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Plan de mejoramiento de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) del corregimiento de Chambimbal-San Antonio municipio de Guadalajara de Buga. Improvement pla of the wastewater treatment plant (WWTP) of the corregimiento of Chambimbal-San Antonio, municipality of Guadalajara de Buga. Estudiantes: Luis David Rodriguez Correa; Ketty Juliana Llanos Jaramillo Docente: Edwin Andres Mancilla Rico Resumen La planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) presenta una problemática de carácter social, referente a la afectación que se está generando a raíz de los fuertes olores emitidos. En términos ambientales, se trata de la deficiente calidad del agua tratada que se vierte directamente a la quebrada de presidente ya que la carga contaminante es demasiado alta. Por ello, se propone dar solución, social como ambiental, partiendo de una mejora y rediseño a la PTAR existente. Esta propuesta de mejoramiento pretende avanzar en la búsqueda de posibles soluciones ingenieriles a las diferentes fallas que presenta la PTAR, teniendo como objetivo dar una viable respuesta que abarque las diferentes problemáticas. La PTAR de San Antonio- Corregimiento de Chambimbal, desde su construcción en el año 2005, fue diseñada de manera simple (desarenador, rejillas, cámara de distribución de caudales, tanque séptico convencional, segundo tanque séptico, filtro anaeróbico de flujo ascendente, lechos de secado. Cabe resaltar que esta planta no cuenta con trampa de grasa, según su diseño esta tiene una proyección para menos de 2500 habitantes. En la fecha actual, la PTAR, se encuentra sobre su límite de capacidad e incluso adecuando un tubo que está vertiendo a la quebrada como medida de desahogo de esta, debido al gran crecimiento que tuvo la comunidad en los últimos años. La planta, al estar tan saturada, está vertiendo con una carga contaminante excesivamente alta a la quebrada aledaña, generando desde contaminación ambiental en la cuenca, hasta afectaciones directas a la calidad de vida de las personas cercanas del lugar por los olores fuertes que provienen de esta. La comunidad ha venido presentando múltiples quejas sobre los excesivos olores provenientes de la PTAR, así como también, afectaciones ambientales aguas abajo a las especies nativas del lugar. Razón por la cual esta investigación tiene como objetivo “proponer un plan de mejoramiento a la PTAR del corregimiento de Chambimbal”, que específicamente es; realizar diagnostico situacional de la PTAR, analizar y evaluar las características de la PTAR al igual que sus procesos, adicionalmente un rediseño de la PTAR. Palabras Clave: PTAR, plan de mejoramiento y problemática ambiental. Abstract The wastewater treatment plant (PTAR) presents a problem of a social nature, referring to the affectation that is being generated as a result of the strong odors emitted. In environmental terms, it is about the deficient quality of the treated water that is discharged directly into the presidente stream, since the polluting load is too high. Therefore, it is proposed to provide a solution, both social and environmental, based on an improvement and redesign of the existing PTAR. This improvement proposal aims to advance in the search for possible engineering solutions to the different failures that the PTAR presents, with the objective of giving a viable response that covers the different problems. The San Antonio- Corregimiento de Chambimbal PTAR, since its construction in 2005, has been designed in a simple manner (sand trap, grids, flow distribution chamber, conventional septic tank, second septic tank, upflow anaerobic filter, beds of drying. It should be noted that this plant does not have a grease trap, according to its design it has a projection for less than 2500 inhabitants. Currently, the PTAR is over its capacity limit and is even adapting a pipe that is pouring to the ravine as a measure of relief from it, this due to the great growth that the community had in recent years. The plant, being so saturated, is discharging an excessively high polluting load into the nearby stream, generating everything from environmental contamination in the basin to direct effects on the quality of life of the people near the place due to the strong odors that come from this. The community has been presenting multiple complaints about the excessive odors coming from the PTAR, as well as environmental impacts downstream to the native species of the place. Reason for which this investigation has as objective "to propose an improvement plan to the PTAR of the Chambimbal corregimiento", which specifically is; carry out situational diagnosis of the WWTP, analyze and evaluate the characteristics of the PTAR as well as its processes, additionally a redesign of the PTAR. Keywords: PTAR, improvement plan and environmental problems. 1. Introducción El plan de mejoramiento de la PTAR es una gestión ambiental e ingenieril específica, que establece las condiciones ambientales de los procesos y operaciones involucrados para el tratamiento de descontaminación del agua. De acuerdo con Miranda et al., (2016), afirman que el enfoque sistémico, de entradas, salidas, impacto ambiental potencial y el análisis del ciclo de vida de la PTAR puede ayudar a tomar decisiones, para el desempeño ambiental de la misma. Conforme con el estudio realizado por Pham et al., (2021), su objetivo general se basó en cuantificar la mitigación potencial de los impactos ambientales de la operación y construcción de PTAR a partir de la implementación de recomendaciones específicas de diseño. Así mismo se realizó el estudio para planta de tratamientos de menores dimensiones que sirven para poblaciones de crecimiento lento o en decrecimiento, utilizando la metodología de evaluación del ciclo de vida para evaluar y comparar el inventario, y los impactos ambientales de nueve estudios de casos de plantas de tratamiento de aguas residuales pequeñas en (Nebraska, Kansas, Iowa, Montana de EE. UU). Por otra parte, la calidad de los afluentes y efluentes de las PTAR’S municipales de China juega un papel importante en la selección de las tecnologías de tratamiento apropiadas e influye en la ecología de los cuerpos de agua receptores. La calidad de las fuentes de agua recuperada para la reutilización del agua también se puede determinar con base en el efluente de aguas residuales y efluentes tratados, como se hace un control sobre los caudales iniciales y los finales, después de tener un tratamiento previo (Sol., et al 2016). Del mismo modo se plantea una propuesta para el tratamiento de la PTAR en la localidad de Pallanchacra de la provincia Pasco, con la finalidad de disminuir la contaminación de los ríos aledaños al lugar (Ortega 2018). Por otro lado, Bustos, (2015), busca identificar las características sociales, económicas, ambientales de la comunidad y evaluar la sostenibilidad técnica, de la PTAR teniendo como guía los criterios e indicadores para la evaluación de la sostenibilidad de un sistema de saneamiento propuesto como alternativa frente a la existente. Aunque el objetivo de Chirinos y Ubaldo, (2020) es conocer los resultados de la evaluación de la PTAR del caserío de Huaripampa. para así lograr dar una propuesta de mejora para un óptimo funcionamiento. Partiendo de lo anterior, la PTAR de la localidad Jivia en Perú, el cual cuenta con un sistema existente fácil de operar y de bajo costo, sin embargo, el tratamiento del tanque séptico y filtro percolador, no puede alcanzar por sí solo los estándares de calidad que exige la ley general ambiental del Perú el efluente de la planta (Blas 2018). Por lo tanto, Najafzadeh y Zeinolabedini, (2019), dando solución a los anterior busca establecer un sistema adecuado que sea capaz deeliminar el exceso de impurezas o contaminantes que se encuentran en el afluente al nivel deseado de los niveles mínimos requeridos de vertimiento. Para esto, Se ejecutó un análisis situacional de la PTAR y sus componentes, se partió de la determinación de la capacidad del caudal que soportan las instalaciones actuales para determinar las necesidades de la planta (Guerrero 2014), del mismo modo Manotupa y Muriel (2018) tiene como objetivo principal la identificación y análisis de los problemas frecuentes que afectan a la PTAR en el Perú, el cual desarrollo de una guía para controlar los riesgos y variabilidad en la fase de diseño. De acuerdo con el análisis del funcionamiento de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas (PTARD) ubicadas en los 42 municipios del departamento del Cauca, realizado por Molina (2021) la primera fase tuvo como finalidad el análisis del estado funcional de las PTAR de los municipios del departamento del Cauca, la segunda fase consistió en la comparación de los resultados obtenidos en las visitas a las PTAR en los años 2019-2020 con la resolución 061 del año 2015 analizando la eficiencia de remoción de las cargas contaminantes, por último, la tercera fase consistió en propuestas para el correcto funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales . Sin embargo, Escobar, (2022) identificó que las PTAR en Corinto Cauca, poseen tratamientos primarios y secundarios no están funcionando adecuadamente de tal manera no consiguen reducir el impacto ambiental generado según lo proyectado, vulnerando la salud humana y favoreciendo la contaminación de fuentes hídricas. Sin embargo, en los últimos años, el aumento de la demanda de viviendas y la expansión de las áreas urbanas de Cota Cundinamarca han contribuido al aumento de la contaminación de los cuerpos de agua por aguas residuales. Esto sucede porque estas aguas son vertidas directamente a los ecosistemas acuáticos sin haber sido bien tratadas previamente (Bejarano y Vargas, 2021), a su vez se tiene que, el crecimiento de la población, no se pudo prever con un factor de estimación preciso ya que antes de cumplir su proyección fallo. Respecto a los caudales afluentes, las características del agua residual y la carga orgánica diaria saturo la planta desde su elevado ingreso. Se analiza la tecnología de la planta existente en el Bolsón en Argentina y se recomienda medidas que puedan optimizar la saturación en las horas de máxima demanda, al igual que una medida que abarque la población y pueda prolongar su vida útil (Martín, 2012). De igual manera, Ospina y Giraldo, (2022) exponen que la PTAR del municipio de Chía Cundinamarca, fue construida en 1989 con el fin de atender el tratamiento de aguas negras para suplir el caudal de dicho momento, incorporando un procedimiento que permitiera la reducción de la contaminación. Con el pasar de los años este tratamiento se tornó convencional y poco eficaz, dada su menor capacidad de tratamiento versus el crecimiento poblacional y urbanístico del municipio. También, Se encontraron deficiencias en el tratamiento primario en el municipio de Tocancipá Cundinamarca, con respecto a los procesos técnicos-operativos, de funciones específicas en mantenimiento como la limpieza de rejillas, y desarenadores (Losada y Rivera, 2017). De acuerdo con Flores, (2019) se espera determinar los criterios de evaluación de los controles de calidad de la PTAR de Chupaca en Perú, que abarca; el mejoramiento, la ampliación del sistema de tratamiento de aguas residuales de la localidad y optimización en sus procesos. Agregando a lo anterior, el mal funcionamiento de los procesos puede generar un tremendo impacto negativo en la sustentabilidad y el bienestar de las comunidades adyacentes. Las fallas de los subsistemas de equipos y procesos se encuentran entre las principales causas del mal funcionamiento. Esto genera un efecto escalado, donde una anomalía que se presente en el funcionamiento empieza a generar deficiencias en las diferentes etapas que tiene la PTAR (Al Douri et al., 2020). En ese mismo contexto, Olyaei et al., (2018), habla de las principales causas del mal funcionamiento de la PTAR de New york la cual presenta aumento en la tasa de flujo del efluente a la planta que sería la (falla operativa) y el reboce de las aguas residuales, producen mal funcionamiento de las operaciones de la unidad en la parte estructural (falla estructural). Por otro lado, es pertinente analizar el estado actual de la PTAR del municipio de el colegio en Cundinamarca, identificando las posibles fallas o deficiencias en los procesos que esta lleva a cabo, con la finalidad de proponer un mejoramiento de la infraestructura y de los procesos, para ello se realizó la recolección de la información pertinente para entender el modo de operación, el tipo de tratamiento efectuado y demás especificaciones relevantes de la PTAR (Sánchez, 2019). Adicionalmente (Cabrera et al., 2015) habla de la ampliación de la capacidad de la PTAR de Santa clara en Cuba la cual logra un tratamiento que permite que el efluente cumpla con las normas establecidas para su vertimiento y por tanto se eviten daños al medio ambiente y el pago de multas por estos conceptos. En esa misma línea, se resume la normatividad colombiana y los requerimientos que esta exige para el diseño y desarrollo de la PTAR de Timana Huila, cumpliendo con las medidas correctivas que se requieran para su buen funcionamiento (Melo y Orjuela 2016). De acuerdo con, Duque (2021), es necesario tener claridad en normas ambientales, así mismo la normativa colombiana considera desde distintas leyes, decretos y resoluciones, la prioridad de la gestión ambiental del agua y el manejo de vertimientos, se ha identificado una actuación pasiva de los distintos actores institucionales para hacer frente a la situación a través de los instrumentos de planificación en materia ambiental que permitan una solución efectiva a la dificultad existente en la PTAR. Manejo de vertimientos de aguas servidas de un centro poblado (Sanabria y Aguilar, 2018). Se hace presente el marco legal y normativo, del cual se guía para establecer los parámetros y valores que presenta el vertimiento a un cuerpo de agua receptor: - Decreto 1076 de 2015. (Deroga decreto 1584 que insistía para controlar la carga contaminante que se vierte a un cuerpo recetor), Pautas de que se requiere para tramitar el permiso (Galindo Herrera, 2022). - Resolución 631 de 2015 del ministerio de ambiente y desarrollo sostenible, valores y limites mínimos permisibles del agua tratada en una PTAR (Mads, M. 2015). - Resolución 660 de 2017, Reglamento de agua potable o saneamiento (RAS), que establece los parámetros mínimos que se deben de contemplar con los cuales se debe diseñar una planta de tratamiento de agua residuales u sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas. Una de las problemáticas que actualmente sufre el municipio de Corinto Cauca, son las inadecuadas condiciones de salubridad de la población ya que son probables enfermedades gastrointestinales e infecciosas, creando problemas ambientales ocasionados por el deficiente e inapropiado sistema de tratamiento de aguas residuales del municipio, por lo que es necesario e importante realizar las soluciones a estos problemas. Por lo que se hace una investigación que evalúa cómo influyen los parámetros físicos, químicos y biológicos en la calidad de aguas residuales y plantear mediante una propuesta técnica de una PTAR con la finalidad de reducir la contaminación causada por efecto de las descargas de las aguas residuales, que son vertidos directamente al cuerpo receptor (Arocutipa, 2013). De esta manera, Topalic et al., (2021), presenta el modelo para la cuantificación de riesgos para los procesos de planificación y diseño de PTAR en Belgrado Serbia en el que los riesgosse dividen en 7 categorías: riesgos legales, financieros, logísticos, de protección ambiental, de gestión y de diseño. De modo similar, el estudio de Oruç y Yaila, (2023), diseñaron un sistema de tratamiento de placa corrugada utilizando el método de tratamiento gravitacional como método de tratamiento de aguas residuales en EE. UU. Adicionalmente para el sistema de aguas residuales, se explora el enfoque para la determinación de la alta carga contaminante (hu et al., 2011) de esa manera sea más eficiente al momento de entrar en el tanque séptico y su respectivo filtro anaeróbico de flujo ascendente, esto para prevenir la generalización de fallas en los procesos que presente la planta. Es importante mejorar la eficiencia del tratamiento de aguas residuales para proteger el entorno ecológico urbano (Wang et al., 2023). Por ello, Existe una gran necesidad de reconstruir la infraestructura existente con métodos estratégicos y eficientes (Khalef et al., 2023). Wazer et al., (2021) se realizó un análisis paramétrico para estudiar el efecto de varios parámetros para una amplia gama de consideraciones de diseño para las actividades de operación y mantenimiento se encontró deficiencia en el seguimiento del proceso, de igual manera, se encontraron actividades que se realizan con frecuencias que no garantizan un funcionamiento adecuado de la PTAR de Arabia Saudí y en algunas ocasiones insuficiente capacitación del operador. A partir de los puntos críticos identificados y de información recopilada sobre experiencias internacionales y los criterios de diseño recomendados en la literatura, se propusieron estrategias de optimización tendientes a solucionar, de una manera práctica y sencilla las limitaciones encontradas en las plantas de tratamiento de aguas residuales en los municipios del Valle del Cauca (Suárez, 2010). Para el sistema de aguas residuales, se investiga el enfoque para la determinación de la alta carga contaminante de esa manera sea más eficiente al entrar en el tanque séptico y su respectivo filtro anaeróbico de flujo ascendente, esto para prevenir la generalización de fallas en los procesos que presente la planta (hu et al., 2011). Conforme con Higuera y Puentes, (2018) Las PTAR, son de gran importancia para disminuir el impacto de las aguas residuales contaminadas vertidas a fuentes de agua naturales, por tal razón gran parte de los municipios del país deberían contar con una. En caso de un vertimiento que no tenga los estándares sanitarios mínimos requeridos para depositar nuevamente al afluente va a implicar