1. MODULO – “MANEJO INTEGRADO DEL AGUA”
SISTEMAS DE TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES CON LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN PARA ZONAS RURALES NUCLEADAS Y DISPERSAS
MOMENTO INDIVIDUAL
JULIO CESAR ROJAS LOZADA
CÓDIGO: 67201429033
MAYO 28 DE 2015
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONÓMICAS Y ADMINISTRATIVAS
MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
COHORTE XXIII
BOGOTA D.C. 2015
2. 2
1.- RESUMEN
Tengo entendido, que en Colombia no se ha elaborado una propuesta para el
tratamiento de Aguas residuales domesticas que incluyan lagunas de estabilización y
que tengan como objeto o alcance zonas rurales nucleadas y dispersas. Este ensayo o
documento presenta dos propuestas poblacionales, que incluyen lagunas de
estabilización como unidad principal de tratamiento; en ambas propuestas se diseña un
tratamiento primario consistente en un tanque séptico de dos compartimentos, una
cámara de sedimentación y una cámara de digestión, complementado con un filtro
anaerobio de flujo ascendente (FAFA); el efluente de la laguna de estabilización se
propone sea reutilizado para riego agrícola. Las propuesta difieren en el sistema de
recolección de las aguas residuales; para los centros nucleados el sistema sanitario
convencional y para la zona dispersa el alcantarillado sin arrastre de sólidos - ASAS.
2.- INTRODUCCION
Las políticas ambientales establecidas en las bases del Plan Nacional de Desarrollo
2014-2018 “Todos por un nuevo país” ha identificado en su componente de acceso al
agua potable y saneamiento básico la necesidad urgente de fortalecer las estrategias y
acciones para avanzar en la descontaminación de las fuentes receptoras de diferentes
puntos de vertimientos de aguas residuales domesticas en zonas rurales nucleadas y
dispersas, en lo que se ha identificado que la gran parte de degradación de los
recursos hídricos en el país se relaciona directamente con la débil gestión local en la
materia.
3. 3
Las lagunas de estabilización es uno de los métodos más sencillos para el tratamiento
de aguas residuales. Una gran ventaja es que se construyen con excavaciones poco
profundas utilizando como talud su propia tierra excavada, de tal manera que se pueden
construir de forma rectangular o cuadrada; no consumen ningún tipo de energía
contrario de métodos convencionales (lodos activados) usados en países desarrollados
lo que eleva el costo de su operación y mantenimiento.
Existen muchas tecnologías convencionales y no convencionales, lo que se trata es que
una vez las aguas residuales sean utilizada en lo doméstico pasen por un sistema de
tratamiento primario o secundario sin importar la tecnología y terminen en un sistema
final denominados lagunas de estabilización y desde aquí poder darle un reuso
apropiado que genere economía de escalas y ayuden a preservar el medio ambiente
con un entorno saludable.
El documento presenta una propuesta para el diseño de una planta de tratamiento de
aguas residuales que incluyan lagunas de estabilización, aplicable a zonas rurales
nucleadas y dispersas y cuyo efluente final es reusado en actividades productivas.
3.- OBJETIVOS
3.1. Objetivo general
Caracterizar los tratamientos de depuración adecuados para los diferentes tipos de
aguas residuales generados en nuestro país, considerando la normativa vigente e
integrando aspectos técnicos, sociales y económicos.
4. 4
3.2. Objetivos Específicos
Presentar una propuesta para sistemas de tratamiento de aguas residuales con
lagunas de estabilización para zonas rurales nucleadas y dispersas en nuestro
país.
Fortalecer el proceso educativo en el marco de la maestría en Desarrollo
Sostenible y Medio Ambiente - Cohorte XIII.
Realizar el aporte individual para consolidar un trabajo colaborativo aportes con
fundamento sobre tratamiento de aguas residuales.
