SantamariaFrancoDeibyAlejandro2021_TrabajoDeGrado

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA EL RIEGO DE CULTIVOS 
AGRICOLAS ALREDEDOR DE TODA COLOMBIA 
 
 
DEIBY ALEJANDRO SANTAMARÍA FRANCO 
 
 
Ensayo presentado como opción de grado para optar por el título de: 
INGENIERO CIVIL 
 
 
Misión Internacional en Proyect Managment y liderazgo (virtual), Universidad Popular 
Autónoma del Estado de Puebla - México 
 
 
 
Ing. Juan Carlos Castro Medina 
Tutor 
 
 
 
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ, SEPTIEMBRE 2021 
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TABLA DE CONTENIDO 
INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 3 
¿Que son aguas residuales? ......................................................................................................... 4 
Sedimentadores. ........................................................................................................................ 11 
Lodos Activados. ...................................................................................................................... 12 
Filtros Percoladores. ................................................................................................................. 13 
Lagunas. .................................................................................................................................... 15 
Operación y Mantenimiento de una PTAR ............................................................................... 16 
CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 17 
REFERENCIAS ............................................................................................................................ 18 
 
 
 
TABLA DE ILUSTRACIONES 
Ilustración 1. Valores máximos para ser un agua potable ............................................................. 8 
Ilustración 2. Rangos de remoción en los procesos de tratamiento de aguas residuales. Artículo 
184, página 115 ............................................................................................................................ 10 
Ilustración 3. Sedimentador Circular ........................................................................................... 11 
Ilustración 4. Proceso de un sistema de Lodos Activados ............................................................ 12 
Ilustración 5. Parametros de lodos activados según el proceso a utilizer ................................... 13 
Ilustración 6. Funcionamiento filtro precolador + decantacion secundaria ............................... 14 
Ilustración 7. Parametros de diseño para filtros precoladores .................................................... 15 
Ilustración 8. Arreglo de laguna de estabilización en una PTAR ................................................ 16 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUCCIÓN 
En tratamiento de aguas residuales es cada día mas indispensable en el saneamiento básico 
de cualquier municipio, debido a los grandes problemas que se han venido presentando como lo 
es el calentamiento global, la urbanización acelerada, la tala de árboles de forma exponencial, 
explotación de paramos para fines mineros, entre otros aspectos; generando problemas para los 
habitantes de las zonas aledañas afectadas y por qué no decirlo, también de las personas que 
habitan en la zonas urbanas o bien llamada ciudad. 
El agua en un recurso necesario para vivir no solo los seres humanos, sino también la flora 
y fauna que nos rodea, es un recurso renovable pero no inagotable que si no se le da un uso 
adecuado en un par de años las poblaciones de habitantes serán quieres se vean perjudicados. Hay 
que tener muy en cuenta que del 100% del agua que constituye el planeta tierra, el 97.5% es agua 
salada y el 2.5% es agua dulce, esta última es la que realmente es utilizada para el consumo humano 
y actividades agrícolas. 
En la actualidad ya es más usual ver plantas de tratamientos de aguas residuales en algunos 
municipios del país, aunque no en su totalidad, por lo que miles de m3 de aguas residuales son 
arrojados a los ríos nuevamente sin hacer ningún tipo de tratamiento y esto hace que el ecosistema 
y paisaje natural se deteriore debido a que el medio ambiente no es capaz de eliminar todo lo que 
los seres humanos producimos, por lo que es deber de todos ayudar con el proceso de 
descomposición y tratamiento de aguas. 
La reutilización de estas aguas residuales para el riego de cultivos agrícolas es un proceso 
que se ha venido implementando hace poco como solución a la escasez de agua que sufren algunas 
regiones del país como ocurre en la guajira. Por otra parte, en épocas de verano los campesinos 
