sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas

Seminario Internacional sobre Métodos Naturales para el Tratamiento de Aguas Residuales
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS
EMPLEADOS POR LA CVC EN EL SECTOR RURAL DEL DEPARTAMENTO DEL
VALLE DEL CAUCA - COLOMBIA
Osorio, P.*
*Subdirección Conocimiento Ambiental Territorial- Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca.
Dirección: Carrera 56 No. 11 -36. Cali. Colombia. e-mail: maria-patricia.osorio@cvc.gov.co
RESUMEN
El presente trabajo muestra las experiencias de la Corporación Autónoma Regional del Valle del
Cauca- CVC, en el tratamiento de las aguas residuales domésticas que se generan en viviendas
unifamiliares, urbanizaciones, hoteles, veredas y corregimientos situados en su zona de jurisdicción.
Se ha hecho el seguimiento de los sistemas conformados por tanque séptico, filtro anaerobio y
decantador - humedal de flujo subsuperficial, buscando alternativas que sean económicas, fáciles de
operar y mantener y que cumplan con las normas de vertimiento especificadas en la legislación
vigente, para masificarlos en la región. Se han obtenidos resultados satisfactorios con el sistema
conformado por tanque séptico y filtro anaerobio, con remociones superiores al 80% tanto en carga
DBO5 como en SST, permiten tratar aguas residuales con una composición y caudal variables
además de ser fáciles de operar y mantener por personas con mínima capacitación. En cuanto al
sistema conformado por decantador - humedal de flujo subsuperficial, se han tenido problemas que
están siendo remediados y que han permitido ir conociendo una tecnología nueva en nuestro medio,
la cual es promisoria dadas las condiciones favorables para su implementación como son: personal
disponible tanto en las universidades de la región como en la CVC para realizar las investigaciones
requeridas, existe área disponible, variedad de plantas a usar, temperatura, luminosidad, etc.
PALABRAS CLAVES
Agua residual doméstica, DBO5, filtro anaerobio, humedal, SST, tanque séptico.
INTRODUCCION
El río Cauca y sus afluentes han sido receptores de todas las aguas residuales que se generan en las
poblaciones e industrias situadas en esta cuenca, lo que ha llevado al deterioro de la calidad de sus
aguas por el incremento en la contaminación.
Debido a ese deterioro en la calidad de las aguas del río Cauca, en 1968, la CVC inició el Programa
de Control de Aguas Residuales, orientado al control de vertimientos, buscando que no se
restringieran los usos de las corrientes receptoras por las descargas. En 1976 se expidió el Acuerdo
014 de noviembre 23, en donde se reglamenta el vertimiento de aguas residuales. A nivel nacional
se encuentra vigente el Decreto 1594 de 1984 reglamentario en cuanto a usos del agua y residuos
líquidos.
En el río Cauca se encuentra una zona crítica que va desde Yumbo hasta Riofrío, con una
concentración de oxigeno del orden de 0.5 mg/l.
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El sector industrial del departamento ha realizado grandes inversiones para reducir sus cargas
contaminantes, siendo actualmente los municipios los mayores contaminantes del río Cauca,
representando una descarga de 154.4 Ton DBO5/día, que corresponde al 69.95% del total vertido al
río.
Otras Industrias
50.3 Tn/día
20%
Otros Municipios
50.4 Tn/día
23%
Papeleras
2.9 Tn/día
1%
Curtiembres
1.3 Tn/día
1%
Cali
104 Tn/día
47%
Cafeteros
7.6 Tn/día
3%
Ingenios Azucareros
4.2 Tn/día
2%
Figura 1. Carga DBO5 (Tn/día) AÑO 2002 por sectores productivos
Esto lleva a que se requiera urgentemente el tratamiento de las aguas residuales de tipo doméstico,
por ello se han buscado diferentes alternativas que sean sencillas, seguros, económicos en la
inversión inicial y en los costos de operación y mantenimiento (vigilancia mínima), operación
eficaz ante un amplio rango de caudales y cargas que permitan el aprovechamiento de los recursos
locales en materiales y personal y además deben producir un efluente con la calidad deseada.
Teniendo en cuenta lo antes indicado la CVC ha seleccionado algunos sistemas, ha construido
plantas piloto, las ha evaluado, modificado en algunos casos para reducir costos, mejorar su
funcionamiento o facilitar su operación y mantenimiento antes de entrar a implementarlos en forma
masiva.
Desde el año 1995 la CVC viene financiando la construcción de sistemas de tratamiento de aguas
residuales domésticas en el Valle del Cauca.