4.- MARCO TEORICO Y DISCUSION
Las aguas residuales son las aguas y sólidos que por uno u otro medio se introducen en
las cloacas y son transportados mediante sistema de alcantarillado. En general, se
consideran aguas residuales domésticas “ARD”, los líquidos provenientes de las
vivienda o residencias, comercio e instituciones. También se acostumbra denominar
aguas negras a las aguas residuales provenientes de inodoros, es decir, aquellas que
transportan excrementos humanos y orina, ricas en sólidos suspendidos, nitrógeno y
coliformes fecales. Y aguas grises a las aguas residuales provenientes de tinas, duchas,
lavamanos y lavaderos, aportantes de DBO5, sólidos suspendidos, fósforo, grasas y
coliformes fecales, esto es, aguas residuales domésticas, excluyendo las de los
inodoros (Romero 2008).
5. 5
Las evaluaciones reportan que los centros urbanos en Colombia captan alrededor de
los 170 m³/seg de agua de los cuales se pierden entre 40% y 50 %, regresando al
ambiente en forma de aguas residuales entre un 70% a 80% de las aguas consumidas.
Se estima que en Colombia se descargan diariamente cerca de 700 toneladas de carga
orgánica del sector doméstico urbano a los cuerpos de agua. El inventario de sistemas
de tratamiento de aguas residuales del Ministerio del Medio Ambiente, reporta que sólo
22% de las cabeceras municipales del país hacen tratamiento de las aguas residuales y
muchas están funcionando deficientemente, o lo que es más crítico sin ser operadas.
Se reporta que los departamentos con mayor cobertura de plantas de tratamiento de
aguas residuales, PTAR (operando y/o en diseño) son Cundinamarca (38 PTAR),
Antioquia (26 PTAR), Cesar (14 PTAR), Valle del Cauca (14 PTAR) y Tolima (13 PTAR).
El caso crítico en el país se presenta en la cuenca del Magdalena-Cauca (25 % del área
territorial), con un 70% de la población y sólo 11 % de la oferta hídrica del país; estas
condiciones han contribuido a la desregulación del régimen hídrico y al deterioro de la
calidad de la cuenca. Aunque Colombia es uno de los países que se destaca por su alto
nivel sanitario, se continúan reportando elevados índices de enfermedades asociadas al
agua; estando éstas siempre entre los cinco primeros lugares de mortalidad y
morbilidad en niños (sólo en 1991 se reportaron 12.210 casos y 208 defunciones en 248
municipios por una epidemia de cólera). La disponibilidad natural de agua potable se
reduce cuando existen vertimientos aguas arriba de las captaciones de acueductos, por
esta causa en el país son muchos los centros poblados que consumen aguas de mala
calidad; que se agrava con la falta de un adecuado sistema de potabilización. Los
inventarios de agua potable y saneamiento reportan que aproximadamente 300
municipios no realizan desinfección de las aguas que se están consumiendo y 450 no
tienen planta de tratamiento.(Minambiente 2002).
Es necesario tener en cuenta que cada agua residual es única en sus características y
que, en lo posible, los parámetros de polución deben evaluarse en el laboratorio para
cada agua residual específica. En la tabla se presenta la composición de excrementos
6. 6
y orina de los humanos y en la tabla 2 las características de un agua residual
típica.(Romero 2008).
Tabla 1.Composición de excretas y orina
Fuente: Romero,2008
Tabla 2.Características del Agua Residual Domestica.
Fuente: Romero, 2008
La cantidad y concentración de las aguas residuales son función de su origen y de sus
componentes, por lo que las cargas equivalentes o contribuciones per-cápita por día
varían de una localidad a otra, para comunidades pequeñas las aguas residuales son
predominantemente domésticas y la cargas por persona equivalente se presenta en la
tabla 3.