una mayor contaminación de residuos. También, se planteó con el objetivo de disminuir los contaminantes de las aguas que son vertidas a la quebrada los Micos en Tena Cundinamarca para disminuir la alta contaminación que se presenta. Sin embargo, las crecientes demandas añadidas al sistema y los insuficientes recursos económicos dificultan el mantenimiento y conservación de la infraestructura, generando discontinuidad y mala calidad en los servicios prestados en el tiempo en la PTAR de un municipio al sureste de México (Ronces, 2018). En el presente estudio en El Bolsón se definen los parámetros para el próximo período, con una ampliación del sistema existente (Martín, 2012). Por otra parte, un diagnóstico de la PTAR en Tunja Boyacá para la cual, inicialmente se recopiló la información necesaria para entender el modo de operación de la y las especificaciones de cada una de las estructuras; posterior a esto, se realizó la verificación de cumplimiento de los parámetros de diseño dados por diferentes autores para cada una de las estructuras de la PTAR y finalmente, se determinó la posibilidad de actualización de la planta física por medio de la implementación de una tecnología alternativa viable. De esta manera, en el diagnóstico realizado se encontró que la PTAR no se encuentra en óptimas condiciones para tratar el caudal total del presente año y no necesariamente por que se encuentre en mal estado; por el contrario, todas las estructuras están en buenas condiciones funcionales y estructurales, sin embargo, cada módulo tiene una capacidad menor a la demandada actualmente (Pineda, 2017). Agregando a lo anterior, Poveda, (2016), en el municipio de La Calera en Cundinamarca, realizo el diagnostico el cual determino que la principal falla por la cual la planta no cumple con la legislación ambiental es la sobrecarga del caudal tratado, respuesta al aumento en la población que abastece la planta. Sin embargo, el modelado propuesto en Valencia España actúa como una herramienta eficaz para que los administradores de la PTAR identifiquen tanto la tendencia del costo de mantenimiento como la del dimensionamiento para mejorar la eficiencia del proceso de tratamiento (Hernández et al., 2021). La propuesta de mejora en la PTAR de San José analizada se enfocó a resolver la problemática del deficiente tratamiento del agua residual con un rediseño propuesto por (Gutierrez, 2019). También es importante, evaluar alternativas de modernización en la planta de tratamiento de aguas residuales del Norte de Europa (Monje et al., (2022). Del mismo modo, Gasafi y Weil, (2011), dice que las alternativas restantes se pueden analizar con más detalle en el proceso de diseño posterior, lo que aumenta la eficiencia del diseño. Por otro lado, se espera que el consumo aumente en un 60% durante la próxima década debido a la descarga final de aguas residuales a las vías fluviales. Las plantas de tratamiento dependen de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que consume mucho tiempo y no es confiable, para evaluar la calidad final del efluente, lo que genera ineficiencias en el proceso (Carstea et al., 2018). Así mismo, La actividad biológica y la sedimentación de los lodos activados son fundamentales para el funcionamiento de los sistemas de lodos activados en el tratamiento de aguas residuales (Hang et al., 2020). De acuerdo con Romero (2004), quien describe de manera clara y detallada el proceso constructivo con sus respectivos cálculos para el diseño de la estructura. Esta propuesta de mejoramiento pretende avanzar en la búsqueda de posibles soluciones ingenieriles a las diferentes fallas que presenta la PTAR, teniendo como objetivo dar una viable respuesta que abarque las diferentes problemáticas en tema ambiental, sanitaria y social. Es pertinente precisar que la ocurrencia de la problemática de la PTAR es en base al exponente crecimiento poblacional que se tuvo en la estimación de la proyección, lo que conlleva a su límite en menos del tiempo establecido, esto se ve reflejado en el reboce de aguas residuales, fuertes olores y afectaciones directas a las comunidades aledañas. La planta se encuentra demandada y también bajo sanciones ambientales, por lo que se le requirió al municipio dar una solución. Este estudio presenta un enfoque de diseño conceptual sistémico para una planta de tratamiento de aguas residuales PTAR que combina un proceso matemático, una evaluación sistemática de diferentes rediseños alternativos frente a un conjunto de criterios y el análisis y evaluación de los procesos del diseño existente (Vidal et al., 2002). Para la siguiente metodología, es necesario precisar la utilización del programa de Office Excel®, como herramienta que permitió la Re-proyección de la población, dando las nuevas dimensiones, para establecer la base del diseño. Para este rediseño, se emplea la utilización del programa AutoCAD® Como herramienta que permita una ilustración más clara de sus dimensiones. Por lo anteriormente mencionado en todo el transcurso de la introducción, este trabajo busca dar solución a la problemática presente con objetivo general de proponer un diseño de mejoramiento a la Planta de tratamiento de agua residual (PTAR) corregimiento de Chambimbal. Sin embargo, las crecientes demandas añadidas al sistema y losinsuficientes recursos económicos dificultan el mantenimiento y conservación de la infraestructura, generando discontinuidad y mala calidad en los servicios prestados, por lo que era necesario tener más recursos económicos que permitieran brindar un servicio digno (Ronces, 2018) 2. Materiales y métodos El plan de mejoramiento busca dar solución o alternativa que abarque las diferentes fallas o puntos críticos que presenta la PTAR de Chambimbal San Antonio, para el desarrollo de la metodología fue considerado una serie de pautas en cada uno de los apartados específicos del trabajo de investigación, detallando su consistencia de la siguiente manera: i. Realizar diagnostico situacional de la PTAR. Se realizó el diagnostico situacional, mediante la toma de datos en la visita de campo, con base en la observación directa, evidenciando los procesos que realiza una PTAR, y estableciendo sus tratamientos: • Tratamiento preliminar: esta es la etapa inicial del proceso de tratamiento y su objetivo principal es eliminar los sólidos más grandes y fáciles de separar y las sustancias no deseadas presentes en las aguas residuales. Esta etapa antecede al proceso de tratamiento primario y secundario, cuyo proceso interno consiste en rejillas, el agua residual ingresa a la planta y pasa a través de una serie de rejillas que contienen dobles barras o rejillas finas. Estas rejas retienen sólidos grandes como palos, plástico, trapos y otros objetos que pueden obstruir las bombas y los equipos aguas abajo. Estos sólidos residuales son removidos y enviados para su disposición adecuada. Eliminación de arenas; después de pasar por la reja, el agua residual pasa a través de la rejilla donde se depositan arenas, gravas y partículas pesadas. De lo anterior, es importante aclarar que no se contempló la construcción de un desarenador pese a que las redes de alcantarillado no cuentan con un sumidero de aguas lluvias. Trampa de grasa; el agua residual luego se dirige a una cámara de desengrase donde se remueven los aceites, grasas y materiales flotantes. Se utilizan diferentes dispositivos, como separadores de grasa para recolectar y eliminar estos materiales flotantes. Con base a lo último, no se construyó trampa de grasa. El tratamiento preliminar es fundamental porque protege los equipos posteriores de la planta de tratamiento de aguas residuales de posibles daños causados por objetos grandes y sólidos, mejora la eficiencia de los procesos de tratamiento y ayuda a mantener un funcionamiento estable del sistema en general. • Tratamiento primario: Es la etapa posterior al tratamiento preliminar cuyo principal objetivo es eliminar los sólidos en suspensión y los orgánicos sedimentables presentes en las aguas residuales. Esta etapa se enfoca en la separación física del máximo de sólidos sedimentables y la reducción de cargas orgánicas antes del tratamiento secundario, y sus procesos internos incluyen: sedimentación, después del tratamiento preliminar, las aguas residuales ingresan al tanque de sedimentación o clarificadores primarios. Estos tanques están especialmente diseñados para reducir el caudal del agua, lo que permite que los sólidos más pesados y las partículas sedimentables se asienten en el fondo del tanque. Separación de sólidos, durante la sedimentación, donde los sólidos en suspensión y las partículas más pesadas se asientan para formar una capa de lodo en el fondo del tanque, mientras que el agua clarificada se encuentra en la parte superior. Los equipos de rascado o mecanismos de recolección se utilizan para eliminar los lodos acumulados en el fondo. Extracción de lodos, los lodos acumulados en el fondo del tanque de sedimentación se extraen y se envían a un proceso de tratamiento de lodos posterior, como digestión anaeróbica o deshidratación. Con esto, el