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son los principalmente afectados para el riego de sus cultivos debido a la falta de agua en sus zonas 
aledañas. 
Por lo que con estas nuevas tecnologías que se están implementando en la ingeniería se 
puede construir una PTAR (Planta de Tratamiento de Aguas Residuales) que se ubique en un punto 
medio entre una ciudad que demande gran cantidad de agua residual y los pueblos cercanos a la 
ciudad; dándole trabajo a personas para su construcción, operación y mantenimiento, beneficio 
para el medio ambiente y las personas que habitan en las zonas aledañas darle un mejor 
aprovechamiento a las aguas para en épocas de sequía no verse gravemente afectados y generar 
pérdidas millonarias. 
¿Que son aguas residuales? 
Aguas residuales se definiría como una combinación de fluidos, efluentes domésticos 
compuestos por aguas negras y aguas grises, agua de comerciales, instituciones, hospitales, 
industrias, lluvias, entre otros contenidos los cuales contienen materia disuelta o en suspensión. Y 
que a su vez pueden contener grandes agentes patógenos que afectan la salud de la población, la 
vida animal y deteriora el ecosistema en varios aspectos. (Spotify, 2020) 
Según un informe cada año se extraen 3928km^3 de agua dulce, de las cuales el 44% se 
consume en la agricultura y el 56% libera al ambiente como aguas residuales (municipales e 
industriales). Por lo que se logra ver la importancia del agua como un recurso necesario en el riego 
de cultivos. De aquí nace la idea de que se debe hacer algo inmediatamente para proteger el medio 
ambiente y a su vez dar una mejor calidad de vida a los campesinos con su agricultura. (Spotify, 
2020) 
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En Colombia, para el 2002 el tratamiento de aguas residuales era tan solo del 8%, en el 
2018 era del 42.8% y se proyecta para el año 2030 llegar al 68%. Sin embargo, estas cifras que 
ofrece el censo son valores muy críticos, debido a que es muy triste saber que del 100% de las 
aguas residuales generadas de efluentes domésticos o industriales, no se trata ni el 50% de las 
aguas antes de ser vertida nuevamente en los ríos, por lo que es inminente un cambio climático y 
afectación del medio ambiente. (Spotify, 2020) 
Estados Unidos y otros paises mucho más desarrollados, la reutilización de aguas 
residuales no es un tema nuevo, se han aplicado estas técnicas ya hace varias décadas atrás, aunque 
inicialmente no genere un gran beneficio económico para las entidades, si genera un gran beneficio 
ambiental. En Colombia el uso de aguas residuales o parcialmente tratadas, se da solo en 541 
municipios de los 1122 que existen, según datos ofrecidos por el Departamento Administrativo 
Nacional de Estadística (DANE). Es decir, como se mencionaba anteriormente tan solo el 42.8%. 
Por otro lado, según el Sistema de Información Ambiental de Colombia (SIAC), expresa que el 96 
% de las aguas generadas por actividad domestica y/o industrial no se les da un tratamiento 
adecuado o el más deseado según lo estipulado en la resolución 0330 de 2017. Haciendo una 
recopilación de esta información, se evidencia la deficiencia del trato de aguas residuales en todo 
el país, ya queno se le da un tratamiento adecuado y además algunos fluidos son vertidos 
directamente a los cuerpos de agua, afectando la calidad del agua y la vida humana debido a la 
gran cantidad de virus, bacterias y microorganismos patógenos que son causantes de muchas 
enfermedades o en casos extremos hasta la muerte. (Saldaña, 2021) 
En Colombia es inevitable el aumento en el consumo de aguas residuales producidas en las 
zonas urbanas por todos los habitantes que cada día llegan a las principales ciudades del país y por 
otro lado las zonas industriales que cada día son más controladas por los entes ambientales. Por 
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esta razón, los paises como Colombia están diariamente en busca de métodos capaces de mitigar 
problemas ambientales. El uso de agua residual para el riego de cultivo funciona en algunos casos 
como fertilizante para el crecimiento de las plantas, pero para otros cultivos como caña, papa, 
cebolla, tomate, alverja, ají, maíz, entre otros productos; se requiere de aguas más limpias que no 
generen el deterioro de mi siembra. (Gonzalez, 2020) 
La separación de las aguas lluvias y las aguas residuales, se separan en cada edificio, casa, 
centro comercial, escuela, universidad, hospital y demás recintos. En donde las aguas lluvias van 
directamente a desembocar en los ríos y por otra parte las aguas residuales pasan por una planta 