Características Materia Fecal Orina
Cantidad ( húmeda) por persona por
día ( arial 11)
135 – 270 g 1 – 1,3 Kg
Cantidad (seca) por persona por día 35 – 70 g 50 – 70 g
Humedad, % 66 – 80 93 – 96
Materia Orgánica, % 88 – 97 65 – 85
Nitrogeno, % 5,0 – 7,0 15 – 19
Fósforo ( como P2O3), % 3,0 - 5,4 2,5 – 5,0
Potasio (como K2O),% 1,0 – 2,5 3,0 – 4,5
Carbón, % 44 – 55 11 – 17
Calcio ( como CaO), % 4,5 4,5 – 6,0
Parámetro Magnitud Unidad
DBO 200 mg/L
DQO 400 mg/L
Sólidos Suspendidos Totales 200 mg/L
Sólidos Suspendidos Volátiles 150 mg/L
Nitrógeno Amoniacal 30 mg/L
Ortofosfato 10 mg/L
7. 7
Tabla 3.Cargas promedio de las ARD en el área rural
Fuente: Romero, 2008
Romero (2008), considera que las fuentes receptoras son las afectadas directamente
por las aguas residuales cuando introducen características que modifican su uso normal.
(Ver tabla 4).
Tabla 4.Efectos indeseables de las Aguas Residuales Domesticas
Fuente: Romero, 2008
Parámetro Magnitud Unidad
Caudal 150 L/hab.día
DBO 30 – 35 g/hab.día
DQO 75 – 80 g/hab.día
Sólidos Suspendidos 25 – 30 g/hab.día
Nitrógeno 8 – 9 g/hab.día
Fósforo 3,5 - 4 g/hab.día
Coliformes Totales 108 NMP/100ml
Contaminantes Efecto
Materia Orgánica
biodegradable
Desoxigenación del agua, muerte de peces, olores
indeseables.
Materia Suspendida
Deposición en los lechos de los ríos; si es orgánica
se descompone y flota mediante el empuje de los
gases; cubre el fondo e interfiere con la producción
de los peces o trastorna la cadena alimenticia.
Sustancias corrosivas,
cianuros, metales, fenoles
Extinción de peces y vida acuática, destrucción de
bacterias, interrupción de la autopurificación.
Microorganismos
Patógenos
Las ARD pueden transportar organismos
patógenos, los residuos de curtiembre, ántrax.
Sustancia que causan
turbiedad, temperatura,
color, olor
El incremento de la temperatura afecta a los peces;
el color, olor y turbiedad hacen estéticamente
inaceptable el agua para uso público.
Sustancia o factores que
trastornan el equilibrio
biológico
Pueden causar crecimiento excesivos de hongos o
plantas acuáticas, las cuales alteran el ecosistema
acuático, causan olores, etc.
Constituyentes minerales.
Aumentan la dureza, limitan los usos industriales
sin tratamiento especial, incrementan el contenido
de sólidos disueltos a niveles perjudiciales para los
peces o la vegetación, contribuyen a la
eutrofización de agua.
8. 8
Los impactos ambientales generados por los principales contaminantes presentes en
las aguas residuales se describen en la tabla 5.
Tabla 5. Impactos Ambientales
Fuente: Romero, 2008
Una de las medidas que se puede adoptar para manejar la contaminación por aguas
residuales, es la construcción de plantas de tratamiento que en general están
compuestas de un tratamiento preliminar, primario y secundario. El tratamiento
Contaminantes
Parámetro típico
de medida
Impacto Ambiental
Materia Orgánica biodegradable DBO,DQO
Desoxigenación del agua,
generación de olores
indeseables.
Materia Suspendida SST ,SSV
Causa turbiedad en el
agua, deposita lodos.
Patógenos CF
Hace el agua insegura
para consumo y
recreación.
Amoniaco NH4+ - N
Desoxigena el agua, es
tóxica para organismos
acuáticos y pueden
estimular el crecimiento de
algas.
Fósforo Ortofosfatos
Puede estimular el
crecimiento de algas.
Materiales Tóxico
Como cada
material tóxico
especifico
Peligroso para la vida
vegetal y animal
Sales inorgánicas. SDT
Limita los usos agrícolas e
industriales y animal.
Energía térmica Temperatura
Reduce la concentración
de saturación de oxigeno
en el agua, acelera el
crecimiento de
organismos acuáticos.
