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DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARA EL MUNICIPIO DE SAN MARCOS-DEPARTAMENTO DE SUCRE.

DAVID ALEJANDRO HERNÁNDEZ TORRES JHOAN SEBASTIÁN SÁNCHEZ CUERVO

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2014

1

DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARA EL MUNICIPIO DE SAN MARCOS-DEPARTAMENTO DE SUCRE.

DAVID HERNÁNDEZ SEBASTIAN SANCHEZ

Trabajo de Grado para Optar al Título de Ingeniero Civil

Directora Paula Andrea Villegas González Ingeniera Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2014

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3

Nota de aceptación: ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________

_____________________________________ Ing. PAULA ANDREA VILLEGAS GONZÁLEZ Directora de Proyecto

_______________________________ Firma del presidente del Jurado

________________________________ Firma del Jurado

________________________________ Firma del Jurado

Bogotá, 28, Mayo, 2014

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A Dios porque en los momentos difíciles y de angustia nos dio la fuerza para continuar adelante sin desfallecer. A nuestros padres por sus apoyos incondicionales, en todos estos años de compañía y por ser modelo de vida. A nuestros hermanos y nuestras familias por el gran interés y apoyo en cada uno de los momentos difíciles. En especial merece un reconocimiento el interés mostrado a nuestro trabajo y a las sugerencias recibidas de la ingeniera Paula Andrea Villegas González, con la que me estamos en deuda por el ánimo infundido y la confianza en nosotros depositada.

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN ............................................................................................................. 14 1

ANTECEDENTES ........................................................................................... 16

2

OBJETIVOS.................................................................................................... 17

2.1

OBJETIVO GENERAL........................................................................................................................... 17

2.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................................... 17

3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 18

4 ESTADO DEL ARTE SOBRE PLANTAS DE TRATAMIENTO ENFOCADAS EN EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS EN ZONAS DE SACRIFICIO ANIMAL ... 19 4.1

“Tratabilidad de Aguas Residuales de Matadero con Filtros” ............................................................ 21

4.2

“Sistemas de Tratamiento para Aguas Residuales Industriales en Matadero” .................................. 22

4.3

“Humedales Artificiales para el Tratamiento de Aguas Residuales” .................................................. 22

4.4 “Producción más Limpia y Viabilidad de Tratamiento Biológico para Efluentes de Mataderos en Pequeñas Localidades” .............................................................................................................................. 23 4.5 “Evaluación Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la Central de Sacrificio del Municipio de Túquerres – Nariño.”.................................................................................................................................. 24 4.6 “Rediseño del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales de la Planta de Sacrificio de Bovinos Y Porcinos en el Municipio de Lebrija – Santander”. ..................................................................................... 25

5

NORMATIVIDAD DE VERTIMIENTOS EN COLOMBIA ................................. 26

6

CARACTERIZACIÓN DEL MUNICIPIO DE SAN MARCOS – SUCRE .......... 28

6.1

Ubicación .......................................................................................................................................... 28

6.2

Clima ................................................................................................................................................. 30

6

6.3

Población .......................................................................................................................................... 31

6.4

Alcantarillado y Otros Servicios Básicos con los que se Cuenta ......................................................... 31

6.5

Biología y Suelos ............................................................................................................................... 32

6.6

Red Hidrográfica ............................................................................................................................... 33

6.7

Ganadería ......................................................................................................................................... 33

6.8

Porcicultura ...................................................................................................................................... 34

6.9

Algunos Conflictos ............................................................................................................................ 34

7

TRATAMIENTO DE RESIDUOS LÍQUIDOS .................................................. 35

7.1

Características de las Aguas Residuales de un Matadero .................................................................. 35

7.2 Características del tratamiento a residuos líquidos ........................................................................... 36 7.2.1 Pretratamiento ..................................................................................................................36 7.2.2 Tratamiento primario .........................................................................................................37 7.2.3 Tratamiento secundario ....................................................................................................38 7.3

Comparación de sistema anaerobio y aerobio .................................................................................. 42

