación del conducto de descarga actual del colector Malla vial.

Se requiere la prolongación del conducto desde su descarga actual

hasta el canal de riego de la Hacienda San José aguas abajo, el cual

sería provisional hasta cuando se construya la Ptar. Esto eliminaría la

acumulación actual de las aguas servidas sin tratamiento en predios

de la Hacienda San José de Nima. Se ceñiría al proyecto de diseño

del emisor (tramo 12-13-14-15-16). Esto evitaría además la actual

acumulación de sólidos en la cámara No 12.

1.2 Aumento de diámetro de tubería en la descarga del sector de San

Francisco. Son aproximadamente 110 m de tuberia de 6� del penúltimo

tramo de entrega del sector de San Francisco al colector malla vial, los

cuales causan represamiento e inundación en época de lluvias en este

sector.

1.3 Gestionar la negociación del predio ubicado en el lote de la firma

Solarte �Solarte, seleccionado por el consultor para el sistema de

tratamiento.



1.4 Gestionar los permisos necesarios con la Hacienda San José de Nima

para la descarga del efluente actual de Tienda Nueva en el canal de riego,

de acuerdo con los diseños.

2. OBRAS EN EL CORTO PLAZO-0-3 años

La prontitud con la que se deban ejecutar estas acciones y obras

debe ser definida por el Municipio.

2.1 Estructura de separación de aguas lluvias.

Antes o paralelo a la construcción de la planta de tratamiento se

deberá construir el aliviadero para el colector malla vial, proyectado

contiguo a la cámara No 8-ver plano No 4. El conducto de alivio

deberá ser construido junto con la estructura.

3

OBRAS EN EL MEDIANO PLAZO-1-5 años

3.1 A medida que se acometa la pavimentación de las vías de la

urbanización Río Nima, se deberán construir los sumideros y cunetas

laterales proyectadas y el colector de drenaje del sector sur de la

urbanización, hasta el Río Nima.

3.2 Planta de tratamiento de aguas residuales.

El sistema de lagunas proyectado deberá ser construido en su

totalidad. Inicialmente se tratarían las aguas del colector malla vial;

posteriormente se llevarían las aguas del colector de la Escuela.

4. OBRAS POSTERIORES A LA CONSTRUCCION DE LA PTAR

Construcción del colector aliviado hasta el limite de la Hacienda San



José con predio de Solarte �Solarte por la vía a Boyacá. un

aliviadero para el colector de la Escuela. El aliviadero deberá

proyectarse en el inicio del predio de Ulpiano Campo y límite de la

Hacienda San José, sobre la vía al corregimiento de Boyacá. El

conducto de alivio lo constituiría la descarga actual al canal de riego.

Construcción de la Estación de bombeo para el colector de la

Escuela.

5. RECOMENDACIONES

Dentro del plan de acción es conveniente que el Municipio considere

lo siguiente:

- Dado que el colector general de Tienda Nueva no posee capacidad

para transportar aguas lluvias, el alcantarillado existente deberá

conservarse como de tipo semicombinado sanitario. Esto significa que

no se le debe efectuar ninguna conexión nueva de aguas lluvias

- Las áreas futuras a urbanizar �sector del Puente, San Francisco y

lote contiguo a la urbanización Rio Nima, deberán construirse con

alcantarillado separado.

- El sector ubicado frente a la inspección deberá integrarse al

alcantarillado del colector de la Escuela.



Capitulo II

ANALISIS DE ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES El presente Capítulo corresponde al estudio de alternativas de tratamiento de aguas

residuales del corregimiento Tienda Nueva, Municipio de Palmira.

El objetivo fundamental del Proyecto es el Estudio de Factibilidad de Alternativas

aplicables al Tratamiento de las Aguas Residuales que se generan en el

corregimiento de Tienda Nueva, Municipio de Palmira.

El estudio de factibilidad, tiene los siguientes alcances:

Evaluar mínimo tres (3) esquemas alternativos de tratamiento del agua residual que

cumplan con la reglamentación vigente y consideren aspectos económicos, de

simplicidad de operación, impacto en las corrientes receptoras, producción de lodos,

capacidad de pago de la población, desarrollo institucional de la entidad encargada del

alcantarillado para ejecutar y operar en forma efectiva el sistema de tratamiento.

Predimensionamiento de cada una de las unidades de tratamiento de las alternativas,

para una vida útil de 20 años.

Presentación de los beneficios económicos, sociales, sanitarios y ecológicos que se

obtendrán con la construcción de la PTAR.



1. METODOLOGIA DEL ESTUDIO. Considerando los alcances del Proyecto, se desarrolló el estudio como se detalla a

continuación.

Evaluación de información y obtención de datos básicos.

En esta primera etapa se desarrollaron entre otras las siguientes actividades:

Recolección, Revisión y análisis de información existente.

Análisis demográfico y urbano del corregimiento del proyecto.

Caracterización de las aguas residuales.

Información cartográfica y topográfica.

1.1 Estudio de alternativas de tratamiento. Partiendo de los resultados obtenidos en la caracterización, las proyecciones de

población de los caudales y cargas contaminantes, afluentes al sistema de

alcantarillado y las remociones mínimas exigidas (80% en DBO5, SST y Grasas y/o

Aceites y de E. Coli <24000 NMP/100 mL), se procedió a recomendar las tres (3)

alternativas de tratamiento más adecuadas por costo medio de inversión, costos medio

de operación y mantenimiento, requerimiento de espacio, producción de lodos,

flexibilidad, desarrollo institucional y efectos ambientales para la localidad.

1.2 Costos y Beneficios del Proyecto. Como parte del análisis de viabilidad de este proyecto, se procedió a la estimación del

valor de las inversiones y los beneficios potenciales del tratamiento de las aguas

residuales asociados con la mejora en el medio ambiente.

1.3 Análisis comparativo de alternativas. Finalmente se realizó un análisis comparativo de las alternativas recomendadas, en

este se consideró además de los análisis costo-beneficio, aspectos tales como el nivel

tecnológico e impacto ambiental.



2. RECOPILACION DE INFORMACION Y OBTENCION DE DATOS BASICOS En el presente capítulo se hace un resumen global de la información más importante

revisada durante la ejecución del Proyecto.

2.1 ESTUDIO DEMOGRAFICO Y PROYECCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE AGUA RESIDUAL.

En el Cuadro No. 1 se presentan las proyecciones de población anuales para el

periodo 2005 � 2025 y las estimaciones de la producción de aguas residuales, con

base en la dotación y número de habitantes.

Cuadro No. 1 Proyección de Población y Producción de Agua Residual

Población Dotación Caudal medio AR* Año Habitantes l/hab./día L/s 2005 2383 195 4,30 2006 2400 195 4,33 2007 2418 194 4,34 2008 2435 194 4,37 2009 2453 193 4,38 2010 2470 193 4,41 2011 2488 192 4,42 2012 2505 192 4,45 2013 2522 192 4,48 2014 2540 191 4,49 2015 2557 191 4,52 2016 2575 191 4,55 2017 2592 191 4,58 2018 2610 190 4,59 2019 2627 190 4,62 2020 2644 190 4,65 2021 2662 190 4,68 2022 2679 190 4,71 2023 2697 190 4,74 2024 2714 190 4,77 2025 2732 190 4,81

*Se adopta un coeficiente de retorno de 0,80.



Se considera que la dotación actual se irá racionalizando hasta alcanzar un valor de

190 L/hab./día en el año 2020, después del cual será constante.

2.2 CARACTERISTICAS DEL AGUA RESIDUAL. Características del agua residual doméstica.

Para la determinación de las características de las aguas residuales de la localidad se

realizo una jornada de aforo y muestreo de las aguas residuales.

La caracterización tuvo como objetivo principal conocer las variaciones de calidad y

cantidad del agua residual de la vereda, compararlas con aguas residuales típicas,

aportando así otra herramienta importante en la deducción de los parámetros de

diseño.

Los resultados de los análisis de laboratorio y las cargas contaminantes resultantes

para las aguas del emisor de malla vial se presentan en el Cuadro No. 2.

Cuadro No. 2 Resultados de la Caracterización de Aguas Residuales

Parámetro Valor Unidades Carga Contaminante Unidades

DQO 640 mg O2/L 236,52 Kg.

O2/dia

DBO 323 mg O2/L 119,37 Kg.