de tratamiento donde se le debe hace un adecuado tratamiento antes de ser arrojaba al rio 
finalmente. (Tomas, 2020) 
Las aguas residuales al contener materiales sólidos, sustancias disueltas y 
microorganismos. Hace que sea imposible utilizarla de forma directa en el riego de cultivos, 
igualmente los microorganismos son los agentes que pueden afectar nuestra salud y deterioro de 
los suelos, debido a que pueden contener patógenos como virus, bacterias, protozoos y helmintos. 
Por lo que es necesario hacer un tratamiento (primario y/o secundario) para que el agua alcance un 
nivel de calidad mínimo. Existen 4 elementos necesarios a eliminar en las aguas residuales para 
que se le pueda dar uso al riego de agricultura. La Salinidad en contenidos muy elevados hace que 
el suelo pierda productividad de plantación o hasta reducirla completamente, el sodio en 
concentraciones elevadas (por encima de 3) puede reducir la permeabilidad del suelo, el cloro 
puede dañar cualquier planta cuando este supera 5mg/L y otros metales pesados como (níquel, 
cadmio, molibdeno, zinc, cobre, plomo y mercurio) que en concentraciones elevadas son toxicas 
para las plantas. 
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Colombia es un país que presenta épocas de sequía o bien llamado el fenómeno del niño 
(calentamiento del Pacífico oriental ecuatorial), por lo que la escasez del agua genera crisis 
hídricas, pero cuando esta escasez extrema perdura lo que hacen usualmente las autoridades 
nacionales es mandar las aguas tratadas a las ciudades debido a que tiene un mayor valor 
económico por cada m3, por lo que en usos agrícolas se empieza a ver afectado y en muchas 
ocasiones los campesinos presentan grandes pérdidas económicas. La falta de recursos hídricos 
provenientes de acuíferos, ríos, Aljibes y agua lluvia, se ve en la obligación de reciclar las aguas 
domésticas y municipales. (Winpenny, 2013) 
Por otro lado, la población mundial está creciendo en una tasa de 1.2% anual 
aproximadamente, por lo que el agua se comienza a ver como un recurso escaso y de vital 
importancia para los seres humanos, producción de alimentos y productos manufacturados. Así 
mismo, la falta de agua genera deficiencias en la producción de energía hidroeléctrica, producción 
industrial, ganadería, cultivos, entre otros. (Winpenny, 2013) 
La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) se diseña para limpiar el agua ya 
usada que me garantice el cumplimiento con los estándares de calidad que están estipulados en la 
resolución 0330 de 2017. En Colombia y en general en latino américa, el nivel máximo aplicado 
a estas aguas es el secundario, por costos de operación y porque sencillamente cumplen con las 
resoluciones establecidas. Además, se recomienda instalar una PTAR para el uso de riego de 
cultivos en los departamentos del Tolima, Boyacá, Cauca, Cundinamarca, Huila, La Guajira, 
Nariño, Norte de Santander, Santander y Valle del Cauca. Zonas donde se presenta la mayor 
demanda de agua para uso agrícola. (Gomez, 2011) 
Las aguas recolectadas en la Sabana en épocas de lluvia para el riego de cultivos, son un 
claro ejemplo de otro uso que se le puede dar a las aguas residuales en la Sabana de Bogotá, ubicada 
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exactamente en la Ramada, donde se riegan 3.500 ha de cultivos de hortalizas, flores y pastos con 
un caudal de 1,5 m3 de agua bombeada del río Bogotá, que pasan a través de humedales naturales 
como forma de tratamiento y optimizando el uso del agua potable. 
La planta de tratamiento ubicada en la universidad militar nueva granada campus Cajicá. 
está construida en concreto y poliéster reforzado con fibra de vidrio en sus paredes internas, se 
describen los procesos mínimos que debe tener la planta para garantizar un agua para el riego de 
cultivos de forma segura. (Martinez, 2011) 
El agua cuando sale inicialmente de la PTAP, debe cumplir con unas características 
mínimas establecidas en la resolución 2115 de 2007, norma que menciona cuáles deben ser las 
características físicas y químicas para el consumo humano. Dentro de estas características 
podemos encontrar conductividad, turbiedad, color aparente, pH, cloro libre, solidos totales, 
cloruros, dureza total, dureza cálcica, dureza magnésica, calcio, magnesio, aluminio residual, 
sulfatos, hierro total, alcalinidad fenol, alcalinidad hidróxidos, alcalinidad carbonatos, alcalinidad 
bicarbonatos, nitratos, nitritos, manganeso, fosfatos, meso filos, coliformes totales, escherichia 
coli, entre otras características. (Resolucion 2115, 2007) 
 