8 SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA EL CENTRO DE SACRIFICIO DEL MUNICIPIO DE SAN MARCOS .......................................... 43 8.1

Consideraciones iniciales para el diseño ........................................................................................... 44

8.2 Diseño ............................................................................................................................................... 47 8.2.1 Determinación de caudal ..................................................................................................48 8.2.2 Pretratamiento o tratamiento preliminar ...........................................................................56 8.2.3 Tratamiento primario .........................................................................................................57 8.2.4 Tratamiento biológico .......................................................................................................59 8.3

Aprovechamiento de residuos orgánicos .......................................................................................... 60

9

CONCLUSIONES ........................................................................................... 62

BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................... 63 ABREVIATURAS ................................................................................................... 66 ANEXOS ................................................................................................................ 68

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LISTA DE TALAS

Tabla 1.Composición del agua residual en un matadero bovino y agrícola. .......... 20 Tabla 2. Comparación de parámetros de calidad de aguas residuales de matadero ........................................................................................................................ 20 Tabla 3.Normatividad para vertimientos a cuerpos de Agua. ................................ 27 Tabla 4.Normatividad para vertimientos a cuerpos de agua con respecto a la demanda bioquímica de oxígeno. ................................................................... 27 Tabla 5. Inventario de ganado bovino en el municipio de San Marcos 2010-2011. ........................................................................................................................ 34 Tabla 6. Características de las rejillas de barras ................................................... 36 Tabla 7. Principales procesos de tratamientos biológicos ..................................... 39 Tabla 8. Ventajas y desventajas de los sistemas anaerobios y aerobios .............. 42 Tabla 9. Asignación del nivel de complejidad ........................................................ 45 Tabla 10. Distribución de consumos de agua en un matadero .............................. 46 Tabla 11. Caudales de diseño planta tambo Colombia .......................................... 49 Tabla 12. Caracterización de efluentes industriales ............................................... 50 Tabla 13. Concentración promedio de contaminantes de faena ............................ 52 Tabla 14. Resumen de cargas contaminantes ....................................................... 53 Tabla 15. Aporte de carga por habitante y por día ................................................. 54 Tabla 16. Coeficiente de consumo máximo diario ................................................. 55 Tabla 17. Coeficiente de consumo máximo horario ............................................... 55 Tabla 18. Criterios de diseño de rejillas de barras ................................................. 56 Tabla 19. Característica de la trampa de grasas ................................................... 57 Tabla 20. Características del sedimentador ........................................................... 58 8

Tabla 21. Características del FAFA ....................................................................... 59 Tabla 22 . Parámetros de diseño de la campana y bafles ..................................... 74

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LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1.Ubicación Geográfica Municipio San Marcos .................................... 29 Ilustración 2.Ubicación de san marcos dentro de la jurisdicción de Corpomojana. ........................................................................................................................ 29 Ilustración 3.Límites del municipio de San Marcos. ............................................... 30 Ilustración 4.Cobertura de acueducto y alcantarillado en San Marcos 2010. ........ 32 Ilustración 5.Descripción del proceso de un reactor .............................................. 41 Ilustración 6.Trampa de grasas.............................................................................. 57 Ilustración 7.Sedimentador ...................................... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 8.Reactor UASB ................................................................................... 59

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LISTA DE ANEXO

Anexo 1. Memoria de cálculo del diseño de sistema de tratamiento inicial .......... 68 Anexo 2. Rediseño de sistema de tratamiento ..................................................... 78