O2/dia Grasa y Aceites 126,4 mg/L 46,71 Kg/dia

SST 242 mg/L 89,43 Kg/dia ST 697 mg/L 257,58 Kg/dia

Las características de las aguas residuales del emisor �malla vial� se clasifican como

�medianamente� concentradas, según la clasificación de Metcalf and Eddy.



Aguas residuales industriales.

En el corregimiento de Tienda Nueva no se encuentra instalada ninguna industria que

se pueda considerar como aportante significativo en materia de carga contaminante.

3. CRITERIOS Y PARAMETROS DE DISEÑO. Se sintetizan a continuación los principales criterios utilizados para el

predimensionamiento de las diferentes alternativas de tratamiento.

Periodo de diseño. Se estableció en 20 años, lo cual significa que el año 2025, es el horizonte del

Proyecto.

Cobertura del proyecto. Se supone que la totalidad de la población proyectada tributará sus aguas residuales a

la planta de tratamiento, cuando se inicie la operación de esta, es decir se considera

una cobertura del 100%.

Infiltración. Para la realización del estudio se adoptó una rata de infiltración de 50 l/hab-día como lo recomienda el RAS, 2000. Producción de agua residual y carga contaminante. Caudal de agua residual Considerando las proyecciones de población y dotación presentadas en el Cuadro No.

1 del presente documento, se procede a calcular la producción de aguas residuales

para el periodo de diseño.

En el cálculo de las caudales de diseño se tuvo en cuenta lo siguiente:



El coeficiente de retorno adoptado es 0.8 y la dotación en el periodo de diseño es de

190 L/hab-día lo cual genera un aporte percápita de 152 L/hab-día.

El caudal de aguas residuales domesticas se determina como el producto de la

población futura y el aporte percápita.

Qmar = 2732habitantes x 152 L/hab-día / 86400 = 4.81 L/s El caudal máximo horario se estima a partir del caudal medio diario, mediante el uso del factor de mayoración, F: Q F QMH MDf El factor de mayoración puede ser dado en términos del caudal medio diario como en la fórmula de Los Angeles:

FQ MD

353

0 0914

..

= 0914.08.4

53.3

= 3.42 El caudal máximo horario es: 4.8 L/s x 3.42 = 16.46 L/s El caudal de infiltración resulta del producto de la tasa de infiltración y la población

futura:

50 L/hab-día x 2732 hab / 86400 = 1.6 L/s

El caudal de diseño de se obtiene sumando al caudal máximo horario, QMH y los

aportes por infiltraciones.

16.46 L/s + 1.6 L/s = 18 L/s Carga contaminante De los datos obtenidos de la campaña de caracterización se determinó una carga

contaminante de 119,37 Kg. DBO/día es decir una producción percápita de 52 g/hab-



día, 236,52 Kg. DQO/día o sea 103 g/hab-día y 89,43 Kg. SST/día equivalente a 37.5

g/hab-día.

La carga contaminante de diseño para el periodo de diseño de cada parámetro será

de:

2732 habitantes x 52 g/hab-día x 1 Kg./103 g = 142 Kg. DBO/día 2732 habitantes x 103 g/hab-día x 1 Kg./103 g = 281.4 Kg. DQO/día 2732 habitantes x 37.5 g/hab-día x 1 Kg./103 g = 102.45 Kg. SST/día

4. PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS Se presentan a continuación las opciones tecnológicas de tratamiento propuestas

como las más adecuadas para la remoción de contaminantes orgánicos de las aguas

residuales domésticas del corregimiento de Tienda Nueva, con el fin de ser sometidas

a la evaluación y selección de la óptima, tanto desde el punto de vista técnico -

económico como de facilidad de operación y mantenimiento.

5. PRESELECCION DE ALTERNATIVAS. Para el estudio de las alternativas de tratamiento en el corregimiento de Tienda Nueva

se consideraron inicialmente 8 opciones, a saber:

1. Laguna de Estabilización.

2. Laguna Aireada.

3. Reactor Anaeróbico seguido de un Filtro Percolador.

4. Reactor Anaeróbico seguido de Aireación Extendida.

5. Reactor Anaeróbico seguido de una Laguna Aireada.

6. Biodiscos.

7. Filtro Percolador.

8. Aireación Extendida.



Teniendo en cuenta los requerimiento de área y sus ventajas y desventajas de

implementación, en el Cuadro No. 3 se presenta la matriz diligenciada para la

preselección de las alternativas propuestas para el tratamiento de las aguas residuales

de Tienda Nueva.

Se preseleccionan para la realización de la evaluación técnico económica las

siguientes alternativas de tratamiento:

Filtro Percolador. De los procesos aeróbicos es el más atractivo. De acuerdo con el requerimiento de

área es factible su construcción en cualquiera de los lotes propuestos.

Reactor Anaeróbico seguido de Filtro Percolador. De los procesos anaeróbicos - aeróbicos propuestos es el más atractivo. De acuerdo

con el requerimiento de área es factible su construcción.

Lagunas de Estabilización. Proceso conformado por una laguna anaeróbica y una laguna facultativa, que tiene

una buena aceptación por parte de las autoridades ambientales.

A continuación se presenta la evaluación de las tres (3) alternativas propuestas para el

tratamiento de las aguas residuales del Corregimiento de Tienda Nueva.



Cuadro No. 3 Matriz de preselección de alternativas corregimiento de Tienda Nueva

PROCESODE TRATAMIENT

O

AREA

has

POTENCIA Kw

VENTAJAS DESVENTAJAS

Laguna de Estabilización 4.59 9

1. Baja producción de lodos.

2. Bajos requerimientos de energía.

3. No requiere mano de obra calificada para mantenimiento.

1. Altos requerimientos de área

2. Problemas ambientales.

3. Poca aceptación por parte de la comunidad.

Laguna Aireada 2.5 55

1. Baja producción de lodos.

1. Requerimientos de área moderadamente altos.

2. Requiere mano de obra moderadamente calificada.

3. Requerimientos altos de energía.

Reactor Anaeróbico

seguido de un Filtro

Percolador

0.9 25

1. Bajos requerimientos de área.

2. Producción moderada de lodos.

1. Altos requerimientos de energía. 2. Requerimientos de mano de obra moderadamente calificada.

Reactor Anaeróbico seguido de Aireación Extendida

1.4 60



1. Altos requerimientos de energía. 2. Requerimiento de mano de obra calificada.

Reactor Anaeróbico

seguido de una Laguna Aireada

3.2 50

1. Producción baja de lodos.

1. Requerimientos de área moderadamente altos. 2. Requerimientos altos de energía. 3. Requerimiento de mano de obra calificada

Biodiscos 0.9 25



1. Requerimientos de energía moderadamente altos. 2. Requerimiento de

mano de obra



PROCESODE TRATAMIENT

O

AREA

has

POTENCIA Kw

VENTAJAS DESVENTAJAS

moderadamente calificada.

3. No es aplicable para poblaciones mayores de 8000 habitantes.

Filtro Percolador 0.9 26



1. Requerimientos de energía moderadamente altos.

2. Requerimiento de mano de obra moderadamente calificada.

Aireación Extendida 1.6 95


1. Requerimientos altos de energía.

2. Requerimiento de mano de obra calificada.

UNIDADES COMUNES EN TODAS LAS ALTERNATIVAS. Canal de Aproximación a Rejas. Este es un canal que tiene como fin albergar las rejas para la separación de

elementos sólidos, de tamaño mayor a 3mm, de las aguas residuales. Para medición

de caudales de entrada al sistema de tratamiento, se dispuso en este canal de una

Canaleta Parshall.

Dimensionamiento

Las características del canal de aproximación son:

Longitud: 6.0 m

Ancho: 0.3 m.

Altura total: 0.70 m.

Pendiente: 0.001 m/m.



Utilizando la expresión de continuidad y considerando una velocidad de 0.3 m/s:

Q = VA

Donde:

Q: Caudal de diseño en m3/s.

V: Velocidad (m/s)

Para el caudal medio de aguas residuales de 6.4 L/s, se tiene:

Profundidad normal: 0.07 m

Para el caudal máximo horario de 18 L/s, se tiene:

Profundidad normal: 0.2 m

Reja Gruesa de Limpieza Manual.

Se instalará una rejilla de limpieza manual, a fin de evitar el paso de sólidos de gran

tamaño a la estación de bombeo de aguas residuales.