Iones hidrogeno PH
Riesgo potencial para
organismos acuáticos
9. 9
preliminar está destinado a preparar las aguas residuales para que puedan recibir un
tratamiento posterior como primario y secundario de tal manera que no obstruya las
tuberías de conducción con la presencia de sólidos flotantes y evita la fluctuación del
caudal. Las unidades más comunes son: Rejas, desmenuzadores, desengrasadores,
tanques de compensación, desarenadores. (RAS.2000)
Las rejas son dispositivos constituidos por barras metálicas paralelas e igualmente
espaciadas, la más utilizada es la reja sencilla de limpieza manual, con espaciamiento
libre de 20 hasta 40 mm. El área de la superficie sumergida debe ser tal que la
velocidad de la corriente a través de ella no supere 1.00 m/s. Las rejillas deben
colocarse aguas arriba del desarenador susceptible de obstruirse por el material grueso
que trae el agua residual sin tratar. El canal de aproximación a la rejilla debe ser
diseñado para prevenir la acumulación de arena u otro material pesado aguas arriba de
está. Además, debe tener preferiblemente una dirección perpendicular a las barras de
la rejilla. El sitio en que se encuentren las rejillas debe ser provisto con escaleras de
acceso, iluminación y ventilación adecuada. (RAS. 2000)
El objetivo de los desarenadores es la reducción de formación de depósitos pesados en
los canales y el sistema, como también la reducción en la frecuencia de limpieza de la
arena acumulada en tanques de sedimentación y digestores de lodos, así como la
minimización de pérdidas de volumen en los tanques de tratamiento biológico. La
velocidad de diseño oscila entre 0.2 y 0.4 m/s.(RAS. 2000)
La trampa de grasas, es una estructura que hace parte por lo general en el tratamiento
preliminar, la cual consiste en un pequeño tanque provista de una entrada sumergida y
de una tubería de salida que parte cerca del fondo, tienen por objeto interceptar las
grasas y jabones presentes en las aguas negras provenientes de cocinas, lavaderos
para evitar que atraviesen el tanque séptico junto con el efluente hacia el sistema de
tratamiento y obstruyan o impermeabilice los poros del medio filtrante e interfieran en la
composición biológica disminuyendo la eficiencia del sistema.(RAS. 2000)
El tratamiento primario, es donde se remueve una porción de los sólidos suspendidos y
de la materia orgánica del agua residual. Esta remoción normalmente es realizada por
10. 10
operaciones físicas como la sedimentación. El efluente del tratamiento primario
usualmente contiene alto contenido de materia orgánica y una relativamente alta de
DBO. (RAS.2000).
El tanque séptico es un sistema individual de disposición de aguas residuales para una
vivienda o conjunto de viviendas; combina la sedimentación y la digestión. Los sólidos
sedimentados acumulados se remueven periódicamente y se descargan normalmente
en una instalación de tratamiento (RAS. 2000).
Una laguna es un reactor diseñado y construido mediante excavación del suelo y
construcción de diques para formar vasos capaces de retener el agua residual un
período determinado de tiempo para obtener un efluente de una calidad dada (Cubillos,
2001). Las lagunas de estabilización, pueden disponerse en diferentes configuraciones,
de acuerdo al área aprovechable, los objetivos esperados en cuanto a la calidad del
efluente, la topografía, el volumen del afluente, el clima, entre otros (Valencia y Olaya,
1998). De manera que el efluente satisfaga las exigencias de la agencia responsable
del control de la calidad de agua o del control de la polución (Cubillos, 2001). Las
lagunas de estabilización son estructuras simples en donde se lleva a cabo un proceso
biológico para la degradación de materia orgánica (lagunas anaerobias y facultativas),
disminución de coliformes fecales (lagunas facultativas y de maduración) y remoción de
huevos de helminto (lagunas anaerobias y facultativas) (Escalante, 2000).