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GLOSARIO

AGUA RESIDUAL: es el residuo líquido transportado por las alcantarillas, canales o por escorrentía superficial, el cual puede incluir descargas domésticas industriales, así como también aguas lluvias, infiltraciones y flujos de entrada. AFORO DE AGUA: medición de la cantidad de agua que lleva una corriente en una unidad de tiempo. AGENTE CONTAMINANTE DE AGUA: toda aquella sustancia cuya incorporación a un cuerpo de agua conlleve el deterioro de la calidad física, química o biológica de este. ÁREA DE INFLUENCIA: comprende el ámbito espacial donde se manifiestan los posibles impactos ambientales y socioculturales ocasionados por las actividades que generan aguas residuales. AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS: son las aguas residuales procedentes de zonas de vivienda y de servicios, generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domésticas. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES: son todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizadas para efectuar cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas, ni aguas de correntía pluvial. AGUAS RESIDUALES URBANAS: son las aguas residuales domésticas o la mezcla de las mismas con aguas residuales industriales y/o aguas de escorrentía pluvial. BIODEGRABILIDAD DEL AGUA RESIDUAL: es la relación entre la DBO5 y la DQO. Deduciendo de este índice si el agua a depurar es de origen doméstico o industrial. DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxigeno en 5 días): Concentración en masa de oxigeno (O2) disuelto consumido bajo condiciones específicas (5 días a 20º C con o sin inhibición de la nitrificación) por oxidación biológica de la materia orgánica y/o inorgánica del agua. Unidades: mg/l. DECANTACIÓN: proceso mediante el cual se produce la separación de las materias en suspensión presentes en el agua, debido a que las aguas se tranquilizan y se posan los sólidos en el fondo del compartimiento, por medio de la influencia de la gravedad. DEPURACIÓN BIOLÓGICA: el objetivo del proceso biológico es la eliminación, estabilización o transformación de la materia orgánica, presente en las aguas residuales como sólidos no sedimentables. Esta acción se logra por la acción de los microorganismos mediante dos acciones complementarias: metabólica y físicoquímica. DQO (Demanda Química de Oxígeno): concentración en masa de oxígeno (O2) equivalente a la cantidad de dicromato consumido cuando una muestra de agua es tratada con este oxidante bajo condiciones definidas. Unidades: mg/l.

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FILTRO BIOLÓGICO: es un sistema de depuración biológica de aguas residuales, en donde la oxidación se produce al hacer circular, a través de un medio de soporte (filtro percolador), aire y agua residual. La circulación del aire se realiza de forma natural, por efecto de la diferencia de temperaturas del aire y el agua. Al calentarse o enfriarse el aire dentro del lecho produce una variación de densidad, provocando la circulación del aire. PRETRATAMIENTO: etapa de tratamiento que comprende la eliminación de los sólidos gruesos, arena, grava o material flotante del agua residual. TRATAMIENTO PRIMARIO: Es el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante un proceso físico y/o químico que incluye la sedimentación de sólidos en suspensión, u otros procesos en los que la DBO5 de las aguas residuales se reduzca por lo menos en un 20% antes del vertido y el total de sólidos en suspensión se reduzca por lo menos en un 50%. TRATAMIENTO SECUNDARIO: es el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante un proceso que incluye un tratamiento biológico con sedimentación secundaria u otro proceso en el que se cumplen los requisitos siguientes: • Reducción mínima en DBO5: 70% - 90%, o bien que la concentración en DBO5 a la salida del tratamiento sea de 25mg/l O2. • Reducción mínima en DQO: 75%, o bien que la concentración en DQO a la salida del tratamiento sea de 125mg/l O2. • Reducción mínima en MES (materia en suspensión): 90%, o bien que la concentración en MES a la salida del tratamiento sea de 35mg/l O2. TRATAMIENTO TERCIARIO: son los procesos adicionales de tratamiento que permiten una mayor purificación de la que se obtiene con la aplicación de los tratamientos primario y secundario. A menudo se puede integrar este tratamiento en el secundario dependiendo del tipo de eliminación que se quiera conseguir. Tipos de terciarios: eliminación de nutrientes (principalmente nitrógeno y fósforo), lagunas de clarificación, desinfección (mediante UV, ozono, cloro u otro tratamiento equivalente), filtración, etc.1

1

Asagua, Asociación Española de Empresas de Tecnologías del Agua. Glosarios de términos. [En línea]. [Citado el 20 de enero, 2015]. Disponible en Internet: http://www.asagua.es/View/page/glosario-de-terminos.