Actualmente se han construido más de 1200 sistemas unifamiliares conformados por trampa de
grasas, tanque séptico y filtro anaerobio, también se ha trabajado en escuelas, veredas,
corregimientos y una cabecera municipal.
También se han aceptado proyectos de sistemas que incluyen esa tecnología en urbanizaciones con
poblaciones hasta de 1500 habitantes y hoteles con capacidad hasta de 500 huéspedes.
Se ha trabajado en convenio con el Comité Departamental de Cafeteros del Valle del Cauca en
algunas ocasiones y en otras se han contratado firmas o personas naturales para su diseño y
construcción.
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También se ha financiado la construcción de dos (2) sistemas conformados por decantador humedal subsuperficial para viviendas unifamiliares y un (1) sistema conformado por rejilladecantador - humedal de flujo subsuperficial y lecho de secado.
Sistemas de tratamiento empleados
Tanque Séptico- Filtro Anaerobio:
Son sistemas complementarios, trabajan muy bien asociados. Se utilizan donde no se puede
asegurar una operación constante y un personal especializado.
Se han empleado para viviendas unifamiliares con 6 a 10 habitantes, en escuelas, en veredas y
corregimientos con poblaciones entre 120 y 4000 habitantes.
Tanque Séptico:
Es uno de los dispositivos más antiguos y ampliamente utilizados a nivel mundial, consiste en un
tanque hermético construido de ladrillo, concreto o material plástico y generalmente es rectangular.
Se diseña para un tiempo de retención de 12 a 24 horas. Se puede construir de uno, dos o tres
compartimentos. La doble cámara proporciona una mayor remoción de sólidos en suspensión,
convirtiéndose en una protección del filtro anaerobio.
En el tanque séptico se llevan a cabo los siguientes procesos:
¾ Retención de espumas y flotantes
¾ Sedimentación de sólidos
¾ Almacenamiento y digestión anaerobia de lodos
Filtro Anaerobio:
Es un tanque en concreto, ladrillo o en material plástico lleno de piedras u otro material inerte como
el polipropileno, que sirva de soporte a los microorganismos, constituyendo un lecho con elevado
grado de vacíos.
Dado q ue el flujo del agua ascendente, el líquido proveniente del tanque séptico entra por el fondo a
través de un falso fondo perforado, fluye a través del material de soporte, donde crece una película
biológica que degrada anaeróbicamente la materia orgánica, y es recogida en la parte superior
mediante una tubería perforada o una canaleta.
Este sistema permite remover la materia orgánica disuelta que no logra hacerlo el tanque séptico.
La profundidad del lecho debe estar entre 0.8 y 1.5m de profundidad y del falso fondo no debe ser
inferior a 0.3m de altura. Al incrementar esta altura han mejorado los resultados.
Como medio de soporte se utilizó piedra de río de diámetro entre 3 y 7 cm, con un porcentaje de
vacíos del 40% y material plástico de polipropileno con un porcentaje de vacíos del 90 - 95%.
Humedal Artificial De Flujo Subsuperficial o de Láminas Filtrantes:
Es un sistema de tratamiento de aguas residuales que utiliza plantas emergentes, en este caso la
gramínea denominada Phagmites Communises la que se adhieren al substrato o medio filtrante. Las
plantas se sembraron 5 por m2, cada 0.30m.
Antes del humedal se ha incluido un decantador y un lecho de secado para disponer los lodos que se
extraen cada mes.
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El diseñador-constructor ha utilizado en el humedal heno, piedra de río de 15 cm de todas las
formas, costales de fique sobe la piedra, la denominada "biomasa" como substrato es una mezcla
de humus, material poroso, medio ferroso, inóculo microbiológico, con un porcentaje de porosidad
inicial de 49% y una geomembrana de alta densidad de espesor 0.5 mm para prevenir la
contaminación de las aguas subterráneas, además de arena y aserrín.
La llamada "biomasa" es vendida por el diseñador y se considera como un "secreto" su
composición.
En la zona de entrada se ha colocado una tubería de 4 a 6"de diámetro con perforaciones de 1/2" así
como en la zona de salida, teniendo un dispositivo para variar la profundidad del agua embebidas en
una capa de piedra de río.
La CVC financió la construcción de tres (3) sistemas de tratamiento, dos (2) unifamiliares y otro
para un corregimiento con una población de 1350 habitantes.
Esta tecnología se encuentra en revisión, debe ser mejorada. La tecnología de estos humedales se
muestra en la Figura 2.
Figura 2. Tecnología de humedales con medio de soporte llamado sustratos*
*Tomado de Folleto Tecnoskandia
RESULTADOS
Tanque Séptico:
Se ha trabajado con volúmenes de 2 hasta 85.5 m3 y profundidades útiles de 1.2 a 2 m.