El cálculo de la pérdida de carga ocurrida a través de la reja, se hace mediante la

expresión de Kirschmer que está de acuerdo con las experiencias de Fellenius y

Spangler.

hL =

w

bhv sen (2)

4 /3

Para una reja con platinas de 1½� x ¼�.

hL = Pérdida de carga en m.

= Factor de forma de la barra = 2.42 (Barras rectangulares).

w = Ancho máximo transversal de la barra = 0.0064m.

b: Separación libre entre barras en m = 2� 0.05 m.

hv = Altura cinética de aproximación a la reja en m.

= Angulo de inclinación = 60º.



Para el caudal medio de aguas residuales de 6.4 l/s, se tiene:

Altura cinética de aproximación (hv): = 0.07 m

Reemplazando en la ecuación, se tiene que la pérdida de carga es:

hL = 0.009 m

Para un caudal máximo horario de 18 l/s, se tiene:

Altura cinética de aproximación (hv) = 0.2 m

Reemplazando en la ecuación, se tiene que la perdida de carga es:

hL = 0.03 m

Canaleta Parshall.

Para la medición de flujo a la entrada del sistema de tratamiento se proyecta una

canaleta Parshall la cual esta localizada en el canal de rejas, entre la reja gruesa y la

reja fina.

Dimensionamiento.

De acuerdo con el Catalogo EDOSPINA de Canaletas Parshall en Poliéster Reforzado

con Fibra de Vidrio, para un caudal máximo de 18 L/s se requiere una canaleta con las

siguientes características:

Ancho de garganta, W = 3� (0.076 m)

Longitud total = 0.9 m

Altura total = 0.26 m



ESTUDIO ALTERNATIVAS 5.1Alternativa 1 - Filtro Percolador Los filtros percoladores han sido utilizados para el tratamiento biológico del agua

residual durante casi 100 años. Los filtros percoladores modernos están formados por

un lecho de medio filtrante sobre el que se distribuye continuamente el agua residual.

Los filtros percoladores se clasifican por las cargas orgánicas o hidráulicas aplicadas.

Las categorías en las que se dividen son de carga baja o normal, de carga media, de

alta o muy alta carga, y de desbaste.

Filtros de baja carga: Un filtro de baja carga es un dispositivo relativamente sencillo

y de gran fiabilidad, que produce una calidad estable del efluente con

independencia de la naturaleza cambiante del afluente. Generalmente, se mantiene

una carga hidráulica constante, no por recirculación, sino por medio de bombas con

control del nivel de succión o con sifones dosificadores.

Filtros de media y alta carga: En los filtros de carga media y alta, la recirculación del

efluente del filtro o del efluente final permite la utilización de cargas orgánicas más

elevadas (3.50 m3 /m2-día a 37.55 m3 /m2-día en carga hidráulica y de 0.25 Kg.

DBO5 /m3-día a 0.95 Kg. DBO5 /m3-día en carga orgánica). El flujo de caudal al

filtro suele ser continuo, a pesar de que se considera aceptable el riego intermitente

del medio filtrante.

Filtros de muy alta carga: Los filtros de muy alta carga orgánica trabajan a altas

cargas hidráulicas y orgánicas (11.70 m3 /m2-día a 70.40 m3 /m2-día y de 0.48 Kg.

DBO5 /m3-día a 3.00 Kg. DBO5 /m3-día respectivamente). Las principales

diferencias entre los filtros de muy alta carga y los filtros de alta carga radican en

las mayores cargas hidráulicas y la mayor profundidad. El aumento de la

profundidad se hace posible por el empleo de medios más ligeros, de plástico. La

mayoría de estos filtros se construyen en forma de torres.



Los filtros de desbaste son filtros de alta carga que se proyectan para trabajar con

cargas orgánicas superiores a 3,0 Kg./ m3-día y cargas hidráulicas superiores a 187

m3 /m2-día. En la mayoría de los casos, estos filtros se utilizan como pretratamiento

del agua residual antes del tratamiento secundario. El proyecto de la mayoría de los

filtros de contacto contempla el uso de medios de plásticos.

Como alternativa de estudio se proyecta un Filtro Percolador de muy alta carga, con

recirculación y con medio plástico que provee gran área de contacto y a la vez

espacios holgados entre las superficies internas del medio. Esto introduce grandes

ventajas respecto a los filtros percoladores diseñados con piedras, que se traducen en

mayores eficiencias de remoción de materia orgánica y eliminan las obstrucciones que

se presentaban en los filtros de piedras. Con el pretratamiento propuesto (rejas, malla

de 3 mm) y con el diseño de medio plástico, no se hace necesario el tratamiento previo

en clarificadores primarios.

Unidades componentes del proceso.

Las unidades que se proponen para el proceso de tratamiento mediante Filtro

Percolador son:

Tratamiento preliminar.

Reja gruesa manual.

Reja fina

Canaleta Parshall.

Tratamiento secundario.

Filtro Percolador.

Clarificador Secundario.



Manejo de lodos.

Digestores de lodos.

Lechos de secado.

Los digestores de lodos no son indispensables y el sistema se puede construir sin

ellos a cambio de aumentar la capacidad de los lechos de secado 4 veces

aproximadamente. Desde luego que el manejo de lodos digeridos es más fácil y de

menos problemas ambientales.

Eficiencias esperadas en el proceso.

En el Cuadro No. 4 se presentan los intervalos de eficiencias en remoción de cargas contaminantes que se espera en cada una de las etapas del tratamiento de las aguas residuales. Se reconoce que el tratamiento preliminar puede alcanzar remociones en sólidos y DBO5 hasta del 15%, pero para el cálculo de la eficiencia mínima, esta no se tiene en cuenta.

Cuadro No. 4 Eficiencias mínimas de los procesos. Alternativa 1 -filtro percolador

PARAMETRO TRATAMIENTO

PRELIMINAR

TRATAMIENTO

PRIMARIO

TRATAMIENTO

SECUNDARIO

EFICIENCIA

TOTAL

DQO

DBO5

SST

0%

0%

5%

-

-

-

80%

80%

80%

80%

80%

80%



Parámetros y criterios de diseño.

Para el dimensionamiento de las diferentes unidades componentes del proceso se han

utilizado los siguientes criterios de diseño.

Filtro Percolador.

Número de unidades: 2

Caudal de diseño: Caudal promedio diario 6.4 L/s

Clarificador Secundario.


Sección: Circular


Carga hidráulica superficial: 27 m3 / m2 - día

Con mecanismo barredor de lodos

Dimensionamiento.

Con base en los parámetros de diseño presentados en el numeral anterior, se

presentan a continuación el dimensionamiento de las diferentes unidades propuesta.

Datos de Entrada

Corregimiento: Tienda nueva

Población: 2732 habitantes

DQO = 281 kg./día

DBO5 = 142 kg./día

SST = 102 kg./día

Q medio de aguas residuales = 6.4 L/s

Q máximo de aguas residuales = 18 L/s



Filtro Percolador.

Para el dimensionamiento del Filtro Percolador se utiliza el procedimiento de Germain

para filtros de medio plástico presentado en Design of Municipal Wastewater

Treatment Plants. Water Enviromenment Federation (1992).

Cálculo de K20.

Para una profundidad del filtro de 4.0 m y una concentración de DBO5 inicial de 257

mg/L, el valor de K20 de acuerdo con la Figura 12.14. Design curves of k20

coefficients for domestic wastewater del libro Design of Municipal Wastewater

Treatment Plants de la WEF es de 0.19 (L/s)0.5 / m2.

Determinación de q.

Utilizando la ecuación de Germain:

q = ((K20 D 1.035(t �20)) / ln (Lo/Le))2 x 86400 s/1 día x 1m3/1000 L

Donde:

q = carga de diseño en m3/m2-día.

D = profundidad del filtro, 4 m

t = temperatura del agua afluente, 25oC

Lo = concentración de DBO5 afluente, 257 mg/L

Le = concentración de DBO5 efluente, 30 mg/L

Al reemplazar en la ecuación, se obtiene: q = 34.11 m3/m2-día.



Área requerida. El área del filtro percolador es: A = Q / q Donde:

A : área superficial del filtro en m2.

Q : caudal de diseño en m3/día = 552

q : carga de diseño = 34.1 m3/m2-día.