agua clarificada que ha pasado por el proceso de sedimentación se recoge en la parte superior del tanque de sedimentación y se envía al siguiente paso del tratamiento, que generalmente es el tratamiento secundario. Es importante destacar que el tratamiento primario no logra una remoción completa de los contaminantes presentes en el agua residual. Aunque se logra una reducción significativa en la concentración de sólidos suspendidos y materia orgánica, es necesario realizar un tratamiento secundario para una eliminación más completa de la materia orgánica disuelta y otros contaminantes. • Tratamiento secundario: es la etapa que sigue al tratamiento primario y tiene como objetivo principal eliminar la materia orgánica disuelta y suspendida que queda en el agua residual después del tratamiento primario. Esta etapa utiliza procesos biológicos para descomponer y estabilizar la materia orgánica, mejorando así la calidad del agua antes de su descarga al medio ambiente, a continuación, se amplía sus funciones internas; Proceso de lodos activados, el método más común para el tratamiento secundario es el proceso de lodos activados. En este proceso, el agua residual tratada previamente y enriquecida con oxígeno es mezclada con biomasa (microorganismos) en grandes tanques llamados reactores biológicos. Los microorganismos utilizan la materia orgánica como fuente de alimento y la descomponen mediante un proceso aeróbico (con presencia de oxígeno). Aireación, durante el proceso de lodos activados, se suministra oxígeno al agua residual mediante aireadores o difusores de burbuja fina. Esto asegura que los microorganismos tengan suficiente oxígeno para llevar a cabo la descomposición de la materia orgánica de manera eficiente. Sedimentación secundaria, después de la etapa de reacción biológica, el agua residual y los lodos biológicos (floculados) se envían a un tanque de sedimentación secundaria o clarificador secundario. En este tanque, los lodos biológicos se asientan en el fondo y se recolectan, mientras que el agua clarificada se recoge en la parte superior para su posterior tratamiento. Tratamiento de los lodos, los lodos biológicos recolectados en la sedimentación secundaria se retiran y se someten a un proceso de tratamiento específico, como digestión anaeróbica, deshidratación o secado térmico, para reducir su volumen y estabilizarlos antes de su disposición final o reutilización. El tratamiento secundario es fundamental en una planta de tratamiento de aguas residuales, ya que permite una reducción significativa de la carga de materia orgánica y mejora la calidad del agua tratada. • Tratamiento de lodos: es una etapa fundamental que se encarga de gestionar y tratar los lodos generados durante el proceso de tratamiento. Los lodos, también conocidos como biosólidos, son los residuos semisólidos que se separan del agua residual durante el tratamiento primario y secundario. A continuación, se amplía sus funciones internas; Espesamiento, el primer paso en el tratamiento de lodos es el espesamiento, que tiene como objetivo aumentar la concentración de sólidos en los lodos para reducir su volumen y facilitar su manejo. Esto se logra mediante técnicas como sedimentación gravitacional o flotación, donde los lodos se dejan en reposo para que los sólidos más pesados se depositen y se retiran los líquidos clarificados. Estabilización, Los lodos generados en el tratamiento de aguas residuales contienen materia orgánica y microorganismos. Para evitar la descomposición anaeróbica no controlada y los olores desagradables, los lodos suelen someterse a un proceso de estabilización. El método más común de estabilización de lodos es la digestión anaeróbica, los lodos se descomponen en un ambiente sin oxígeno, lo que resulta en la producción de biogás (metano y dióxido de carbono). La digestión anaeróbica reduce la cantidad de materia orgánica, mata los organismos patógenos y estabiliza los lodos, produciendo biosólidos más seguros para su posterior uso o disposición.En conclusión, el diagnóstico situacional de una planta de tratamiento de aguas residuales proporciona una visión completa de la situación actual de la misma y ayuda a tomar decisiones informadas para optimizar su rendimiento cumpliendo con los requisitos ambientales y normativos. Como se observa en el anexo 1 el plano de la PTAR, donde se pueden evidenciar las estructuras que necesitan ampliación, la cuales se van a llevar a cabo con sus respectivo cálculos y ajustes. ii. Analizar y evaluar las características de la PTAR, y sus procesos Analizar y evaluar una planta de tratamiento de aguas residuales implica llevar a cabo una revisión exhaustiva de todos los aspectos relacionados con su funcionamiento y rendimiento. Se realizo visita de campo y se determinó las fallas y puntos críticos que requieren principal atención por medio de una ficha técnica. Para esto, se hace de la siguiente manera: Eficiencia del tratamiento, se evalúa la eficacia del proceso de tratamiento en términos de remoción de sólidos suspendidos, materia orgánica, nutrientes y otros contaminantes presentes en el agua residual. Se examina la calidad del efluente tratado y se comparan los resultados con los estándares y regulaciones ambientales aplicables. Cumplimiento normativo, se verifica si la planta cumple con todas las normas y regulaciones establecidas por las autoridades competentes. Esto incluye aspectos como los límites de descarga, los parámetros de calidad del agua, la gestión de residuos y la seguridad laboral. Operación y mantenimiento, se evalúa la operación y el mantenimiento de la planta, incluyendo la revisión de los procedimientos operativos, el registro de datos, los informes de mantenimiento, las actividades de calibración y ajuste de equipos, y la capacitación del personal. Se verifica si se están siguiendo las mejores prácticas y se identifican áreas de mejora. Capacidad y carga hidráulica, se analiza la capacidad actual de la planta y su carga hidráulica, es decir, si está diseñada para tratar la cantidad de agua residual que recibe de manera eficiente. Se revisan los caudales de entrada y salida, los tiempos de retención y cualquier limitación de diseño que pueda afectar el rendimiento. Gestión de lodos, se evalúa el manejo de los lodos generados durante el tratamiento, incluyendo su espesamiento, estabilización, deshidratación y disposición final. Se verifica si se están siguiendo las prácticas adecuadas de gestión de lodos y si hay oportunidades para su reutilización o valorización. Concluyendo al llevar a cabo un análisis y evaluación exhaustiva de una planta de tratamiento de aguas residuales, se obtendrá una visión clara de su desempeño actual, sus fortalezas y áreas que requieren mejora. En el caso del tratamiento de lodos de la PTAR se encuentra en buen estado ya que no se encuentra con sobre carga, solo se podría hacer recomendaciones para la eliminación de olores. iii. Elaborar el rediseño general de la PTAR. La ampliación o mejora de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere un enfoque cuidadoso y planificado para garantizar que se realice de manera efectiva y eficiente. A continuación, se especifican unas pautas antes de la premisa normativa por el RAS para su ampliación; Evaluación de la capacidad existente, realiza una evaluación exhaustiva de la capacidad actual de la planta de tratamiento de aguas residuales y determina si cumple con los requisitos actuales y futuros de tratamiento. Esto incluye analizar los caudales de entrada, la carga hidráulica, la calidad del agua residual y los resultados del tratamiento. Identificación de las necesidades y objetivos, define claramente las necesidades y objetivos de la ampliación o mejora. ¿Se requiere aumentar la capacidad de tratamiento para afrontar un crecimiento de la población? ¿Se necesita mejorar la calidad del efluente tratado para cumplir con nuevas regulaciones? Establecer los objetivos claros ayudará a orientar todo el proceso. Estudio de alternativas, identifica y evalúa diferentes alternativas para la ampliación o mejora de la planta. Esto puede incluir la incorporación de nuevos procesos o tecnologías, la expansión de las unidades de tratamiento existentes, la implementación de tratamientos terciarios adicionales, entre otros. Cada alternativa debe ser analizada en términos de su viabilidad técnica, económica y ambiental. Como tal, el rediseño de una planta de tratamiento de aguas residuales que está fallando es esencial para mejorar su rendimiento, cumplir con los requisitos normativos, optimizar el uso de recursos, prevenir impactos ambientales, prolongar su vida útil y aumentar la confiabilidad y disponibilidad. Es una inversión estratégica que asegurará una gestión eficiente y efectiva de las aguas residuales, protegiendo el medio ambiente y la salud pública. Ahora bien, es importante establecer una serie de pautas normativas conforme con el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS), así como la resolución 844 del 2018, “por la cual se establece los requisitos técnicos para los proyectos de agua y saneamiento básico