Una laguna de estabilización es una estructura simple para embalsar aguas residuales
con el objeto de mejorar sus características sanitarias. Las lagunas de estabilización se
construyen de poca profundidad (2 a 4 m) y con períodos de retención relativamente
grandes (por lo general de varios días). Cuando las aguas residuales son descargadas
en lagunas de estabilización se realiza en las mismas, en forma espontánea, un
proceso conocido como autodepuración o estabilización natural, en el que ocurren
fenómenos de tipo físico, químico, bioquímico y biológico. Este proceso se lleva a cabo
en casi todas las aguas estancadas con alto contenido de materia orgánica putrescible
o biodegradable (Moscoso, 1991).
11. 11
Los parámetros más utilizados para evaluar el comportamiento de las lagunas de
estabilización de aguas residuales y la calidad de sus efluentes son la demanda
bioquímica de oxígeno (DBO5), que caracteriza la carga orgánica; y el número más
probable de coliformes fecales (NMP CF/100ml), que caracteriza la contaminación
microbiológica. También tienen importancia los sólidos totales sedimentables, en
suspensión y disueltos. Generalmente, cuando la carga orgánica aplicada a las lagunas
es baja (<300 Kg de DBO/ha/día), y la temperatura ambiente varía entre 15° y 30°
estrato superior de la laguna suelen desarrollarse poblaciones de algas microscópicas
(clorelas, euglenas, etc) que, en presencia de la luz solar, producen grandes cantidades
de oxígeno, haciendo que haya una alta concentración de oxígeno disuelto, que en
muchos casos llega a valores de sobresaturación. La parte inferior de estas lagunas
suele estar en condiciones anaerobias. Estas lagunas con cargas orgánicas bajas
reciben el nombre de facultativas.(Romero,2005).
Cuando la carga orgánica es muy grande, la DBO5 excede la producción de oxígeno de
las algas y la laguna se torna totalmente anaerobia. Conviene que las lagunas de
estabilización trabajen bajo condiciones definidamente facultativas o definidamente
anaeróbicas ya que el oxígeno es un tóxico para las bacterias anaerobias que realizan
el proceso de degradación de la materia orgánica; y la falta de oxígeno hace que
desaparezcan las bacterias aerobias que realizan este proceso. (Peña, 2003).
Por consiguiente, es recomendado diseñar las lagunas facultativas (a 20°C) para
cargas orgánicas menores de 300 Kg DBO/ha/día y las lagunas anaerobias para cargas
orgánicas mayores de 1000 Kg DBO/ha/día. Cuando la carga orgánica aplicada se
encuentra entre los dos límites antes mencionados se pueden presentar problemas con
malos olores y la presencia de bacterias formadoras de sulfuros. El límite de carga para
las lagunas facultativas aumenta con la temperatura. (Romero, 2005).
Las aguas residuales deben ser introducidas en la laguna debajo de la superficie a una
cierta distancia de su borde. Es aconsejable que sean previstas de dos ó más entradas
a través de tuberías y la salida sea instalada lo más distante posible de la más próxima
entrada. La salida de las lagunas debe estar ubicada en sentido contrario a la dirección
de los vientos dominantes y así facilitar la disminución de materiales flotantes hacia el
12. 12
cuerpo receptor. Las corrientes de agua inducidas por los vientos son más propensas a
la formación de cortocircuitos de lo que propiamente son las posiciones relativas de
entrada y salida. Lagunas con formas irregulares, también contribuyen para la
formación de cortocircuitos (Mendonça, 1999).
El efluente puede ser controlado y diseñado específicamente para el reuso en
actividades como acuicultura y agricultura (riego). Es necesario conocer las
características del efluente requerido para el uso específico determinado, con el fin de
controlar las variables que afecten (Valencia, 2010).
Actualmente se tienen construidas lagunas de estabilización en Estados Unidos, México,
Centroamérica, el Caribe, Sudamérica (Brasil, Argentina, Perú, Chile, Bolivia, Colombia
y Venezuela), en Europa, Australia, Tailandia y África principalmente para pequeñas
poblaciones (200 – 50.000 habitantes). En México se encuentran construidas 497
lagunas de estabilización que representan el 54% de las plantas de tratamiento
construidas en el país. Los problemas más comunes encontrados por el IMTA durante
la evaluación y visitas a lagunas de estabilización ubicadas en diferentes regiones de
México fueron: Criterios obsoletos, estructuras de entrada y salida que generan zonas
muertas y cortocircuito, capacidad de tratamiento rebasada, falta de operación y
mantenimiento entre otros (Escalante, 2000).