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RESUMEN

E tratamiento de las aguas residuales es cada vez más importante, no solo con el fin de reducir las cargas contaminantes emitidas a diario y vertidas en los cuerpos de agua, sino además para evitar problemas de salud pública e impactos ambientales directos en la fauna y flora. El producto de éste proyecto, a raíz de la problemática presentada, es realización un diseño de un sistema de tratamiento de agua residual para el matadero en el municipio de San Marcos en el departamento de Sucre, teniendo en cuenta las condiciones geográficas y meteorológicas de la región. Conociendo que es una zona que presenta grandes inundaciones en épocas de lluvia y de muy limitados recursos económicos. El diseño se realizó siguiendo los parámetros de construcción establecidos en la norma RAS 2000, y según las políticas de vertimientos de aguas residuales industriales del país. En el trabajo se establecen nueve capítulos, en los cuales se consignaron informaciones, investigaciones, normatividad, necesarias para el desarrollo del diseño de la planta de tratamiento de agua residual para el centro de sacrificio de San Marcos- Sucre. Como resultado final se diseñó una trampa de grasas, que consta de un ancho de 0.3 m, el número de barras fue de 10 con espesor de 1 cm cada una y un espacio entre ellas de 1.5 cm. De igual forma dentro de las características de la trampa de grasas diseñada de forma rectangular se obtuvo; un volumen de 0.15m³, con una altura de 0.20 m, base de 0.25 m y una longitud de 1.75 m. Otro elemento que fue diseñado para el sistema de tratamiento, fue el sedimentador de forma cónica para suplir las necesidades de espacio en el terreno acompañado de las ventajas de eficiencia, el diámetro superior es de 2.1 m con una capacidad aproximada de 9 m³, la altura efectiva de 3 m y un tiempo de retención de 4 horas. Por último y más importante en el sistema de tratamiento para el centro de sacrificio de San Marcos, fue el diseño del filtro anaeróbico de flujo ascendente, que tendrá como función la remoción de la carga contaminante, al igual que el sedimentador el filtro está diseñado de forma cónica, con un tiempo de retención de 1 hora, su diámetro superior será 1.2 m y tendrá una altura efectiva de 2.5 m. Para lecho filtrante se utilizara material de la zona que contenga las especificaciones mínimas para el correcto funcionamiento del filtro. 14

INTRODUCCIÓN

La creciente importancia que tiene la conservación de los recursos naturales ha despertado en el hombre, la búsqueda de métodos para cuidarlos, para que puedan ser aprovechados por los seres vivos; de aquí que uno de los recursos de vital importancia para el hombre, como lo es el agua, sea objeto de estudio. El agua ha tenido siempre influencia en el desarrollo cultural de la humanidad, hoy sigue siendo un factor vital, y este constante interés por el agua se ha convertido en una amenaza para el futuro, las fuentes superficiales son cada vez más escasas y contaminadas, debido a las cargas orgánicas provenientes de las actividades industriales, por lo que es necesario poner en funcionamiento medidas de manejo ambiental complejas que solucionen el problema de forma definitiva. En los últimos años ha tomado importancia en nuestro país el desarrollo de mecanismos que mitiguen el problema ambiental en distintos escenarios. Uno de los mayores causantes de contaminación en las fuentes hídricas son las industrias dedicadas al sacrificio animal, también llamados mataderos, que por el inadecuado manejo y disposición de los subproductos (rumen, estiércol y sangre, los cuales en su mayoría son enterrados o dirigidos directamente a las fuentes hídricas), provocan una alta carga contaminante, perjudicando así poblaciones que residen aguas abajo. En este documento se presenta la investigación de trabajo de grado para optar al título de Ingenieros Civiles. De esta forma se espera obtener un diseño de un sistema de tratamiento de agua residual en las zonas de sacrificio animal del municipio de San Marcos ubicado en la región de la Mojana en el departamento de Sucre-Colombia. Para el desarrollo del diseño se lleva a cabo una caracterización del municipio con el fin de poder observar el estado actual de este y así determinar el sistema más apropiado; además se desarrolla un estado del arte donde se recopila información que sirve como base fundamental para la realización del diseño; también se hace un análisis bioquímico de los residuos provocados por el sacrificio animal, así mismo normas legales sobre los vertimientos en Colombia.