de zonas rurales que se adelantes bajos los esquemas diferenciales definidos en el capítulo 1, del título 7, de la parte 3, del libro 2 del Decreto 1077 del 2015”, que permiten establecer unas guías básicas para la elaboración de un diseño en una PTAR, siendo estos: • Resolución 0631 de 2015: Esta resolución establece los requisitos técnicos y operativos para el diseño y dimensionamiento de sistemas de tratamiento de aguas residuales. Incluye aspectos como los parámetros de calidad del efluente tratado, los procesos de tratamiento, los requerimientos de remoción de contaminantes, entre otros. • Clasificación de sistemas de tratamiento: El RAS título E clasifica los sistemas de tratamiento de aguas residuales en diferentes categorías, según su tamaño y capacidad. Esto incluye sistemas para pequeñas comunidades, sistemas para municipios y sistemas para áreas urbanas de mayor envergadura. • Estándares de calidad del agua residual: El RAS título D establece los estándares de calidad que debe cumplir el efluente tratado antes de ser descargado al medio receptor. Estos estándares incluyen parámetros físicos, químicos y biológicos que deben ser monitoreados y controlados para asegurar el cumplimiento de los límites establecidos. • Requisitos de diseño y dimensionamiento: El RAS título D define los criterios de diseño y dimensionamiento de los diferentes componentes de una planta de tratamiento de aguas residuales, como los procesos de tratamiento, los tanques de sedimentación, los reactores biológicos, los sistemas de desinfección, entre otros. Estos requisitos aseguran la eficiencia y eficacia del tratamiento. • Requisitos de operación y mantenimiento: El RAS título E establece los lineamientos para la operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales, incluyendo aspectos como el control de procesos, la recolección y disposición de lodos generados, la calibración de equipos, el monitoreo de la calidad del agua, entre otros. - Rejilla En el tratamiento preliminar se considera la rejilla, cuya función principal es remover los materiales gruesos que se transportan en el agua y posiblemente dificulten procesos posteriores. La rejilla se ubica en el canal de entrada, los criterios de diseño son: Tabla No. 1. Criterios de diseño rejilla Velocidad de flujo entre barras >1 m/s Perdida de carga por la sección transversal. 30% Velocidad de aproximación del flujo (para evitar que se deposite arena 0.60 m/s Fuente: Ojeda (2016). • Los cálculos de perdida de carga se realizan a partir de la Eq. 1. ℎ𝑣 = 𝛽 ∗ ( 𝑆 𝑏 ) 4 3 ∗ ( 𝑉2 2𝑔 ) ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛼 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟏 Donde: ℎ𝑣=Pérdida de carga (cm) 𝑆=Anchode las barras (cm) 𝑏= Espaciamiento libre entre barrotes (cm) 𝑉= Velocidad aguas arriba de las rejas (cm/s). 𝛼= Angulo de inclinación de las rejas respecto a la horizontal. 𝛽=Factor de forma de las barras. Con la siguiente tabla se puede determinar el valor de 𝛽 Tabla No. 2. Factor de forma de 𝜷 Forma Factor 2.42 Para barras rectangulares 1.79 Para barras redondas 0.84 Para barras de diseño especial Fuente: Ojeda (2016). • Se debe tener en cuenta que: hv ≤ 5 cm por obstrucción del flujo. Separación entre barrotes 2.5- 5.0 cm - Tanque séptico En los cálculos para el tanque séptico se tuvo en cuenta la siguiente tabla 3 como se clasifican los habitantes. Tabla No. 3. Contribución de aguas residuales por persona. Predio C Lf Clase alta 160 1 Clase media 130 1 Clase baja 100 1 Hotel 100 1 Alojamiento provisional 80 1 Fabrica 70 0.3 Oficinas temporales 50 0.2 Edificio público y comercial 50 0.2 Escuelas 50 0.2 Bares 6 0.1 Restaurantes 25 0.01 Cines 2 0.02 Baños públicos 480 4 Fuente: Reglamento técnico para el sector de agua potable y saneamiento básico,2000 (RAS 2000) Donde: C: numero de contribución Lf: contribución de lodo fresco • La contribución diaria se haya a partir de la Eq. 2. 𝐶 = (𝐶1 ∗ 𝑁𝑐1) + (𝐶2 ∗ 𝑁𝑐2) + (𝐶3 + 𝑁𝑐3) + ⋯ 𝑁𝑐1 + 𝑁𝑐2 + 𝑁𝑐3 + ⋯ 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟐 Donde: C: número de contribución Nc: número de contribuyente • Para la solución de la contribución de lodo fresco se emplea la Eq. 3. 𝐿𝑓 = (𝐿𝑓1 ∗ 𝑁𝑐1) + (𝐿𝑓2 ∗ 𝑁𝑐2) + (𝐿𝑓3 ∗ 𝑁𝑐3) + ⋯ 𝑁𝑐1 + 𝑁𝑐2 + 𝑁𝑐3 + ⋯ 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟑 Donde: Lf: contribución de lodo fresco Nc: número de contribuyente • La contribución de aguas residuales se haya con la Eq.4. 𝐶𝑡 = 𝑁𝑐 ∗ 𝐶 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟒 Donde: Nc: número de contribuyentes C: contribución de aguas residuales Para determinar el tiempo de retención hidráulico se hace a partir de la siguiente tabla, teniendo en cuenta la contribución diaria. Tabla No. 4. Tiempo de retención. Contribución diaria Tiempo de retención Días Horas Hasta 1500 1.00 24 De 1501 a 3000 0.92 22 De 3001 a 4500 0.83 20 De 4501 a 6000 0.75 18 De 6001 a 7500 0.67 16 De 7501 a 9000 0.58 14 >9000 0.50 12 Fuente: Reglamento técnico para el sector de agua potable y saneamiento básico,2000 (RAS 2000) De acuerdo con el RAS, se determina una tabla para los valores de la tasa de acumulación, los cuales dependen del intervalo de limpieza (en años) y la temperatura del agua. Tabla No. 5. Valores de tasa de acumulación de lodos digeridos. Intervalo de limpieza (años) Valores de K por intervalo de temperatura ambiente (T) en °C T ≤ 10 10 ≤ T ≤ 20 T ≥ 20 1 94 65 57 2 134 105 97 3 174 145 137 4 214 185 177 Fuente: Reglamento técnico para el sector de agua potable y saneamiento básico,2000 (RAS 2000) Luego de determinar los valores anteriores se procede con los siguientes cálculos • El volumen útil se puede calcular con la Eq. 5. 𝑉𝑢 = 1000 + 𝑁𝑐 ∗ (𝐶 ∗ 𝑇 + 𝐾 ∗ 𝐿𝑓) 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟓 Donde: C: contribución de aguas residuales por habitante T: tiempo de retención K: tasa de acumulación de lodos digeridos Lf: contribución de lodo fresco Para determinar la profundidad útil del tanque séptico se tiene en cuenta el volumen y se establece según los valores mínimos y máximos dados en la siguiente tabla. Tabla No. 6. Valores de profundidad útil. Volumen (m3) Profundidad mínima (m) Profundidad máxima (m) Hasta 6 1.2 2.2 6 a 10 1.5 2.5 Mas de 10 1.8 2.8 Fuente: Reglamento técnico para el sector de agua potable y saneamiento básico,2000 (RAS 2000) • El área superficial se haya a partir de la Eq. 6. 𝐴𝑠 = 𝑉𝑢 𝐻 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟔 Donde: Vu: volumen útil H: profundidad De acuerdo con el RAS 2000 la relación entre largo/ancho del tanque séptico deberá estar entre 2:1 y 5:1. • El ancho del tanque séptico se calcula a partir de la Eq. 7. 𝐴 = √ 𝐴𝑠 𝑅 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟕 Donde: As: área superficial R: relación entre largo/ancho • El largo del tanque séptico haya con la Eq. 8. 𝐿 = 𝑅 ∗ 𝐴 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟖 Donde: R: relación entre largo/ancho A: ancho - Filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA) El filtro anaerobio de flujo ascendente es una estructura la cual se diseña anexa al tanque séptico, por este motivo, se toman datos del tanque séptico, los cuales son: • Número de contribuyentes • Contribución de aguas residuales • Altura • Ancho Partiendo de lo anterior, el diseño del FAFA se realiza a partir de las siguientes ecuaciones: • El caudal de diseño FAFA se haya a partir de la Eq. 9 𝑄𝑓 = 𝑁𝑐 ∗ 𝐶 1000 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟗 Donde: Nc: Número de contribuyentes C: Contribución de aguas residuales Por otra parte, el RAS especifica que el lecho filtrante podrá estar construido por un lecho de grava, con un volumen de 0,02 a 0,04 m3 por cada 0,1 m3/día de aguas residuales que se va a tratar. (Ministerio de vivienda, cuidad y territorio., 2017) por lo tanto, se adoptan para el proyecto los valores de: R=0.04 m3 K=0.10 m3/día • El volumen del filtro se calcula con la Eq. 10 𝑉𝑓 = 𝑄𝑓 ∗ 𝑅 𝐾 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟏𝟎 Donde: Qf: caudal de diseño filtro R: relación del volumen del filtro K: caudal de referencia Se establecen las siguientes recomendaciones: • Adoptar una altura de fondo de entrada de entre 0,1 y 0,2 m. • Implementar un espesor placa falso fondo de 0,1 m. • Asumir una sumergencia lecho del filtro de entre 0,05 y 0,1 m, (Ministerio de vivienda, cuidad y territorio., 2017). Teniendo en cuenta lo anterior se hacen los siguientes cálculos • La profundidad del filtro se calcula con la Eq. 11. 𝑃 = 𝐻 − ℎ1 − ℎ2 − ℎ3 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟏𝟏 Donde: H: profundidad tanque séptico h1: altura del fondo de entrada h2: espesor placa falso fondo h3: sumergencia lecho del filtro • El largo del FAFA se haya a partir de la Eq. 12. 