A los tanques sépticos construidos en veredas y corregimientos además de las aguas residuales
domésticas, llegan enjuagues del lavado de porquerizas, aguas mieles del café y efluentes de
mataderos de aves.
Tabla 1. Generación de aguas residuales: 100 - 212 l/habitante- día
Resultados
DBO5 afluente (mg/l)
DBO5 efluente (mg/l)
% Remoción
SST afluente (mg/l)
SST efluente (mg/l)
% Remoción
TRH(horas)
Universidad del Valle/Instituto Cinara
Unifamiliar
160-240
80-96
50-60
180-254
72-76
60-70
18-24
Colectivo
193-1011
77-202
60-80
148-1150
44-230
70-80
12-51 (4.5 mínimo)
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Filtro Anaerobio:
Se ha trabajado con volúmenes de 0.7 hasta 57.37 m3 y profundidades útiles de 0.8 a 1.8 m.
Tabla 2. Datos de Filtros anaerobios en operación
Resultados
DBO5 afluente (mg/l)
DBO5 efluente (mg/l)
% Remoción
SST afluente (mg/l)
SST efluente (mg/l)
% Remoción
TRH(horas)piedra
TRH (horas) plástico
COV piedra (Kg. DBO5/m3-día
Unifamiliar
80 -96
40 - 48
45-60
72-76
28-38
50-60
4.5-10
7.4
0.33-3.5
Colectivo
77-202
34-90
50-70
44-230
15-103
55-65
4.8-13.4
-------0.45 - 5.90
Tanque Séptico - Filtro Anaerobio:
Tabla 3. Datos del sistema tanque séptico – filtro anaerobio
Resultados
% Remoción DBO5
% Remoción SST
Area Requerida M2/persona
Costo Inversión Inicial US
$/persona *
Costo O & M US $/personaaño *
g DBO5/persona -día
Unifamiliar
80-81
80-82
0.5(piedra)
0.4 (plástico)
US $ 87.72(medio piedra)
83.51 (medio plástico)
US $0.42
72-110
Colectivo
86.3 (14 muestreos)
83.2 (15 muestreos)
0.33 (piedra)
US $ 45.61 (ladrillo)
$ 63.15 (concreto)
US $0.24
65-77 (con porqueriza)
37-45 (sin porqueriza)
* dólar $ 2850
Humedal Flujo Subsuperficial:
Se ha trabajado con áreas de humedal artificial entre 7.5 y 1215 m2.
Tabla 4. Datos de Humedal Flujo Subsuperficial
Resultados
DBO5 afluente (mg/l)
DBO5 efluente (mg/l)
% Remoción
SST afluente (mg/l)
SST efluente (mg/l)
% Remoción
TRH humedal (días)
TRH (horas) Sedimentador
Área Ocupada m2/persona
Inversión Inicial US $/persona
*
Costo O&M US $/per-año *
COS (Kg DBO5/ Ha -día
Unifamiliar
93-100
12-19
84
125-130
19-21
84
4.5 -3.3
12
0.75-1.1
121.15
Colectivo
236-720
24.2-91
88.4
360-436
18.7-116.6
81
1.1
6
0.9
58.88
71 - 200
0.30
607.7
* dólar $ 2850
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CONCLUSIONES
¾ El sistema conformado por tanque séptico y filtro anaerobio ha probado que es resistente a
variaciones de caudales y cargas, absorbe sobrecargas con rápida recuperación, lo que lo hace
ideal para la zona rural donde hay gran variabilidad de actividades que la diferencian de la
zona urbana o de las urbanizaciones u hoteles donde no se presentan descargas del beneficio de
café, lavados de porquerizas, sacrificio de aves, etc.
¾ La baja producción de lodos y que salen ya estabilizados facilita su mantenimiento, siendo muy
simple la operación. Los costos de Operación y Mantenimiento están en alrededor de US $ 0.24
- 0.42/ persona -año
¾ Al trabajar con medios plásticos de polipropileno con una alta porosidad se reducen los
problemas de obstrucciones en el filtro anaerobio que ocurren al usar piedra como material de
soporte de los microorganismos.
¾ El tiempo de arranque de los filtros anaerobios al usar medio plástico se incrementa en 3 a 4
meses en promedio respecto a los que usan piedra, dada la baja rugosidad que reduce la
velocidad de la colonización, pero estos filtros son más económicos al requerir un menor
volumen 2.3 veces inferior y al no obstruirse se reduce también el costo de mantenimiento.