Ilustración 1. Valores máximos para ser un agua potable 
Fuente. (Resolucion 2115, 2007) 
Caracteristicas Valor Maximo
pH 6,5 y 9,0
Turbiedad (UNT) 2
Color (UPC) 15
Hierro (mg/L) 0,3
Cloro Residual (mg/L) 0,2 hasta 2,0
E-coli (UFC/100mL) 0
Coliformes Totales 
(UFC/100mL)
0
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Sin embargo, cuando el agua ya es usada sus condiciones actuales no son nada agradables, 
por lo que debemos apoyarnos en la resolución 0330 del 2017, la cual nos habla en el artículo 183 
de RAS que menciona las distancias mínimas para la localización de sistemas de tratamiento de 
aguas residuales centralizados, esto es relativo según sus tecnologías y la cercanía a centros 
poblados. Por otro lado, se debe hacer la captación del agua proveniente de viviendas, industrias, 
comercio, entre otras; las cual se le deben realizar unas pruebas de laboratorio donde se sacan 
muestras de agua para determinar contenidos de DBO5, DQO, SST, SSED, Grasas y aceites, 
Patógenos. Conociendo estos valores se diseña mi estructura y esto dependerá del estado actual 
del agua y la cantidad de remoción que se le debe aplicar. En el artículo 184 nos habla de cumplir 
con las eficiencias mínimas en los procesos de tratamientos. Aquí se debe verificar parámetros 
como DBO5, DQO, SST, SSED, Grasas y Aceites, y Agentes patógenos. ((RAS), 2017) 
En la Resolución 0330 del 2017 (Página 115), se evidencia que es casi necesario un 
pretratamiento, un tratamiento primario y además un tratamiento secundario para remover en un 
mayor % de DBO5, DQO, SST, SSED, Grasas y aceites, Patógenos y así garantizar su utilización 
en servicios de riego de agua en cultivos agrícolas, esto dependerá del estado inicial de las aguas 
residuales al momento de entrar a la planta de tratamiento. En la siguiente ilustración se muestran 
los procesos indispensables en el tratamiento de aguas residuales. 
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Ilustración 2. Rangos de remoción en los procesos de tratamiento de aguas residuales. Artículo 
184, página 115 
Fuente. ((RAS), 2017) 
Para una planta de tratamiento de aguas residuales,el artículo 185 menciona colocar un 
sistema de remoción de grasas y aceites en la parte de un tratamiento preliminar, igualmente en el 
artículo 186 colocar unas rejillas las cuales retengan el material grueso que trae el agua residual a 
tratar, sus medidas son relativas, pero tienen un rango y están limitadas según su caudal y velocidad 
máxima. Ahora por ultimo en este proceso inicial, nos dice el RAS en el artículo 187 y 188 que se 
debe colocar un sistema desarenador fijado por unos tamices con orificios menores de 1,5 mm y 
pueden ser más pequeños según la capacidad hidráulica (m3/min*m2); el objetivo del desarenador 
es la eliminación de partículas con diámetro mínimo de 0,3mm. ((RAS), 2017) 
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Sedimentadores. 
 En el artículo 189 de RAS, menciona los requisitos mínimos que se deben cumplir para el 
diseño de un sedimentador primario; por otra parte, en caso de que se requiera un sedimentador 
secundario, el articulo 195 también menciona los requisitos mínimos para cumplir con su diseño. 
Esto dependerá del caudal a tratar, el tiempo de retención hidráulica, el caudal medio y caudal pico 
(m3/m2-dia). Como tratamiento previo al reactor biológico de lodos activados con edades inferiores 
a 15 días. ((RAS), 2017) 
La sedimentación en una PTAR es una tecnología que está diseñada para eliminar sólidos 
suspendidos por sedimentación, en la separación de solidos por gravedad, estos se pueden diseñar 
de acuerdo a su forma cuadrada, circular y/o rectangulares; esto dependerá si se desea un 
escurrimiento lateral o radial. Su principal objetivo en la sedimentación es reducir la turbulencia y 
la velocidad de las corrientes de agua, también sirve como tratamiento preparatorio de lodos para 
el procesamiento de lodos en su forma de espesores o clarificación secundaria en el tratamiento de 
lodos activados. La sedimentación permite reducir los sólidos suspendidos (de 50 a 70%) y la 
materia orgánica (de 20 a 40% de DBO), garantizando que estos componentes no afecten 
negativamente los procesos de tratamiento posteriores. (Elizabeth Tilley, 2020) 
 