En Colombia las lagunas de estabilización, es común encontrarlas como sistemas de
tratamiento de aguas residuales y producto de diferentes actividades. En la Sabana de
Bogotá, en el municipio de Chía se ha construido una laguna anaerobia seguida de una
facultativa con resultados de remoción de CF del 64% en la laguna anaeróbica, 90% en
la facultativa para una remoción total del sistema del 97%. En Valledupar en dos (2)
lagunas facultativas de 8.4 Ha. y 9.35 Ha. respectivamente, se han encontrado
remociones de CF promedio de 89% y 91% en cada laguna para un total del 99% del
sistema, 12 y 31% para SS, total del sistema 39% y DBO 73 y 4% respectivamente para
un total del sistema de 74% (Romero, 2005).
En el Valle del Cauca las aguas residuales domesticas de los municipio de Ginebra,
Guacarí, Toro, Roldanillo y Villacarmelo son tratadas en sistemas compuestos por
13. 13
lagunas anaerobias y facultativas; las de papeleras Cartón Colombia y Propal, por
lagunas de estabilización que incluyen lagunas aireadas; la mayoría de los ingenios
azucareros tratan las aguas residuales de las plantas productoras de azúcar en lagunas
de estabilización que en algunos casos incluyen lagunas aireadas. Los efluentes de los
sistemas de lagunas para aguas residuales domesticas y los de los ingenios azucareros
son reutilizadas en riego de caña de azúcar (Valencia, 2000).
14. 14
5.- CONCLUSIONES
Con tratamiento primario como unidad principal el pozo séptico mas una unidad de
lecho bacteriano de flujo ascendente se busca una remoción del 80% en DBO y del
90% en Sólidos Suspendidos –SS- para que cumpla con las condiciones ambientales
necesarias para poder verter a la una fuente de agua; con la laguna facultativa se
logra una eficiencia de la remoción del 75%, reduciendo a la mínima concentración
de DBO y SST; además, de una reducción considerable de microorganismos.
Las áreas de la laguna facultativa en el diseño alcanza tales tamaños, se puede
utilizar como reservorio en condiciones ambientales para superar las crisis en
tiempos de verano y sequia.
Para que estos sistemas sean funcionales se deben construir y operar con las
recomendaciones de diseño, por ejemplo el correcto manejo de material sobrantes,
manejo y secado de lodos y mantenimiento de los pozos sépticos y lechos
bacterianos.
Para justificar este proceso se deberá tener en cuenta las realidades colombianas y
las características y condiciones físicas, sociales, culturales, económicas,
ambientales e institucionales de las diferentes regiones del país y de los estratos
socioeconómicos, así como las características específicas de la localidad y la
comunidad a servir.
Se recomienda que estos tipos de sistemas cuenten con un manual de operación,
diseñado para que los habitantes de la zona en su grado de escolaridad pueden
interpretarlos y aplicarlo a través de la capacitación continua.
Para estas zonas la autosostenibilidad de los sistemas depende de la buena
organización por parte de la comunidad; como usuarios constitucionalmente y
legalmente están autorizados para conformar microempresas comunitarias y a través
de una cuota familiar mensual captar recursos para la administración y operación del
sistema.
15. 15
6.- BIBLIOGRAFIA.
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CIDIAT - Universidad de Los Andes - Mérida – Venezuela.
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PEÑA, Miguel. Lagunas de estabilización para el tratamiento de aguas residuales
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16. 16
ROMERO,Jairo. Lagunas de estabilización de aguas residuales. [Online], Bogotá, 2005.
Publicado marzo de 2005.
http://www.lalibreriadelau.com/catalog/product_info.php/products_id/614.