¾ El tanque séptico tiene una baja remoción de materia orgánica disuelta deficiencia que es
subsanada por el filtro anaerobio, por ello deben trabajar juntos para cumplir con las normas de
vertimiento.
¾ Al colocar un falso fondo con una profundidad entre 0.4 a 0.55m y al reducir la altura del medio
de soporte quedando entre 1 y 1.20 m, mejora el funcionamiento del filtro anaerobio.
¾ El éxito de estos sistemas radica en la facilidad de construcción, operación y mantenimiento.
¾ Se puede concluir que el sistema conformado por tanque séptico y filtro anaerobio es confiable
para nuestro medio.
¾ La mayor deficiencia del sistema que forman el tanque séptico y el filtro anaerobio es la
presencia de organismos patógenos en su efluente, requiriendo de un tratamiento natural para
eliminarlos, como el humedal, sino se desea emplear compuestos químicos.
¾ Se tiene proyectado continuar realizando investigaciones con humedales usándolos como
tratamientos secundarios o terciarios.
¾ Los humedales son aun consideradas como "cajas negras" en las cuales no se conoce realmente
los procesos que se llevan a cabo, por ello son tan importante realizar pruebas en laboratorio y a
pequeña escala para entenderlos.
¾ Los sistemas naturales como los humedales requieren de un tratamiento preliminar - primario
y/o secundario adecuadamente diseñados para que trabajen en forma óptima y logren las
remociones que se buscan tanto en carga orgánica como en nutrientes y patógenos.
¾ El uso de una tubería perforada y localizada en el fondo del lecho en la zona de entrada favorece
la obstrucción y dificulta el mantenimiento además de presentarse flujo superficial y generación
de mosquitos y olores.
¾ Debe establecerse realmente las características de la llamada "biomasa" para conocer su
comportamiento a través del tiempo.
¾ La utilización de altas cargas orgánicas también favorece el taponamiento en los primeros
metros del humedal y la reducción del caudal que puede tratar.
¾ Actualmente los costos de construcción son muy similares a los del tanque séptico + filtro
anaerobio pero al mejorar el tratamiento primario serán superiores y el área que ocupa es el
doble o mayor.
¾ Para cada situación se deberán estudiar sus condiciones y seleccionar la tecnología más
conveniente, considerando además de los costos de inversión iniciales y de operación y
mantenimiento las características de la corriente receptora, siendo superiores las remociones en
carga orgánica del humedal además de permitir la reducción de patógenos y nutrientes en caso
de requerirse.
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REFERENCIAS
Acuerdo No.14 (1976). Reglamento para el control de la contaminación de los recursos hídricos
por vertimientos domésticos e industriales. Corporación Autónoma Regional del Valle del
Cauca. Cali Colombia.
Além Sobrinho, P. y Said, M.A. (1991). Decanto-digestor/filtro anaeróbio- Experiencias de campoProposicaoes para alteracoes do método do filtro anaerobio proposta pela NBR 7229-ABNT.
In: 16 Congreso Brasileiro de Ingenharia Sanitária e Ambiental, ABES. 2(I), 202-224.
Andrade, C. y Além Sobrinho, P. (1999). Decanto- Digestores. In: Tratamento de Esgotos
Sanitarios por Processo Anaerobio e Disposicao Controlada no Solo. ABES, Rio de Janeiro, pp.
117-130.
Campos, J.R. y Díaz, H.G. (1989). Potencialidade do Filtro Anaerobio. Revista Dae, 49(154), 2933.
Romero, J. (1999). Tratamiento de Aguas Residuales: Teoría y Principios de Diseño. Escuela
Colombiana de Ingeniería, Bogotá D.C., Colombia.
OPS; OMS; y Cenagua. (1999). Sistemas de Tratamiento de Aguas Servidas por medio de
Humedales Artificiales. Bogotá D.C., Colombia.
U.S. Environmental Protection Agency. (1988). Constructed Wetlands and Aquatic Plant System
for Municipal Wastewater Treatment. EPA/625/1-88/022, Cincinnati, USA.
U.S. Environmental Protection Agency. (1992). Wastewater Treatment/Disposal for Small
Comminities - Manual. EPA/625/R-92/005. Washington D.C., USA.
U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Subsurface Flow Construted Wetlands for
Wastewater Treatment: A Technology Assessment. EPA-832-R-93. New Orleans, USA.
U.S. Environmental Protection Agency. (2000). Constructed Wetlands Treatment of Municipal
Wastewater- Manual. EPA/625/R-99/010. Cincinnati, USA.
Young, J.C. y Mc Carty, P.L. (1969). The Anaerobic Filter for Waste Treatment. J. Water Pollution
Control Federation, 41, 160-173.
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