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1

ANTECEDENTES

Este trabajo nace con el claro gusto por el campo de la hidráulica, el medio ambiente y todo lo relacionado con el manejo de éste recurso tan importante como lo es el agua. Tras conocer qué tipos de temas que maneja la Ingeniera Paula Villegas y teniendo presente el entorno del territorio de “LA MOJANA”, se puso en consideración una de las problemáticas existentes en el municipio de San Marcos y alrededores. La problemática estaba relacionada con la falta de un adecuado tratamiento de las aguas residuales o servidas que son emanadas de centros de sacrificio animal y vertidas en las fuentes hídricas sin ningún proceso de descontaminación. Según el P.O.T. de San Marcos Sucre en donde se describen las características de la zona, mencionando que uno de los sectores productivos más importantes es el ganadero que cuenta con una población bobina superior a 162.000 utilizada para ordeño y producción cárnica. Allí se evidencia la problemática existente2 . De ahí, surge la propuesta de diseñar un sistema de tratamiento de aguas residual para un centro de sacrificio animal.

2Departamento

Nacional de Planeación. Plan Básico De Ordenamiento Territorial San Marcos Sucre Cap.2. [2012]. [en línea]. [citado el 13 de enero, 2015]. Disponible en Internet: http://www.revistaescala.com/attachments/134_Pot%20San%20Marcos%20CAP%202%20Diagnostico%20Ur bano.pdf.

16

2

OBJETIVOS

2.1

OBJETIVO GENERAL

Diseño de una planta de tratamiento de agua residual para los residuos de sacrificio animal en el municipio de San Marcos-Departamento de Sucre.

2.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS   

Hacer una caracterización de la zona de estudio. Analizar los sistemas de tratamiento de agua residual para tratar los residuos de sacrificio animal a nivel mundial. Diseñar una planta de tratamiento de agua residual que integre materias primas de la región y sea eficiente en términos económicos.

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3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Según investigaciones previas a la formulación del este problema, en el plan de acción (2012-2015) la corporación para el desarrollo sostenible de la MOJANA y el San Jorge “corpomojana” hace énfasis en el deficiente saneamiento básico ambiental que existe. “De los siete municipios de la jurisdicción, cinco no cuentan con ningún sistema de tratamiento de aguas residuales en su cabecera municipal. Ninguno de los siete municipios cuenta con un sitio adecuado para la disposición final de residuos sólidos"3. El municipio de San Marcos no cuenta con un sistema de tratamiento de aguas residuales en sus zonas de sacrificio animal, incumpliendo normas ambientales que buscan la conservación, protección y manejo de los recursos hídricos. La contaminación producida ocasiona que el recurso hídrico no pueda ser reutilizado en otros escenarios de producción (agricultura, ganadería, etc.), no obstante, afecta también de manera directa la biodiversidad y fauna de la región. Al ser está una zona con importantes fuentes hídricas, la población centra su economía alrededor de la utilización y aprovechamiento de los ríos los cuales poseen, debido a la contaminación, bacterias infecciosas, virus, parásitos y sustancias químicas tóxicas. Estas al ser consumidas generan graves problemas de salud pública. Es por esto que esta problemática se debe estudiar y este trabajo de grado tendrá como propósito plantear un sistema de tratamiento de agua residual que dé solución sobre los vertimientos contaminantes que se dan en su central de sacrificio animal, mejorando así las condiciones ambientales y de salud en la región.