Al reemplazar en la ecuación, se obtiene: A total = 16.2 m2 A unidad = 8.1 Diámetro del filtro, D Diámetro = (4 A / )0.5 Diámetro = 3.2 m. Clarificador secundario. En este se realiza el proceso de sedimentación de los �Flocs Biológicos�, formados en

el tratamiento secundario. El sedimentador se diseña para una rata de flujo de 27 m3 /

m2-día. El caudal de diseño es el caudal medio diario.

Caudal de diseño: 553 m3/día

Carga hidráulica superficial: 27 m3 / m2 �día

Área superficial: 20.4 m2

Diámetro = (4 A / )0.5

Diámetro = 6 m.

Altura útil: 3

Tiempo de residencia: 6.2 horas



Este sedimentador tendrá equipo barredor de lodos.

Equipos Requeridos.

A continuación se presentan los equipos requeridos para el tratamiento de las aguas

residuales mediante un proceso de filtro percolador.

Rejilla Fina

Canaleta Parshall.

Sistema de distribución del agua residual al filtro percolador

Sistema barredor de lodos para clarificador secundario.

Ventajas y Desventajas Las principales ventajas que ofrece un sistema de filtro percolador son: Bajos requerimientos de área. Producción moderada de lodos. Entre las desventajas se pueden citar: Requerimientos de energía moderadamente altos. Requerimiento de mano de obra moderadamente calificada. 5.2 Alternativa 2- Reactor Anaeróbico seguido de Filtro Percolador. El principio del reactor anaeróbico consiste en hacer pasar el agua a tratar en flujo

ascendente por un manto de lodos anaeróbicos. Por sus buenas características de

sedimentación, los lodos muchas veces de forma granular, se quedan en la parte

inferior del tanque (compartimiento de digestión), mientras que el agua sube a través

de ellos y sale por la parte superior del reactor. Las bacterias del lodo transforman la

materia orgánica del agua en biogás, que escapa en forma de burbuja. El gas se

recolecta en la parte superior del tanque por el denominado �separador gas - líquido -

sólido - GLS�. El agua pasa por el lado del GLS y llega a una �zona de aquietamiento�,

donde las partículas del lodo se separan del agua por sedimentación. El agua tratada



sale del tanque o reactor por canaletas ubicadas en la parte superior del

compartimiento de sedimentación.

El efluente del reactor anaeróbico es tratado bajo un proceso de tratamiento biológico

aeróbico que para el caso de Tienda Nueva es el filtro percolador, que es un

dispositivo relativamente sencillo y de gran fiabilidad; que produce una calidad estable

del efluente con independencia de la naturaleza cambiante del afluente.


Las unidades que se proponen para el proceso de tratamiento mediante Reactor

Anaeróbico seguido de Filtro Percolador son:

Tratamiento preliminar. Reja gruesa. Reja fina Tratamiento primario. Reactor Anaeróbico. Tratamiento secundario. Filtro percolador. Clarificador secundario. Manejo de lodos. Los lodos del exceso del Reactor Anaeróbico son conducidos directamente a los

lechos de secado y los lodos del clarificador secundario son tratados en digestores de

lodos y lechos de secado.

Los digestores de lodos no son indispensables y el sistema se puede construir sin

ellos a cambio de aumentar la capacidad de los lechos de secado 4 veces



aproximadamente. Desde luego que el manejo de lodos digeridos es más fácil y de

menos problemas ambientales.


En el Cuadro No. 5 se presentan los intervalos de eficiencias en remoción de cargas

contaminantes que se espera en cada una de las etapas del tratamiento de las aguas

residuales. Se reconoce que el tratamiento preliminar puede alcanzar remociones en

sólidos y DBO5 hasta del 15%, pero para el cálculo de la eficiencia mínima, esta no se

tiene en cuenta.

Cuadro No. 5 Eficiencias mínimas de los procesos alternativa 2 - reactor anaeróbico

seguido de filtro percolador

PARAMETRO TRATAMIENTO PRELIMINAR

TRATAMIENTO PRIMARIO

TRATAMIENTO SECUNDARIO

EFICIENCIA TOTAL

DQO DBO5 SST

0% 0% 5%

50 50 40

75% 75% 70%

85% 85% 80%



utilizados los siguientes criterios de diseño:

Reactores Anaeróbicos Número de unidades: 2

Sección: Rectangular


Tiempo de retención: 8 horas

Producción de lodos: 0.10 kg. SST/kg. DQO removida

Producción de biogás: 0.20 m3 CH4 / kg. DQO removida



Filtro Percolador. Número de unidades: 1


Clarificador Secundario Número de unidades: 1

Sección: Circular


Carga hidráulica superficial: 27 m3 / m2 - día

Con mecanismo barredor de lodos

Dimensionamiento.

Con base en los parámetros de diseño presentados anteriormente, se presentan a

continuación el dimensionamiento de las diferentes unidades:

Datos de Entrada

Corregimiento: Tienda nueva


DQO = 281 kg./día

DBO5 = 142 kg./día

SST = 102 kg./día



Reactores Anaeróbicos. Volumen del Reactor, Vr.

Para un tiempo de residencia de 8 horas se tiene:



Caudal de diseño: 6.4 L/s= 23.04 m3/hora

Vr = 23.04 m3/hora x 8 horas 184.32 m3

Utilizando dos (2) módulos de 4.5 m de altura útil, se obtiene:

Longitud de cada modulo = 6 m

Ancho de cada modulo = 3.4 m

Altura total de los modulo = 5.m

Volumen útil de cada módulo = 92 m3

Filtro Percolador. Para el dimensionamiento del Filtro Percolador se utilizó el procedimiento de Germain

para filtros de medio plástico presentado en Design of Municipal Wastewater

Treatment Plants. Water Enviromenment Federation (1992).

Cálculo de K20.

Para una profundidad del filtro de 4.0 m y una concentración de DBO5 inicial de 129

mg/L, el valor de K20 de acuerdo con la Figura 12.14. Design curves of k20

coefficients for domestic wastewater del libro Design of Municipal Wastewater

Treatment Plants de la WEF es de 0.27 (L/s)0.5 / m2.

Determinación de q.

Utilizando la ecuación de Germain:

q = ((K20 D 1.035(t �20)) / ln (Lo/Le))2 x 86400 s/1 día x 1m3/1000 L

Donde:

q = carga de diseño en m3/m2-día.

D = profundidad del filtro, 4 m



t = temperatura del agua afluente, 25oC

Lo = concentración de DBO5 afluente, 126 mg/L

Le = concentración de DBO5 efluente, 30 mg/L

Al reemplazar en la ecuación, se tiene:

q = 88.73 m3/m2-día.

Área requerida.

El área del filtro percolador es:

A = Q / q

Donde:

A : área superficial del filtro en m2.

Q : caudal de diseño en m3/día = 552

q : carga de diseño = 88.73 m3/m2-día.

Al reemplazar en la ecuación, el área es:

A = 6.2 m2

Diámetro del filtro, D


Diámetro = 3 m



Clarificador. En ellos se realiza el proceso de sedimentación de los �Flocs Biológicos�, formados en

el tratamiento secundario. El sedimentador se diseña para una rata de flujo de 27 m3 /

m2-día. El caudal de diseño es el caudal medio diario.

Caudal de diseño: 552 m3/día

Carga hidráulica superficial: 27 m3 / m2 �día

Área superficial: 20.4 m2


Diámetro = 6 m.

Altura útil = 3 m

Tiempo de residencia = 6.2 horas

Este sedimentador tendrá equipo barredor de lodos.

Equipos Requeridos.


residuales mediante un reactor anaeróbico seguido del filtro percolador.

Rejilla Fina

Canaleta Parshall.

Sistema de distribución del agua residual al filtro percolador.

Sistema Barredor de Lodos para Clarificador Secundario.

Ventajas y Desventajas.

Las principales ventajas que ofrece un sistema conformado por reactores anaeróbicos

seguidos de filtros percoladores son:

Bajos requerimientos de área.



Producción moderada de lodos.

Entre las desventajas podemos citar:

Moderados requerimientos de energía.

Requerimientos de mano de obra calificada.