Ilustración 3. Sedimentador Circular 
Fuente. (Anónimo, 2015) 
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Lodos Activados. 
El sistema de lodos activados funciona como un tratamiento en las aguas residuales que se 
fundamenta en utilizar microorganismos formado principalmente por bacterias en suspensión y 
conocidas como licor mezclado, que convierten la materia orgánica disuelta en productos más 
simples, existe una cierto % de recirculación de los lodos activados y otro que ya sale como 
efluente. A continuación, se muestra su proceso de manera gráfica. (Valdivielso, 2021) 
 
Ilustración 4. Proceso de un sistema de Lodos Activados 
Fuente. (Valdivielso, 2021) 
En el artículo 193 de RAS, menciona los parámetros que se deben cumplir en el tren de 
tratamiento, este reactor anaeróbico se puede localizar a continuación del tratamiento preliminar 
mencionado anteriormente o después del sedimentador primario, dependiendo el proceso que se 
requiera emplear. Igualmente, os parámetros a cumplir dependerá exclusivamente del proceso que 
se realice en los lodos activados como se muestra en la siguiente ilustración. 
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Ilustración 5. Parametros de lodos activados según el proceso a utilizer 
Fuente. ((RAS), 2017) 
Filtros Percoladores. 
Es un sistema de tratamiento de agua aerobio que utiliza cultivos fijos no sumergidos, el 
cual consiste en pasar el agua residual desde la parte superior del filtro sin inundar, a través de un 
material de relleno sobre el que crecen los microorganismos, que forman una biopelícula de 
espesor variable, normalmente de algunos milímetros. Normalmente a través de un brazo rotatorio 
en el caso de los sistemas cilíndricos se hace la distribución uniforme del agua a tratar, logrando 
de esta manera permitir el correcto funcionamiento del filtro. Y al final de este proceso se hace 
una recirculación de cierto % de agua tratada compuesto por bombas y tuberías, para obtener una 
DBO5 intermedia y tener un mejor afluente para que al final el agua salga mejor tratada. (Vargas, 
2017) 
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Ilustración 6. Funcionamiento filtro precolador + decantacion secundaria 
Fuente. (Aninimo, 2019) 
En el artículo 194 del RAS, menciona el diseño para filtros percoladores que se pueden 
diseñar en un recipiente cilíndrico o rectangular con dimensiones variables, diámetros de hasta 
60m y profundidades entre 1.5m y hasta los 12m. Con ayuda de un filtrante que puede ser una 
piedra triturada (baja tasa, tasa intermedia, alta tasa), medio plástico o madera. Garantizando en el 
diseño que el medio sea durable, resistente al quebramiento, insoluble, y no debe aportar sustancias 
indeseables en el agua que se esté tratando. En la siguiente ilustración se muestran los parámetros 
de diseño para filtros percoladores y requisitos mínimos para cumplir. 
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Ilustración 7. Parametros de diseño para filtros precoladores 
Fuente. ((RAS), 2017) 
Lagunas. 
Existen tres tipos de lagunas, lagunas anaerobias, lagunas facultativas y lagunas de 
maduración. Y tiene como objetivo remover la materia orgánica que ocasiona la contaminación, 
eliminar los microorganismos patógenos que representan un grave peligro para la salud y utilizar 
su efluente para otra reutilización para finalidades agrícolas como abono. En el artículo 196 de 
RAS, se dan a conocer las especificaciones que debe cumplir las lagunas de estabilización, en 
donde según estudios el modelo más utilizado en las PTAR para este proceso es un arreglo en serie 
de laguna Anaerobia seguida de una laguna facultativa y finalmente una laguna de maduración. 
 