Oviedo, Jesús. Plan de Acción corpomojana. [2012 – 2015]. [En línea]. [Citado 10 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.corpomojana.gov.co/web/index.php/ct-menu-item-92/ct-menuitem-94. 3

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4

ESTADO DEL ARTE SOBRE PLANTAS DE TRATAMIENTO ENFOCADAS EN EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS EN ZONAS DE SACRIFICIO ANIMAL

En éste capítulo se analizaran algunas ideas tomadas de varios artículos de investigación, o fuentes de estudio, que se han realizado sobre los sistemas de tratamiento de aguas residuales en los centros o zonas de sacrificio animal. Con el fin de conocer nuevas tecnologías, medidas o innovaciones en el tratamiento de estos residuos de mayor toxicidad, para así, diseñar un sistema de tratamiento que se ajuste a las condiciones ambientales y topográficas de la zona, ya que al ser una zona que presenta grandes inundaciones, será un gran reto en este trabajo. Las cargas contaminantes en las aguas producidas por estos centros o zonas de sacrificio animal pueden disminuirse reteniendo los residuos generados del proceso de evisceración y de la recolección de estiércol recuperando las grasas en separadores y procesando mejor la sangre, las cerdas y el pelo. En general, las plantas de tratamiento en mataderos tienen en cuenta la retención de sustancias contaminantes, tóxicas y reutilizables, el tratamiento del agua como tal y el tratamiento de lodos. Los contaminantes de importancia son sólidos en suspensión, materia orgánica biodegradable, patógenos, nutrientes, contaminantes prioritarios, materia orgánica refractaria, metales pesados y sólidos inorgánicos disueltos. Antes de iniciar a tratar las experiencias a nivel mundial en la Tabla 1 se muestran los valores genéricos sobre la composición del agua residual en un matadero, según Stecher y Ruprecht. 4. Información necesaria para el análisis de los sistemas de tratamiento de agua residual.

4Muñoz,

Deyanira. Sistema de tratamiento de aguas residuales de matadero: para una población menor 2000 habitantes. [2005]. [En línea]. [Citado 18 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.academia.edu/6822584/SISTEMA_DE_TRATAMIENTO_DE_AGUAS_RESIDUALES_D E_MATADERO_PARA_UNA_POBLACI%C3%93N_MENOR_2000_HABITANTES_SYSTEM_OF_ RESIDUAL_WATER_TREATMENT_OF_SLAUGHTER_HOUSE_FOR_A_SMALLER_POPULATIO N_2000_INHABITANTS.

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Tabla 1.Composición del agua residual en un matadero bovino y agrícola. Centro Panamericano de ingeniería Sanitaria y Ciencias de Ambiente, Lima, Perú, 1991

Fuente: Muñoz, Deyanira. Sistema de tratamiento de aguas residuales de matadero: para una población menor 2000 habitantes. [2005]. [En línea]. [Citado 18 marzo, 2015] Disponible en http://www.academia.edu/6822584/SISTEMA_DE_TRATAMIENTO_DE_AGUAS_RESIDUALES_D E_MATADERO_PARA_UNA_POBLACI%C3%93N_MENOR_2000_HABITANTES_SYSTEM_OF_ RESIDUAL_WATER_TREATMENT_OF_SLAUGHTER_HOUSE_FOR_A_SMALLER_POPULATIO N_2000_INHABITANTS.

Tabla 2. Comparación de parámetros de calidad de aguas residuales de matadero

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Fuente: Muñoz, Deyanira. Sistema de tratamiento de aguas residuales de matadero: para una población menor 2000 habitantes. [2005]. [En línea]. [Citado 18 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.academia.edu/6822584/SISTEMA_DE_TRATAMIENTO_DE_AGUAS_RESIDUALES_D E_MATADERO_PARA_UNA_POBLACI%C3%93N_MENOR_2000_HABITANTES_SYSTEM_OF_ RESIDUAL_WATER_TREATMENT_OF_SLAUGHTER_HOUSE_FOR_A_SMALLER_POPULATIO N_2000_INHABITANTS.