Potencialidad de emanación de olores

5.3 Alternativa 3 - Lagunas de Estabilización.

Las lagunas de estabilización constituyen una solución de bajo costo, de operación

simple y mantenimiento fácil y económico, en donde existe área disponible y terrenos

de costo mínimo. Esta modalidad de tratamiento de aguas residuales municipales no

ha tenido la aceptación esperada, debido a problemas ambientales surgidos a causa

de una operación descuidada y falta de mantenimiento de las instalaciones una vez

han sido construidas y puestas en servicio.

Las lagunas de estabilización se clasifican en varios tipos de acuerdo al oxígeno

disuelto durante la operación de las mismas y el grado de tratamiento recibido por el

afluente. Los principales tipos de lagunas son:

Lagunas aerobia o de alta producción de biomasa, se dimensionan de manera tal que

el oxígeno suministrado por fotosíntesis satisfaga la demanda de oxígeno para oxidar

la materia orgánica del desecho y existan condiciones aerobias en toda la masa de

agua. La producción de biomasa es máxima, la profundidad es mínima, alrededor de

0.30m de manera que la luz penetre por toda la masa de agua.

Lagunas anaerobias, son aquellas diseñadas y construidas para recibir y tratar cargas

orgánicas elevadas por unidad de volumen. No hay oxígeno disuelto en la masa de

agua, la profundidad varía entre 2.4 m y 4.0 m. En la estabilización de la materia



orgánica se desprenden gases: metano y dióxido de carbono, principalmente, como

resultado de la estabilización.

Lagunas facultativas, son las más comúnmente usadas, el oxígeno disuelto

disminuye de la superficie hacia el fondo, existe una capa superficial aerobia y una

capa profunda anaerobia o anóxica. El espesor de los estratos aerobio y anaerobio

es función de la carga orgánica que recibe la laguna y las condiciones ambientales

del lugar. La profundidad es de 1.80m a 2.00m. En la capa superficial las algas

sintetizan el oxigeno necesario para la oxidación de la materia orgánica, en tanto

que la materia orgánica sedimentable va al fondo y allí es estabilizada en un medio

anóxico.

Laguna de maduración es la laguna que recibe el efluente tratado en lagunas u otro

sistema de tratamiento biológico para remover organismos patógenos, separar

materia en suspensión y reducir la población de algas.

Para el caso específico del tratamiento de las aguas residuales del Corregimiento de

Tienda Nueva se proponen dos combinaciones de este tipo de lagunas:

Laguna anaerobia seguida de una laguna facultativa.

Dos lagunas facultativas en serie


Las unidades que se proponen para el proceso de tratamiento mediante lagunas de

estabilización son:

Tratamiento preliminar.

Reja gruesa manual y rejilla fina.



Tratamiento Primario.

a) Laguna anaeróbica

b) Laguna facultativa.

Tratamiento secundario.

Laguna facultativa.


En el Cuadro No. 6 se presentan los intervalos de eficiencias en remoción de cargas

contaminantes que se espera en cada una de las etapas del tratamiento de las aguas

residuales. Se reconoce que el tratamiento preliminar puede alcanzar remociones en

sólidos y DBO5 hasta del 15%, pero para el cálculo de la eficiencia mínima, esta no se

tiene en cuenta.

Cuadro No. 6 Eficiencias mínimas de los procesos alternativa 3 -lagunas de

estabilización

PARAMETRO TRATAMIENTO PRELIMINAR

TRATAMIENTO PRIMARIO

TRATAMIENTO SECUNDARIO

EFICIENCIA TOTAL

DQO DBO5 SST

0% 0% 5%

25% 25% 60%

80% 80% 50%

85% 85% 80%


Combinación a)





Laguna Anaeróbica. Número de unidades: 1

Carga volumétrica aplicada: 0.1 Kg. DBO5/m3-día (Como lo recomienda el RAS)

Profundidad útil: 3.5 m

Caudal de diseño: Caudal promedio diario = 6.4 L/s

Laguna Facultativa. Número de unidades: 1

Carga orgánica aplicada a la laguna facultativa: 225 kg./Ha � día (<300 kg./Ha � día)



Combinación b)



Lagunas Facultativas.


Carga orgánica aplicada a la laguna facultativa: 225 kg./Ha � día (<300 kg./Ha � día)



Dimensionamiento.

Con base en los parámetros de diseño presentados en el numeral anterior, se

presentan a continuación el dimensionamiento de los diferentes sistemas

componentes del sistema de tratamiento.



Datos de Entrada. Corregimiento: Tienda nueva


DQO = 281 kg./día

DBO5 = 142 kg./día

SST = 102 kg./día



Combinación a)

Laguna Anaeróbica.

Como criterio de diseño se utilizó una carga volumétrica de 0.1 Kg./m3-día

(recomendada por Marais para tratamiento de aguas residuales domésticas), el

volumen de la laguna anaeróbica sin acumulación de lodos es:

V1 = (So x Q x 0.0864) / (Lv)

Donde:

V = volumen de la laguna en m3

So: concentración de DBO5 afluente = 257 mg/L

Q: caudal de diseño = 6.4 L/s

Lv: carga volumétrica = 0.1 Kg./m3-día

Reemplazando, se tiene:

V1 = 1421 m3

El volumen para 5 años de acumulación de lodos es:



V2 = Población x 0.04 x 5 años

V2 = 2732 x 0.04 x 5 años

V2 = 546.4 m3

El volumen total requerido es:

Vt = V1 + V2

Vt = 1421 + 546.4 m3

Vt = 1967.4 m3

Dimensiones:

Longitud: 37 m

Ancho: 16 m

Altura útil de la laguna: 3.5 m

Ancho de la corona de los diques: 3.50 m

Taludes interiores de los diques: 1: 1.5

Taludes exteriores de los diques: 1: 2

Laguna Facultativa.

Para el diseño de la laguna facultativa se procede a adoptar una carga de trabajo

menor que la máxima permisible de 300 kg. DBO5/Has-día. El incremento de

amoníaco en el proceso anaeróbico puede ser del orden de un 20% y por razones de

seguridad en el diseño se adoptará una carga de trabajo del 75% de la carga máxima

permisible es decir 225 kg. DBO5/Has-día.

As = DBO5 afluente / Ls

Donde:

As: área superficial en has.



DBO5 afluente = (142 kg./día x 0.65) 92.34 kg./día

Ls: carga superficial = 225 kg. DBO5/Has-día


As = 0.41 has.

Dimensiones:

Longitud: 111.0 m

Ancho: 37.0 m





AREA TOTAL REQUERIDA:

Laguna anaerobia + Laguna facultativa= 0.06 + 0.41 = 0.47 Ha

Combinación b)

En este caso se diseñan dos lagunas facultativas en serie, considerando las mismas

características de la laguna facultativa mencionada anteriormente se adopta una carga

de diseño de 225 kg. DBO5/Has-día.

Laguna Facultativa 1


Donde:




DBO5 afluente = 142 kg./día



As = 0.63 has.

Dimensiones:

Longitud: 138.0 m

Ancho: 46.0 m







Donde:


DBO5 afluente = (142 x 0.4) = 56.8 kg./día



As = 0.25 has.



Dimensiones:

Longitud: 87.0 m

Ancho: 29.0 m





AREA TOTAL REQUERIDA: Laguna 1 + Laguna 2 = 0.63 + 0.25 = 0.88 Ha

Equipos Requeridos.


residuales mediante un proceso de lagunas de estabilización.

Rejilla Fina

Canaleta Parshall.

Ventajas y Desventajas.

Las principales ventajas que ofrece un tratamiento mediante lagunas de estabilización

son:

Baja producción de lodos.

Bajos requerimientos de energía.

No se requiere mano de obra calificada para mantenimiento.

Sus desventajas principales son:

Altos requerimientos de área

Presenta problemas ambientales.



Poca aceptación por parte de la comunidad.

RESUMEN GENERAL PREDIMENSIONAMIENTO

Canal de Aproximación a Rejas.

Longitud: 6.0 m

Ancho: 0.3 m.

Altura total: 0.70 m.

Pendiente: 0.001 m/m.

Alternativa 1 - Filtro Percolador

Filtro Percolador


Altura útil = 4 m

Diámetro unidad = 3.2 m.

CHS = 34.1 m3/m2-día

Carga volumétrica = 4.39 Kg./m3-día

Clarificador secundario.


Diámetro = 6 m.

Altura útil: 3

Tiempo de residencia: 6.2 horas



Alternativa 2- Reactor Anaeróbico seguido de Filtro Percolador.