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Ilustración 8. Arreglo de laguna de estabilización en una PTAR 
Fuente. (Beltran, 2020) 
Operación y Mantenimiento de una PTAR 
Existen otros procesos dentro de una PTAR, pero se mencionaron los más indispensables para 
hacer un tratamiento de aguas residuales de forma adecuada y que cumpla con los requisitos 
mínimos de remoción, ya depende de cómo se encuentre el agua al entrar al sistema y requiera de 
otros procesos. Sin embargo, no basta con hacer la infraestructura de nuestra PTAR, sino que 
además requiere de una operación del sistema diariamente y un mantenimiento adecuado para 
garantizar su adecuado funcionamiento. Dentro de las actividades rutinarias para la operación y 
mantenimiento se encuentran: 
 El material grueso acumulado en las rejillas de ingresó del agua en el sistema se debe 
remover manualmente por un operario. 
 La espuma que se acumulé en la parte superior del tanque de tratamiento biológico debe 
ser eliminada, ya sea de manera manual o colocando antiespumante disponible en el área 
de tintorería. 
 La recirculación de lodos activados se debe controlar desde el clarificador secundario al 
tanque biológico. 
 Los tanques, tuberías y bombas, se debe verificar que se encuentren limpios y libres de 
obstrucciones, para su perfecto funcionamiento. 
 El funcionamiento de las válvula y bombas dosificadoras se debe verificar diariamente 
 El mantenimiento y limpieza general total de la planta se debe realizar cada 4 meses. 
(Anónimo, Manual de operacion, mantenimiento y limpieza PTAR, 2016) 
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CONCLUSIONES 
El tratamiento de aguas residuales para el riego de cultivos es una alternativa que ya se ha 
venido implementando en otros países y que funciona de manera exitosa, haciendo siempre una 
buena operación y mantenimiento de la PTAR. Logrando de esta manera darle solución a las 
problemáticas que presenta el sector agrícola en épocas de sequía y a su vez dándole un mejor 
aprovechamiento a estas aguas residuales. 
Para que una PTAR funcione adecuadamente es esencial definir bien los tratamientos 
primarios y/o secundarios que se le van a hacer a las aguas residuales, este objetivo se logra cuando 
diariamente se toman muestras de agua recolectada y se llevan a laboratorio con la finalidad de 
verificar el valor máximoaceptable definido en la resolución 2115 de 2007 y la resolución 0330 
del 2017. 
Se puede concluir que una PTAR se compone de muchos procesos que tienen que funcionar 
diariamente, por lo que se recomienda siempre contar con mínimo 2 estructuras en cada proceso, 
para que al momento de realizar un mantenimiento periódico como ocurre en los sedimentadores, 
lodos activados, filtros percoladores, entre otros. No se tenga que parar el funcionamiento de la 
planta si no que se siga trabajando así no sea al 100%. 
De igual forma, más del 50% de las aguas residuales no son tratadas en Colombia, por lo 
que es un tema a tener en cuenta por el bienestar de la salud humana y las fuentes de agua. Esto se 
logra con ayuda del gobierno, dándole un adecuado uso a los recursos de la nación y haciendo un 
constante seguimiento en todos los proyectos que se realicen a cabalidad. 
El proceso de lodos activados es un tratamiento que me genera un gran volumen de lodos 
que posteriormente entran en un proceso de secado, podemos utilizar este material como abono 
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para los cultivos aledaños a la planta de tratamiento, los cuales son transportados en camiones 
hasta su disposición final. Logrando ayudar al medio ambiente y a su vez darle una mejor calidad 
de vida a los campesinos que siempre se ven muy afectados en épocas de sequía hídrica. 
Para hacer el diseño de una PTAR para tratar agua residual y posteriormente utilizarla en 
el riego de cultivo agrícola es un proceso costoso pero que con ayuda del gobierno nacional se 
pueden lograr llevar estas técnicas en Colombia a una realidad. Igualmente, el tratamiento de estas 
aguas es relativo, debido a que depende del caudal a tratar, la carga orgánica presente, 
concentración de DBO5, concentración de coliformes totales, tiempos de retención hidráulica y 
demás factores a tener en cuenta. 
REFERENCIAS 
 
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