𝐿 = 𝑉𝑓 (𝑃 ∗ 𝐴) 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟏𝟐 Donde: Vf: volumen del filtro P: profundidad FAFA A: ancho tanque séptico De lo anterior, la tabla No 7, establece de manera precisa el paso a paso que se lleva a cabo en cada uno de los puntos específicos, para el desarrollo metodológico de dicha investigación Tabla No. 7. Diseño Metodológico Objetivo Específico Actividad (es) Técnica Instrumento Producto esperado Realizar diagnostico situacional de la PTAR. . Realizar diagnóstico de la situación en la PTAR Visita de campo Observación directa. Medidas del terreno, lugares ideales para implementación de ampliación Analizar y evaluar de una planta de tratamiento de aguas residuales Evaluar los procesos existentes en la PTAR Visita a campo Ficha técnica de funcionamiento Determinar problemas y darle solución. Elaborar el rediseño general de la PTAR. Identificación de las posibles mejoras estructurales. Cálculos basados sobre la capacidad del caudal requerido. Software de diseño Comparación de dimensionamiento existente con el del rediseño. Fuente: Los autores La tabla anterior, resume cada uno de los objetivos específicos empleados para establecer una metodología que conlleva a unos resultados y discusiones. 3. Resultados y discusión En este capítulo se va a describir cada uno de los procesos realizados para el desarrollo del plan de mejoramiento en la PTAR de Chambimbal San Antonio, abarcando los objetivos específicos planteados como el diagnostico, análisis, evaluación y el rediseño, esta información se va a presentar a medida que se vaya relacionando cada uno de los objetivos específicos previamente mencionados en la metodología, para esto se observa en la figura No 1, referente a la localización geográfica de la PTAR de Chambimbal San Antonio corregimientodel municipio de Guadalajara de Buga departamento del Valle Del Cauca. Figura No. 1. Localización geográfica PTAR Chambimbal Fuente: adaptado de Google Earth (2023). Los autores La imagen anterior hace referencia de la ubicación de la PTAR. Las coordenadas son X=1088947,885, Y=929731,954 en Magna Sirgar Origen Oeste, esta es la ubicación de la PTAR. Con esto, se puede establecer el lugar en el que se encuentra la PTAR, también es importante establecer una relación visual del lugar donde se encuentra, esto como se puede observar en la siguiente figura No. 2 Figura No. 2. PTAR Chambimbal San Antonio Fuente: Los autores , Con la imagen anterior podemos observar el lugar donde se encuentra construida la PTAR, la cual está conformada por una rejilla o cabina con varillas metálicas, las cuales hacen el primero proceso de filtrado, seguido de 2 tanques sépticos, dos filtros anaeróbicos de flujo ascendente y lecho de secado. 3.1. DIAGNÓSTICO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES La vereda de San Antonio del corregimiento de Chambimbal cuenta con una PTAR, a la que confluyen las redes de alcantarilla como receptora de los vertimientos de la Quebrada presidente. La PTAR cuenta con un adecuado cerramiento perimetral y las unidades de tratamiento son: ➢ Tratamiento preliminar En esta parte se va a detallar sobre todo lo que involucra el tratamiento preliminar previamente descrito en la metodología: Básicamente consiste en una cámara de cribado grueso la que comprende una rejilla metálica con aberturas de Φ 1´´ con un ángulo de inclinación de 60° con respecto al suelo de forma horizontal. no se contempla proyección de sistema de desarenador ya que no existen sumideros para el ingreso de aguas lluvias. ➢ Tratamiento Primario En esta parte se va a detallar sobre todo lo que involucra el tratamiento primario previamente descrito en la metodología: • El Tanque Séptico Convencional (TSC): La deposición se produce en los tanques sépticas, que se consideran muy útiles para eliminar sólidos en suspensión y buena proporción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) presente en agua residual. Debido a la relativa simplicidad de diseño, construcción y cantidad de contaminante que acepta, el proceso anaeróbico representa una alternativa muy atractiva para el tratamiento de residuos líquidos a bajo costo. Un tanque séptico es una estructura que suele tener una superficie rectangular que transportan todas las aguas residuales domésticas para su tratamiento. Para inducir la deposición de sólidos expuestos inmediatamente con agua y guárdelos durante un tiempo suficiente para asegurarse descomposición satisfactoria de la materia orgánica por acción bacteria anaeróbica. Los beneficios que precede son: • Pocos requerimientos en nutrientes. • Baja producción de lodos estabilizados en exceso. • No hay requerimientos de energía para aeración. Seguido a esto, presenta una serie de comportamientos fundamentales los cuales se establecen de tipo biológico y físico como lo son: • Almacenamiento y digestión de lodos. • Sedimentación de sólidos. • Digestión Anaeróbica de la materia orgánica sedimentada. • Descarga del efluente liquido clarificado para el tratamiento Posterior. Con un tanque séptico obtenemos aguas residuales con menor densidad de sólidos y así más estable para su posterior procesamiento. En el área de entrada del tanque registrar la pérdida de energía por la salida de la tubería, así como los cambios dirección generada por los ajustes en T del sistema. ➢ Tratamiento segundario En esta parte se va a detallar sobre todo lo que involucra el tratamiento segundario previamente descrito en la metodología: • Filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA) El FAFA, consiste en una unidad de tratamiento secundario anaeróbico que pasa a través de un medio filtrante que consta de grava o piedras redondas de 4 a 7 cm. Como material filtrante para el tratamiento de efluentes de tanques sépticos y como soporte de bacterias para la eliminación de materia orgánica presente en aguas residuales domésticas. El residuo entra por la parte inferior a través de la placa perforada y sube por los huecos del material de relleno. En el medio filtrante se forma una biopelícula que degrada anaeróbicamente la materia orgánica, el efluente filtrado se recolecta a través de drenajes instalados en la parte superior del filtro. La biocapa está compuesta por microorganismos como bacterias, hongos y protozoos. En estrecho contacto con materia orgánica utilizada como alimento, resultando en un efluente clarificado con alta remoción orgánica. Esto fue diseñado básicamente para remover aproximadamente el 60% de (DB05) y los sólidos suspendidos que se mueven en el pretratamiento del tanque séptico. Como se observa en la figura No. 3, se puede visualizar los rosetones plásticos que presenta el FAFA: Figura No. 3. Filtro anaeróbico de flujo ascendente (Filterpak YTH 1120) Fuente: Los autores Este dispositivo es bastante novedoso pese a su estructura plástica, diferente de los métodos convencionales como rocas u gravas, que facilidad el paso del material de carga orgánicas e hidráulicas, gracias a su baja disposición de obstrucción y formación adecuada. también, cabe aclarar que su material al ser de plástico está presentando una alta durabilidad y mejor composición al momento de retener baterías. Ahora bien, pese a tener un excelente sistema de funcionamiento, el requerimiento apresurado de mantenimiento en la plata está provocando constantemente la baja población de baterías requeridas para su proceso. ➢ Tratamiento de lodos En esta parte se va a detallar sobre todo lo que involucra el tratamiento lodos previamente descrito en la metodología: • Lechos de secado El lecho de secado es un mecanismo que elimina el agua de los lodos de los dispositivos de tratamiento de mantenimiento, como al tanque séptico, filtro anaeróbico y los trata como materia sólida. El agua filtrada debe devolverse al sistema de tratamiento, esto después de retirar los sólidos. Durante la visita se pudo identificar una instalación adecuada, aunque de pequeña escala, con trabajos de mantenimiento continuos, es decir, más repetitivos de lo establecido. Además, se modificó la estructura temporal del colector para reemplazar la descarga actual y que sea directa al afluente más cercano que en este caso es la quebrada de presidente. ➢ Vertimientos En esta parte se va a detallar sobre todo lo que involucra el vertimiento previamente descrito en la metodología: De conformidad con la Resolución 660 de 2017, la PTAR, del corregimiento de Chambimbal San Antonio, posterior al tratamiento se define con un vertimiento puntual colectivo, este se define como descarga final a un cuerpo de agua, al suelo, de elementos, sustancias o compuestos contenidos en un medio líquido. Se identifico una descarga final de aguas tratadas hacia la quebrada de presidente, área de drenaje de la cuenta del rio Guadalajara donde esta debe está dentro de los parámetros mínimos exigidos por la resolución. 3.2. ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Con base a los resultados previamente obtenidos en el diagnóstico de la PTAR, se realizó un análisis y evaluación a cada uno de sus tratamientos y vertimientos. Aquí se obtuvieron una serie de fallas las cuales se van a presentar: • tratamiento preliminar; básicamente este tratamiento es el primer filtro que presenta el sistema, reteniendo la materia solida residual de mayor tamaño, aquí presenta un problema pese a su dimensión tan pequeña, ya que en las horas pico que son en las mañanas, a medio día y noche, presenta una alta precipitación del material que sobre pasa lo permitido en sus dimensiones y conlleva a un rebocede los sólidos. Además, cabe aclarar que el sistema al ser de una construcción simple presenta una derivación directa a la quebrada de presidente que no procede de ningún tratamiento previo, pese a esto se está omitiendo el parámetro normativo de la resolución 660 de 2017. como se muestra en la siguiente Figura No. 4, referente a una aclaración visual de lo que se está mencionando previamente; Figura No. 4. Cámara de cribado gruesa con rejilla metálica Fuente: Los autores Por lo anterior, se puede observar la cámara con rejilla que tiene la PTAR, no se contempló la construcción del desarenador ya que la mayor parte del corregimiento de Chambimbal San Antonio no presenta manejo de aguas lluvias u adecuaciones a la red de alcantarillado y las que tienen son conexiones no adecuadas al alcantarillado sanitario. La evaluación que presenta esta la etapa preliminar es que requiere una ampliación del sistema u rediseño para captar mayor capacidad de materia y que permita eliminar la derivación previamente mencionada, para así evitar un vertimiento directo al rio y que este continue con su proceso en la PTAR. • Tratamiento primario; según el diagnostico previamente mencionado, se puede establecer que el tanque séptico convencional, presenta un funcionamiento conforme a lo establecido, pero pese a su limitado espacio u dimensiones, no está realizando correctamente el proceso de retención de solidos en suspensión ni acumulados en el fondo y están pasando de una manera rápida al siguiente proceso con poca clarificación. La evaluación que se presenta en esta primera etapa consta básicamente de una ampliación del diseño que permita realizar correctamente la separación de los sólidos en suspensión y el agua clarifica, para esto se plantea una mejora en las tuberías, partiendo de la inicial que es una Te, que divide el caudal a los dos extremos del sistema y genera una pérdida de energía del sistema por el golpe de descarga, se contempla un rediseño. • Tratamiento segundario; en base a lo anterior previamente mencionado en el diagnostico, se tiene que el sistema es bueno, pero requiere una ampliación una contemplación en la reducción de mantenimiento ya que esto presenta una afectación grave para la población microbiana. La evaluación para este es establecer un sistema de arranque diario, en lo posible que permita alimentar a las baterías y así tener una buena población y correcto funcionamiento, también se contempla la ampliación u rediseño del sistema existente el cual permita establecer un correcto funcionamiento. • Tratamiento de lodos; en base a lo mencionado previamente en el diagnostico, se tiene que el comportamiento de los lechos de secado presenta un correcto funcionamiento, pero para la comunidad los olores son demasiados ofensivos pese a su cercanía con las viviendas. En la evaluación de este, se plantea una adecuación con cámaras de plástico que permitan retener los gases y redirigirlos a una derivación en ascenso para después disiparlos por caída. • Vertimiento; en base al diagnóstico previamente mencionado, se tiene que para el apartado del vertimiento como se identificó una descarga final de aguas tratadas hacia la quebrada de presidente, como se muestra en la Figura No. 5, aquí se puede observar el color del agua tratada que se está entregando al afluente: Figura No. 5. Vertimiento de la PTAR Fuente: Los autores La imagen previamente presenta, muestra el caudal de salida del lugar, el cual establece un color poco fiable, donde alrededor se puede notar que tiene presencia de grasas. La evaluación para este es pese a la ampliación u rediseño, poder sugerir una adecuación de trampas de grasa en cada una de las viviendas de ser posible para así bajar la carga contaminante con la que se está entregando este vertimiento a la quebrada de presidente. En base a lo mencionado previamente bajo el análisis y evaluación de cada uno de los puntos, se considera un plan de mejoramiento en lo posible que tenga como prioridad una ampliación al PTAR y adecuaciones adicionales que permitan mejorar su funcionamiento. 3.3. REDISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Para realizar una correcta ampliación del sistema, es importante tener presente lo mencionado previamente en el diagnostico, análisis y evaluación de la PTAR, para así poder establecer bajo el RAS 2021, una medida compensatoria a este, para ello, se va a establecer una serie de lineamiento normativos y técnicos, para poder establecer la población que va a requerir este plan de mejoramiento en el futuro. Para esto, se inició desde la población actual y Re proyectar De acuerdo con el censo del Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), realizado en 2005, la población del municipio de Guadalajara de Buga es de 127.545 habitantes, de los cuales110.905 habitantes (86.95%) se concentran en la cabecera municipal y 16.640 habitantes (14,54%) se encuentra en la zona rural. En ese mismo año, específicamente para la vereda San Antonio se reportó un total de 1.234 habitantes y 406 viviendas, resultando una densidad poblacional de 3,04 habitantes por vivienda, sin embargo, según información de la misma comunidad se estima que hay en el Corregimiento 2300 habitantes aproximadamente y la mayoría corresponden al estrato 2. Ahora bien, con el objetivo de proporcionar información para el presente documento, se tomó como referencia las viviendas actuales conectadas a la PTAR cuales corresponden a 490 usuarios suscritos, recalculando da un aproximado de densidad poblacional de 4,7 el cual será utilizado. Se realizó una visita a la planta de tratamiento de agua potable (PTAP), donde se indicó que actualmente se encuentran suscritos al servicio alrededor de 550 usuarios entre Chambimbal San Antonio y el corregimiento del Videño el cual pertenece al municipio de San Pedro, Con la información mencionada, se procedió a estimar, a la fecha (2023), una población para San Antonio Chambimbal, así: proyección de la población para el diseño, mediante el método geométrico , como se muestra en el ecuación No 13. 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑁𝑜. 𝑉𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎𝑠 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟏𝟑 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 2023 = 490 𝑉𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎𝑠 ∗ 4.7 𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑉𝑖𝑣𝑖𝑒𝑛𝑑𝑎 = 2303 𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝐹𝑙𝑜𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 70 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 + 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 2373 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎𝑠 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟏𝟒 De acuerdo con estos datos de población, entre 2005 y 2019, este corregimiento presenta una tasa anual de crecimiento poblacional del 5% (aproximadamente), lo cual está muy por encima del 1% indicado por el DANE para la población rural del departamento del Valle del Cauca. Teniendo en cuenta que la Resolución 0330 de 2017 no define un método a emplear en el cálculo de proyección de población, se utiliza para este documento el método geométrico, mediante la ecuación No 15: 𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐 ∗ (1 + 𝑟) (𝑇𝑓−𝑇𝑢𝑐) 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟏𝟓 Donde: Pf: Población proyectada Puc: Población del último censo r: Tasa de crecimiento anual Tf: Año de la proyección de población Tuc: Año del último censo Dado que existe información de fuentes oficiales, se tomó la tasa anual de crecimiento reportada por el DANE y el método de proyección geométrica, para estimar, como se relaciona en la Tabla No 8. Proyección poblacional de san Antonio Chambimbal en un periodo de 25 años, correspondientes al período de desarrollo del plan de mejoramiento. Como se puede observar en la siguiente tabla No 8, se tiene el registro de la población en años diferentes. Tabla No. 8. Tasa anual de crecimiento. Años Población 2005 1234 2010 1350 2017 2175 2023 2373 Fuente: DANE. La tabla anterior, estableceel crecimiento poblacional que ha presentado en los últimos años, de aquí se utiliza el método geométrico para hacer la nueva proyección y se utiliza la Ecuación No. 16. este es el crecimiento que va a presentar en los siguientes 25 años según la proyección futura por el método geométrico en base a la población actual, para esto se obtuvo un r = 0.019 𝑃f = 2373 ∗ (1 + 0.019)(2048−2023) 𝑬𝒒. 