Reactores Anaeróbicos Número de unidades: 2

Longitud de cada modulo = 6 m

Ancho de cada modulo = 3.4 m

Altura útil de cada módulo = 4.5 m

Filtro Percolador


Altura útil = 4 m

Diámetro = 3 m.

CHS = 88.73 m3/m2-día

Carga volumétrica = 2.86 Kg./m3-día

Clarificador Secundario Número de unidades: 1

Diámetro = 6 m.

Altura útil = 3 m

Tiempo de residencia = 6.2 horas

Alternativa 3 - Lagunas de Estabilización.

A. Laguna anaerobia seguida de laguna facultativa Laguna anaerobia





Longitud: 37 m

Ancho: 16 m




Laguna Facultativa


Profundidad útil: 2 m

Longitud: 111.0 m

Ancho: 37.0 m




A. Lagunas facultativas en serie

Lagunas Facultativas


Profundidad útil: 2 m





Longitud: 138.0 m



Ancho: 46.0 m


Longitud: 87.0 m

Ancho: 29.0 m

6. EVALUACIÓN ECONÓMICA DE ALTERNATIVAS 6.1 Costos de inversión inicial

Con base en los criterios y parámetros de diseño, se realizaron los

predimensionamientos de las diferentes unidades de proceso, a partir de los cuales se

obtuvieron las cantidades de obra aproximadas.

Para llevar a cabo el análisis económico, se cuantificaron los costos de inversión inicial

a través de precios unitarios, considerando los costos que se manejan en la región,

estimados a Enero de 2006 y disgregados para cada una de las unidades de la planta.

Para efectos de manejo de la información en esta fase del estudio se nombrarán cada

una de las opciones de tratamiento con un orden así:

Filtro Percolador y clarificador secundario Alternativa 1

Reactor Anaeróbico, filtro Percolador y clarificador secundario Alternativa 2

Laguna anaerobia y laguna facultativa Alternativa 3A

Lagunas facultativas en serie Alternativa 3B

Es importante anotar que estos costos son aproximados y se han estimado

únicamente para realizar el análisis comparativo de las diferentes opciones.



Cuadro No. 7 presenta el resumen de los costos de inversión inicial para cada alternativa. En el Anexo 2 se presenta de manera detallada las cantidades de obra y costos unitarios de cada una de las obras a proyectar para cada alternativa.

Cuadro No. 7 Resumen comparativo de costos de inversión

Alternativa Sistema de tratamiento Costo

1 FILTRO PERCOLADOR - CLARIFICADOR SECUNDARIO

368.039.605

2 REACTOR ANAEROBIO - FILTRO PERCOLADOR

277.569.929

3A LAGUNA ANAEROBIA - LAGUNA FACULTATIVA

348.398.181

3B LAGUNAS FACULTATIVAS EN SERIE 533.318.832 Costos de operación y mantenimiento Para cada una de las cuatro opciones de proceso evaluadas se determinaron los

costos de operación y mantenimiento considerando:

Personal Mantenimiento obra civil y requerimientos de energía Costos de personal

Los costos de personal se basan en el salario de acuerdo al cargo que van a

desarrollar las diferentes personas que intervendrán en la operación de la planta. En

el Cuadro No. 8 se presentan estos valores de salarios.



Cuadro No. 8 Salarios mensuales

Sueldos mensuales

Cargo Sueldo Factor prestacional

Costo total

mensual Técnico químico

804000 1,5 1206000

Operador de planta

603000 1,5 904500

Vigilante 402000 1,5 603000 Se estiman los siguientes tiempos hombre - mes para cada una de las siguientes

alternativas (ver Cuadro No. 9).

Cuadro No. 9 Personal requerido y dedicación

Personal requerido y dedicación

Dedicación mensual de personal Cargo Alternativa

1 Alternativa

2 Alternativa

3A Alternativa

3B Técnico químico

0,75 0,75 0,2 0,2

Operador de planta

1 1 0,5 0,5

Vigilante 0,5 0,5 0,5 0,5 TOTAL 2,3 2,3 1,2 1,2

Costos de personal año 2006 Dedicación mensual de personal

Cargo Alternativa 1

Alternativa 2

Alternativa 3A

Alternativa 4B

Técnico químico

603.000 603.000 160.800 160.800

Operador de planta

603.000 603.000 301.500 301.500

Vigilante 201.000 201.000 201.000 201.000 COSTO

MENSUAL 1.407.000 1.407.000 663.300 663.300

COSTO ANUAL

16.884.000 16.884.000 7.959.600 7.959.600



Con base en los costos mensuales y el personal requerido se estiman los costos

totales de personal por alternativas considerando un incremento del 5% anual, (ver

Cuadro No. 10).

Cuadro No. 10 Costos de personal

Proyección de los costos anuales de personal considerando un incremento salarial del 5%

Año Alternativa 1

Alternativa 2

Alternativa 3A

Alternativa 4B

0 16.884.000 16.884.000 7.959.600 7.959.600 1 17.728.200 17.728.200 8.357.580 8.357.580 2 18.614.610 18.614.610 8.775.459 8.775.459 3 19.545.341 19.545.341 9.214.232 9.214.232 4 20.522.608 20.522.608 9.674.944 9.674.944 5 21.548.738 21.548.738 10.158.691 10.158.691 6 22.626.175 22.626.175 10.666.625 10.666.625 7 23.757.484 23.757.484 11.199.957 11.199.957 8 24.945.358 24.945.358 11.759.954 11.759.954 9 26.192.626 26.192.626 12.347.952 12.347.952

10 27.502.257 27.502.257 12.965.350 12.965.350 11 28.877.370 28.877.370 13.613.617 13.613.617 12 30.321.238 30.321.238 14.294.298 14.294.298 13 31.837.300 31.837.300 15.009.013 15.009.013 14 33.429.165 33.429.165 15.759.464 15.759.464 15 35.100.623 35.100.623 16.547.437 16.547.437 16 36.855.655 36.855.655 17.374.809 17.374.809 17 38.698.437 38.698.437 18.243.549 18.243.549 18 40.633.359 40.633.359 19.155.726 19.155.726 19 42.665.027 42.665.027 20.113.513 20.113.513 20 44.798.278 44.798.278 21.119.188 21.119.188



Costos mantenimiento obra civil y requerimientos de energía Los costos anuales de mantenimiento de obra civil y requerimientos de energía se

estimaron como un porcentaje del costo de inversión inicial. Se seleccionó un

porcentaje de X% para las alternativas 1 y 2 y de X% para las 3A Y 3B, teniendo en

cuenta que las 1 y 2 tienen mayores requerimientos de energía y de mantenimiento de

la obra civil, durante el horizonte del proyecto el cual se fijo a 20 años.

Cuadro No. 11 presenta el resumen de costos de mantenimiento para las opciones de proceso estudiadas.

Cuadro No. 11 Costos anuales de mantenimiento de la obra civil y requerimientos de

energía

Costos anuales de mantenimiento de la obra civil y requerimientos de energía

4% 1% Año Alternativa

1 Alternativa

2 Alternativa

3A Alternativa

4B 0 14.721.584 11.102.797 2.787.185 4.266.551 1 15.310.448 11.546.909 2.809.483 4.300.683 2 15.922.865 12.008.785 2.831.959 4.335.089 3 16.559.780 12.489.137 2.854.614 4.369.769 4 17.222.171 12.988.702 2.877.451 4.404.727 5 17.911.058 13.508.250 2.900.471 4.439.965 6 18.627.500 14.048.580 2.923.675 4.475.485 7 19.372.600 14.610.524 2.947.064 4.511.289 8 20.147.505 15.194.945 2.970.641 4.547.379 9 20.953.405 15.802.742 2.994.406 4.583.758

10 21.791.541 16.434.852 3.018.361 4.620.428 11 22.663.203 17.092.246 3.042.508 4.657.392 12 23.569.731 17.775.936 3.066.848 4.694.651 13 24.512.520 18.486.973 3.091.383 4.732.208 14 25.493.021 19.226.452 3.116.114 4.770.066 15 26.512.741 19.995.510 3.141.043 4.808.226 16 27.573.251 20.795.331 3.166.171 4.846.692 17 28.676.181 21.627.144 3.191.500 4.885.466 18 29.823.228 22.492.230 3.217.032 4.924.549 19 31.016.158 23.391.919 3.242.769 4.963.946 20 32.256.804 24.327.596 3.268.711 5.003.657



Costos totales de operación y mantenimiento

Cuadro No. 12 se presenta el costo anual total de operación y mantenimiento para

cada una de las opciones planteadas.

En el Cuadro No. 13 se presentan, los costos de operación y mantenimiento en valor

presente considerando una tasa de retorno de 12%.

Cuadro No. 12 Costos anuales de operación y mantenimiento

Costos anuales de personal y mantenimiento de la obra civil

Año Alternativa 1

Alternativa 2

Alternativa 3A

Alternativa 4B

0 31.605.584 27.986.797 10.746.785 12.226.151 1 33.038.648 29.275.109 11.167.063 12.658.263 2 34.537.475 30.623.395 11.607.418 13.110.548 3 36.105.121 32.034.477 12.068.846 13.584.001 4 37.744.779 33.511.310 12.552.395 14.079.671 5 39.459.796 35.056.988 13.059.162 14.598.656 6 41.253.675 36.674.755 13.590.300 15.142.110 7 43.130.084 38.368.007 14.147.021 15.711.245 8 45.092.862 40.140.302 14.730.595 16.307.333 9 47.146.030 41.995.368 15.342.358 16.931.710

10 49.293.798 43.937.109 15.983.711 17.585.778 11 51.540.572 45.969.616 16.656.125 18.271.009 12 53.890.969 48.097.174 17.361.146 18.988.949 13 56.349.820 50.324.274 18.100.396 19.741.221 14 58.922.186 52.655.617 18.875.577 20.529.529 15 61.613.365 55.096.134 19.688.479 21.355.663 16 64.428.906 57.650.985 20.540.980 22.221.501 17 67.374.618 60.325.581 21.435.049 23.129.015 18 70.456.588 63.125.589 22.372.759 24.080.276 19 73.681.185 66.056.946 23.356.282 25.077.458 20 77.055.082 69.125.874 24.387.899 26.122.846



Cuadro No. 13 Costos de operación y mantenimiento en valor presente

Costos anuales de personal y mantenimiento de la obra civil a VPN considerando una tasa de retorno de 20%

Año Alternativa 1

Alternativa 2

Alternativa 3A

Alternativa 4B

0 31.605.584 27.986.797 10.746.785 12.226.151 1 29.498.792 26.138.490 9.970.592 11.302.021 2 27.533.064 24.412.783 9.253.362 10.451.648 3 25.698.912 22.801.508 8.590.366 9.668.824 4 23.987.489 21.297.043 7.977.274 8.947.885 5 22.390.548 19.892.277 7.410.119 8.283.669 6 20.900.396 18.580.572 6.885.269 7.671.464 7 19.509.860 17.355.738 6.399.394 7.106.969 8 18.212.251 16.211.995 5.949.440 6.586.258 9 17.001.331 15.143.951 5.532.608 6.105.744

10 15.871.284 14.146.573 5.146.327 5.662.150 11 14.816.683 13.215.166 4.788.238 5.252.478 12 13.832.469 12.345.347 4.456.174 4.873.990 13 12.913.924 11.533.025 4.148.144 4.524.178 14 12.056.647 10.774.383 3.862.317 4.200.748 15 11.256.531 10.065.858 3.597.012 3.901.600 16 10.509.750 9.404.125 3.350.679 3.624.808 17 9.812.732 8.786.080 3.121.894 3.368.610 18 9.162.146 8.208.826 2.909.344 3.131.389 19 8.554.885 7.669.659 2.711.823 2.911.663 20 7.988.051 7.166.056 2.528.215 2.708.071

TOTAL 363.113.329 323.136.250 119.335.375 132.510.321

Para evaluar los costos en valor presente de cada una de las alternativas se

consideran los costos de inversión inicial y los costos totales de operación y

mantenimiento de cada una de las alternativas, el resumen se muestra en el Cuadro

No. 14.

Cuadro No. 14 Costo total de cada una de las alternativas

Costos de inversión inicial, personal y mantenimiento de la obra civil en millones de pesos

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3A

Alternativa 3B

741 601 468 666



7. SELECCION DE SISTEMA DE TRATAMIENTO La metodología empleada para la selección de la alternativa óptima de tratamiento de

aguas residuales, se basa en la evaluación de diversos criterios básicos relacionados

con los sistemas de tratamiento. Cada binomio opción - criterio tendrá una calificación

que se consignará en la matriz; así al final la suma de los puntajes permite establecer

el orden de elegibilidad. El mayor puntaje corresponderá a la mejor opción. Se definen

las siguientes categorías y sus puntajes correspondientes.

Excelente = 5

Bueno = 4

Regular = 3

Deficiente = 2

Malo = 1

7.1 CRITERIOS DE SELECCIÓN Se tiene en cuenta los siguientes criterios de selección:

Facilidad de operación y mantenimiento

Requerimiento de Espacio

Producción y Manejo De Lodos

Efectos Ambientales

Flexibilidad

Costos

Facilidad de Operación y Mantenimiento

Alternativa 2: requiere de la supervisión permanente en el reactor anaerobio por parte

del operario de ciertas características físico - químicas como el pH, la alcalinidad, etc.,



lo cuál implica la tenencia de un operario de tiempo completo y mínimos elementos de

laboratorio. Calificación = 3.

Alternativa 3A: este presenta las mayores facilidades de operación y mantenimiento;

debido a la alta resistencia a choques de carga y presencia de sustancias tóxicas en la

laguna anaerobia; el operario solo hará revisiones periódicas para detectar cualquier

posible falla en el sistema, retiro de lodos con frecuencia mayor o igual a 5 años.

Calificación = 3.

OPCION

Facilidad operacion /mato

CALIFICACION

Alternativa 1 Exigente 3 Alternativa 2 Exigente 2 Alternativa 3A Facil 5 Alternativa 3B Facil 5 Requerimiento De Espacio Los requerimientos de espacio para cada una de las alternativas son los siguientes:

OPCION

AREA (m2)

CALIFICACION

Alternativa 1 140 4 Alternativa 2 170 4 Alternativa 3A 7000 2 Alternativa 3B 9650 1



Producción y Manejo De Lodos Las lagunas facultativas empleadas como tratamiento secundario en las alternativas 1,

2 y 3 digieren anaeróbicamente los lodos biológicos producidos en los tratamientos

primarios. Adicionalmente se tienen lodos primarios en la alternativa 1 los cuales se

tienen que someter a deshidratación, por lo tanto la calificación para estas tres

alternativas es:

OPCION

CALIFICACION

Alternativa 1 (FP+SS) 1 Alternativa 2 (UASB+FP) 2 Alternativa 3 A (LA+LF) 5 Alternativa 3B (LF1+LF2) 4 Efectos Ambientales La alternativa del Filtro percolador tiende a favorecer la proliferación de moscas y

olores en los filtros, lo cual busca ser remediado con la recirculación.

La alternativa que considera Reactores Anaerobios, presenta una fuente altamente

activa de olores en la digestión anaerobia.

Las alternativas que contemplan lagunas, aunque presentan una producción mínima

de lodos, tienen una posibilidad alta de producir olores; debido al tamaño de las

unidades, el control de olores mediante recubrimientos no es viable técnicamente. La

proliferación de insectos, roedores y otros son muy frecuentes en estos reservorios de

agua, afectando los niveles de salud de la región.

Teniendo como base los argumentos anteriores, las calificaciones otorgadas son:

OPCION

CALIFICACION

Alternativa 1 (FP+SS) 1 Alternativa 2 (UASB+FP) 2 Alternativa 3 A (LA+LF) 3 Alternativa 3B (LF1+LF2) 5



Flexibilidad Para evaluar este concepto se tienen en cuenta dos aspectos básicos:

Flexibilidad a los picos de Carga Orgánica. Flexibilidad para la Ampliación por etapas de la planta.

Para el primer criterio se considera que las tecnologías de lagunas presentan buenas

condiciones de choque para tratar picos de carga orgánica.