𝑵𝒐 𝟏𝟔 𝑃𝑓 = 3799 𝐻𝑎𝑏. La población futura calculada para el 2048 es de 3799 habitantes, en base a esta población es que se va a reestablecer las nuevas dimensiones requeridas por el sistema, se procede a realizar los respectivos cálculos. Datos iniciales para establecer rediseño al tratamiento preliminar, como se presenta en la tabla No 9. Tabla No. 9. Datos de entrada de la PTAR Diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales Diseño realizado para: PTAR de Chambimbal san Antonio Población proyecto 3799 Hab Clima Cálido Dotación 130 Caudal de diseño 0.006146065 m3/s Caudal (0.4) 0.002458426 m3/s Fuente: Los autores La anterior tabla hace referencia a los datos de entrada generados en el Excel para empezar a realizar el cálculo que se requiere para establecer el rediseño. Como se puede observar en la siguiente Tabla No. 10 es el cálculo realizado para establecer las nuevas dimensiones de la rejilla en el tratamiento preliminar Tabla No. 10. Rejilla Calculo rejilla Perdida de carga Parámetros Valor Unidades Pérdida de carga (hv) 0.74 cm/s Ancho de las barras (S) 0.8 cm Espaciamiento libre entre barrotes (b) 1 cm Velocidad aguas arriba de las rejas (V) 60 cm/s Angulo de inclinación de las rejas respecto a la horizontal (𝛼) 60 Factor de forma de las barras (𝛽) 1.79 Barra 5/8´´ (1,588cm) 40 Varilla No, espacios 39 Ancho de rejilla 1 m Profundidad de cribilla 0.9 m Largo de cribilla 1.5 m Ancho Lecho de secado 1 m Altura de lecho de secado 0.7 m Fuente: Los autores • El hv cumple con el criterio de diseño. Se obtuvo las nuevas medidas para las rejillas del tratamiento preliminar, esto con el fin de tener una ampliación del sistema. A continuación, se obtuvieron las nuevas medidas del tanque séptico, las cuales tienen una mayor capacidad tanto en captación de volumen, como en mejor clarificación debido a su proceso de separación de sólidos, esto se puede observar en la siguiente tabla No. 11. Tabla No. 11. Calculo tanque séptico. Tanque séptico parámetros Valor Unidades Número de contribuyente (Nc) 3799 Hab. Contribución de aguas residuales (c) 125.199 L/hab.- día Contribución de Aguas residuales 475630 L/día Contribución de lodos fresco (Lf) 0.95199 L/hab.- día Intervalo de limpieza 1 Años Temperatura ambiente (°C) 28° Centígrados Tasa de acumulación de lodos digeridos (k) 97 días Tiempo de retención (T) 0.75 días Volumen útil (Vu) 354.07 m3 Profundidad (P) 4.0 m Área superficial (As) 88.5 m2 Relación largo ancho L: A 2.1 2,1 - 5,1 Ancho (A) 8.5 m Largo (B) 17.8 m Fuente: Los autores Tabla No. 12. Cálculo de FAFA. Filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA) parámetros Valor Unidades Número de contribuyente (Nc) 3799 Hab. Contribución de aguas residuales (c) 475630 L/hab.- día Caudal de aguas residuales Qf 4.732.7 m3/día (Nc*C/1000) Relación R (volumen del filtro Vf/caudal Qf) 0.04 Según RAS Constante de caudal K 0.25 m3/día Según RAS Volumen filtro Vf 757.24 m3 (Qf * R / K) Profundidad filtro P 4.0 m según la del tanque séptico Ancho: A 12 m similar al tanque séptico Largo: L 15.63 m (l = Vf/P*A) Fuente: Los autores La tabla anterior, establece las medias que requiere el nuevo diseño del tanque séptico, esto con base a su cálculo de nuevos volúmenes y lodos. • En el anexo 2 se puede observar el rediseño propuesto para el plan de mejoramiento de la PTAR, donde se pueden evidenciar las significativas ampliaciones que presenta el tanque séptico y el FAFA. 4. Conclusiones En base a toda la información previamente presentada, se puede concluir: • Mejoras en el rendimiento y la eficiencia: la planta se rediseñó para abordar las deficiencias y limitaciones existentes, lo que resultó en mejoras significativas en el tratamiento de aguas residuales. Por lo tanto, se puede concluir que la planta es capaz de remover los contaminantes de manera más eficiente y producir un efluente tratado de mejor calidad. • Cumplimiento: El rediseño de la planta ayuda a cumplir con los requisitos reglamentarios y las normas ambientales vigentes. • Optimización de recursos: El rediseño de plantas puede significar implementar prácticas más eficientes en el uso de recursos como energía, agua y productos químicos. Por tanto, se puede concluir que la planta está haciendo un uso más eficiente de los recursos, reduciendo así los costes operativos y mejorando la sostenibilidad del proceso de tratamiento. • Mayor capacidad y flexibilidad: El rediseño de una planta puede aumentar su capacidad, permitiéndole manejar más aguas residuales. • Confiabilidad y disponibilidad mejoradas: los rediseños pueden incluir agregar sistemas más confiables, reducir el tiempo de inactividad y aumentar la disponibilidad de la planta. • En general, los programas de mejora, incluido el rediseño de la PTAR, pueden generar muchos resultados positivos, como mejoras en el rendimiento y la eficiencia, cumplimiento normativo, optimización de recursos, mayor capacidad, mayor confiabilidad y disponibilidad, y adopción de tecnologías innovadoras. Estas conclusiones reflejan mejoras más eficientes en términos de tratamiento, sostenibilidad y cumplimiento. • Distribuir el agua tratada al medio ambiente en condiciones adecuadas para reducir el impacto negativo que pueda tener sobre el ecosistema. • Facilitar resultados inmediatos de problemas emergentes, comenzando con la reducción inmediata de olores, reducción de la contaminación del agua tratada transportada. • Se tiene inicialmente una población de 2373 para el año 2023, con la proyección la PTAR va a atender una población de 3799 habitantes al año 2048 con sus nuevas dimensiones. • La rejilla propuesta cumple con el HV, sus nuevas medidas son un ancho en la primera parte de 1m, una profundidad de 0.9 y una longitud de 1.5m, en la segunda y tercera parte tiene una longitud total de 2.45m, una profundidad desde la cota del codo de 0.7m y ancho de 1m. • El tanque séptico (TS) existente tiene 4 TS, con una longitud total de 12m, ancho de 8m y profundidad de 3m. con el TS propuesto tenemos un total de 6 tanques, permitiendo una mejor capacidad con unas medidas de 18m largo, 8.6m de ancho y profundidad de 4m, cumpliendo con el RAS 2000. • El modelo existente tiene 2 FAFA, se propone 6 FAFAS con unas medidas totales de 15m de largo, 10m de ancho y una profundidad de 4.3m, cumpliendo con el RAS 2000. Con el plan de mejoramiento, se pretende abarcar la problemática social y ambiental, dando solución desde el punto ingenieril, permitiendo establecer una mayor capacidad que conlleve a la eliminación de la derivación provisional que contamina de manera directa a la Quebrada de presidente y a su vez permita poder disminuir en gran medida los olores ofensivos a la población aledaña. Esto permite establecer un uso del cauce aguas abajo, para los fines de sus habitantes y que disminuya casi en su totalidad la tasa retributiva que presenta la PTAR al municipio de Guadalajara de Buga. 5. Recomendaciones De esta investigación se pueden hacer las siguientes recomendaciones y sugerencias para el plan de mejoramiento de la PTAR: • Inicialmente contemplar la construcción de un desarenador, ya que al momento de realizar los mantenimientos cuentan que se han encontrado con residuos de grantamaño. • Ampliar la rejilla para que tenga una mayor capacidad de ocupación, esto para que, en las horas de mayor precipitación, no se desborde el material residual, sino que pueda retenerlo y filtrarlo de manera correcta. • El tanque séptico, nosotros por términos económicos sugerimos ocupar las 2 fafas existentes, como tanques sépticos, para tener una mayor capacidad y aprovechar lo construido, esto con el fin de reducir costoso y aprovechar lo que se tiene, presentando una mayor capacidad para clarificar con mejor espacio y tiempo. • El filtro anaeróbico de flujo ascendente, para este sugerimos el diseño de 4 nuevos tanques, de iguales dimensiones ampliando el paso de materia hidráulica clarificada, esto con el fin de tener un mejor paso y a su vez, una mejor capacidad para que las baterías puedan realizar correctamente su proceso de degradación, esto se hace con el fin de poder establecer un proceso ideal que permita entregar el agua ya tratada al cauce con los parámetros exigidos por el RAS 0631 de 2017. • Para el lecho de secado, sugerimos adecuarle una red u poli sombra que permita redirigir los gases a una instalación elevada y así poder quemarlos u redirigir el olor hasta otro lugar, que no presente molestia a los habitantes de la zona. • Se sugiere capacitar a la población en temas de salubridad para mejorar su calidad de vida y la de sus familias. 6. Anexos - Anexo 1. Plano de PTAR existente. - Anexo 2. Plano de propuesta de rediseño. Referencias 1. Al-Douri, A., Kazantzi, V., Eljack, F. T., Mannan, M. S., & El-Halwagi, M. M. (2020). Mitigation of operational failures via an economic framework of reliability, availability, and maintainability (RAM) during conceptual design. Journal of loss prevention in the process industries, 67, 104261. 2. Arocutipa Lorenzo, J. H. (2013). Evaluación y propuesta técnica de una planta de tratamiento de aguas residuales en Massiapo del distrito de Alto Inambari-Sandia. 3. Avendaño Véliz, R. I., & Iriarte García, A. (2019). Propuesta de mejora operacional a planta de tratamiento de aguas servidas (Doctoral dissertation, Universidad de Talca (Chile). Escuela de Ingenieria Civil Industrial). 4. Bustos Castro, L. Á. Evaluación de la sostenibilidad de la planta de tratamiento de aguas residuales de la voragine, municipio de Santiago de Cali [recurso electrónico] (Doctoral dissertation) 5. Blas Cerda, A. 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