OPCION

CALIFICACION

Alternativa 1 (FP+SS) 2 Alternativa 2 (UASB+FP) 1 Alternativa 3 A (LA+LF) 5 Alternativa 3B (LF1+LF2) 4 Costos Los costos totales de inversión inicial, operación y mantenimiento a VPN, que se

obtuvieron en el capítulo 4 para cada una de las opciones se presentan en el cuadro

siguiente:

OPCION

COSTO VPN

(Millones de pesos $)

CALIFICACION

Alternativa 1 (FP+SS) 722 2 Alternativa 2 (UASB+FP) 599 4 Alternativa 3 A (LA+LF) 436 5 Alternativa 3B (LF1+LF2) 634 4



7.2 MATRIZ DE EVALUACION Y ORDEN DE ELEGIBILIDAD Cuadro No. 15 presenta el resultado final de la matriz de evaluación.

Cuadro No. 15 Matriz de evaluación

ALTERNATIVAS CRITERIOS 1 2 3A 3B Facilidad de Operación y Mantenimiento

3 2 5 5

Requerimiento de Espacio

4 4 2 1

Producción y Manejo de Lodos

1 2 5 4

Efectos Ambientales 1 2 3 5 Flexibilidad 2 1 5 4 Costos 2 4 5 4

Total 13 15 25 19

De acuerdo al resultado anterior el orden de elegibilidad es el siguiente: 1. Alternativa 3 A : LAGUNA ANAEROBICA+ LAGUNA FACULTATIVA 2. Alternativa 3B : LAGUNAS FACULTATIVAS 3. Alternativa 2 : UASB+ FILTRO PERCOLADOR 4. Alternativa 1 : FILTRO PERCOLADOR +SEDIMENTADOR SECUNDARIO La opción a elegir es la Alternativa 3A, ya que en conjunto presenta las condiciones más favorables para el corregimiento de Tienda Nueva.



Capitulo III

DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

CALCULOS ALTERNATIVA SELECCIONADA El resultado de la evaluación recomienda proyectar un sistema de tratamiento de

aguas residuales consistente en una laguna anaerobia y una laguna facultativa. El

sistema también se compone del tratamiento preliminar y las estructuras de entrada,

salida y conexión de las lagunas.

1. Parámetros de Diseño

El sistema de tratamiento tendrá la capacidad de recibir las aguas residuales

generadas en el corregimiento de Tienda Nueva hasta el año 2025, año en el cual se

estima que tendrá 2732 habitantes.

Dentro del desarrollo de este estudio se llevaron a cabo jornadas de caracterización de

las aguas residuales llevando a adoptar las siguientes aportes per cápita :

Demanda bioquímica de oxigeno = 52 g DBO5/ habitante. día

Generación de aguas residuales = 172 l /habitante . día

A partir de esta de estos valores se calcularon las cargas contaminantes que deberá

tratar el sistema de tratamiento en el futuro.

Carga Contaminante de DBO5 = 142 kg /día

Caudal de Aguas Residuales = 4.8 l/s

Igualmente en las caracterizaciones se determinó un factor pico de generación de

aguas residuales de 3.42 ; por lo tanto el caudal máximo de aguas residuales es 16.5

l/s



2. Unidades del Sistema

El sistema estará conformado por las siguientes unidades:

Estructura de confluencia, medición

Laguna Anaerobia

Laguna Facultativa

3. Diseño Sistema de tratamiento

3.1 Canal de Rejas

Será un canal rectangular con las siguientes características :

Ancho = 0,30 m

Longitud = 5,0 m

Pendiente = 0,50%

Las rejas a ubicar en la entrada de la estación de bombeo serán de limpieza manual

con una inclinación de 45º las barras serán de dos pulgadas de espesor ; con

espacios entre ellas de 5,0 cm. Empleando la ecuación Kirscimer la perdida en la reja

es :

hf = K (a/b) Sen ( V2/2g)

donde :

K = Coeficiente

a = Separación entre barras

b = Ancho de la barra

= Angulo forma la barra con la horizontal

V = Velocidad del fluido aguas arriba



hf = 1,79 (0,05/0,0508) Sen 45º ( 0,302/2 x 9,81)

hf = 0.007 m

3.2 Estructura de Medición

Para la medición de caudales en aguas residuales, el medidor de mayor aceptación

por no acumular sólidos como sucede con los vertederos tradicionales es la Canaleta

Parshall. Se recomienda emplear un medidor con un ancho (W) de 6� que tiene una

capacidad mínima de medición de 1,54 l/s y una máxima de 110,4 l/s.

Ancho del canal de aproximación (D) : 0,403 m

Ancho del canal de salida (C) : 0,394 m

Se calcula la lamina de agua en la transición de entrada.

Q =0,381 Ha1,580

CAUDAL l/s LAMINA Ha 16 44

0.13 0.26

Base en este punto B2

B2 = 2 ((D - W)/3) + W

B2 = 2 ((0,403 - 0,152)/3) + 0,152

B2 = 0,319 m

La energía en este punto se calcula con la expresión

E = Ha + Va2/2g



CAUDAL l/s Va m/s ENERGIA m 16 44

0,38 0,53

0,14 0,27

3.3 Diseño Lagunas Anaerobias

Dimensionamiento

Como criterio de diseño se utilizó una carga volumétrica de 0.1 Kg./m3-día

(recomendada por Marais para tratamiento de aguas residuales domésticas), el

volumen de la laguna anaeróbica sin acumulación de lodos es:

V1 = (So x Q x 0.0864) / (Lv)

Donde:

V = volumen de la laguna en m3

So: concentración de DBO5 afluente = 257 mg/L

Q: caudal de diseño = 6.4 L/s

Lv: carga volumétrica = 0.1 Kg./m3-día


V1 = 1421 m3

El volumen para 5 años de acumulación de lodos es:

V2 = Población x 0.04 x 5 años

V2 = 2732 x 0.04 x 5 años

V2 = 546.4 m3

El volumen total requerido es:



Vt = V1 + V2

Vt = 1421 + 546.4 m3

Vt = 1967.4 m3

Dimensiones:

Longitud: 37 m

Ancho: 16 m





3.4 Estructuras de salida

Cada laguna contará con una estructura de salida ubicada en el centro de la misma,

esta tendrá una pantalla horizontal que sirve como retenedor de espumas y natas,

ademas de un vertedero movible para control del caudal.

Para el calculo de la cabeza del vertedero, se desprecian las perdidas por paso por

debajo de pantalla, dimensiones de la apertura 1,00 m x 0,50 m.

Q = 1,838 LH3/2 ; H = ( Q/1,838 L) 2/3

L = 1,00 m

Q = 0,02285 m3/s

H = 0,054 m

3.5 Lagunas facultativas

Para el diseño de la laguna facultativa se procede a adoptar una carga de trabajo

menor que la máxima permisible de 300 kg. DBO5/Has-día. El incremento de

amoníaco en el proceso anaeróbico puede ser del orden de un 20% y por razones de



seguridad en el diseño se adoptará una carga de trabajo del 75% de la carga máxima

permisible es decir 225 kg. DBO5/Has-día.


Donde:


DBO5 afluente = (142 kg./día x 0.65) 92.34 kg./día



As = 0.41 has.

Dimensiones:

Longitud: 111.0 m

Ancho: 37.0 m




En el plano 7. se presenta la localización general del sistema de tratamiento y en el

plano 8. la disposición de las unidades y detalles de los diferentes componentes del

proceso.



Capitulo IV

CANTIDADES DE OBRA Y PRESUPUESTO

1. ALCANTARILLADO En la tabla 13. se presenta el resumen de los cálculos de las cantidades de obra

correspondientes al conducto emisor a la Ptar, entre la cámara 11 y la descarga

provisional en el lote de la Hacienda San José de Nima; las correspondientes al

denominado colector sur, al efluente final de las lagunas hasta el sitio de disposición

en el canal de riego existente y el del by-pass de la laguna facultativa. En la tabla 14

se presentan los cantidades relativas al aliviadero y box de descarga del mismo al Río

Nima y los correspondientes a las cunetas. Además del presupuesto general del

drenaje pluvial, el emisor del alcantarillado y el sistema de tratamiento de las aguas

residuales de la Urbanización Río Nima.

TIPO DE OBRA VALOR PARCIAL Drenaje Pluvial urbanización Río Nima � Emisor Alcantarillado $ 108.580.329 Sistema de tratamiento de aguas residuales $ 348.398.181

PRECIO TOTAL $ 456.978.510



PLANO 7.



PLANO 8.



TABLA 13. Resumen de los cálculos de las cantidades de obra.



TABLA 14. Presupuesto general de las obras del sistema de Tratamiento de las aguas residuales de la Urbanización Río Nima.



ANEXOS

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