La Tabla 1, muestra genéricamente las características del agua que emana un centro de sacrificio bovino y agrícola. En ésta se puede observar que sobresalen considerablemente las sustancias disueltas y sólidos volátiles, los cuales definirán el diseño del sistema de tratamiento más adecuado. En la Tabla 2, la comparación de las aguas residuales muestra que los sólidos fijos totales de un matadero de ganado son mayores a los de un matadero de pollo, de igual forma se observa que el DQO y el DBO5 son más críticos en el matadero de ganado, por lo que es acertado diseñar un sistema de tratamiento que solvente la gran cantidad de carga orgánica producida. 4.1

“Tratabilidad de Aguas Residuales de Matadero con Filtros”

Ésta tesis de magister ambiental, fue realizada por Jesús Mario Ortiz A. en 1992, en la Universidad Nacional de Colombia, con el fin de estudiar la tratabilidad anaeróbica de las aguas residuales provenientes de un matadero, empleó un sistema de dos filtros en serie y un tercer filtro único como testigo. Con valores promedio de carga volumétrica y tiempo de retención de 1.6 kg/ (m3*día) y 26 horas respectivamente. “Se emplearon 3 filtros (reactores), de flujo ascendente con un lecho granular como medio de soporte. Dos de los filtros fueron dispuestos en serie, en tanto que el tercero, de volumen similar al volumen de los filtros en serie, se utilizó a manera de control.” Las eficiencias de remoción de DQO total fueron similares en el filtro único y en el sistema en serie, del orden del 64% en promedio. Así mismo, la retención y acumulación de sólidos biológicos en el lecho, se mostró como la vía principal de remoción de la DQO. La diferenciación del proceso lograda con los dos filtros en serie permitió establecer que la mayor parte de la acumulación ocurrió en el filtro primario, en tanto que lo fundamental de la bioconversion en metano se produjo en el filtro secundario del sistema en serie. Él concluye que la sedimentación y flotación como tratamiento primario, pueden reducir la concentración de DQO en alrededor de un 60%, sin embargo explica, que

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el efluente contendrá una carga importante de sólidos orgánicos no solubles, que serán retenidos en el lecho granular de un filtro anaeróbico.5

4.2

“Sistemas de Tratamiento para Aguas Residuales Industriales en Matadero”

Éste artículo realizado por Julio Isaac Maldonado y Jacipt Alexander Ramón, fue publicado en la revista ambiental, Agua, Aire y Suelo (GIAAS) en 2006, el estudio, que fue realizado en el laboratorio de la Universidad de Pamplona, por medio del articulo nos indica que ellos construyeron, operaron y evaluaron a escala laboratorio un sistema de tratamiento en serie conformado por un filtro anaeróbico de flujo ascendente inoculado y un reactor secundario aeróbico de discos biológicos rotatorios. “(…) se ha implementado, un sistema conformando por un Filtro Anaeróbico de Flujo Ascendente (FAFA) en la primera etapa y los Discos Biológicos Rotatorios (Biodiscos) como reactor aeróbico secundario, construidos a escala laboratorio, reactores que una vez arrancados y estabilizados se acoplaron en serie y operaron bajo tres cargas orgánicas (CO) e hidráulicas diferentes e incrementales, hasta obtener un sistema en condiciones de estado estable (E.E).” Éste sistema puede utilizarse en la remoción de materia orgánica de las aguas producidas por los mataderos, ya que muestra eficiencias entre el “92% y 97% de DBO5 y entre 87.7% y 94.5% de DQO” con un tiempo de retención hidráulica entre 3.3 y 2.1 días, con cargas orgánicas volumétricas aplicadas sobre el FAFA entre 2.62 y 6.3 Kg.6 4.3

“Humedales Artificiales para el Tratamiento de Aguas Residuales”

Ante el incremento de las aguas residuales o servidas, se realiza una investigación enfocada en la búsqueda de alternativas para el tratamiento de aguas residuales. Mario. Tratabilidad de aguas residuales de matadero con filtros. [1992]. [En línea]. [Citado 21 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.revistas.unal.edu.co/index.php/ingeinv/article/view/24694. 5Ortiz,

6Ramón,

Alexander y Maldonado, Julio. sistema de tratamiento para aguas residuales Industriales en mataderos. revista ambiental agua aire y suelo. [2006]. [En línea]. [Citado 21 marzo, 2015] Disponible en Internet:https://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8 &ved=0CBsQFjAA&url=http%3A%2F%2Frevistas.unipamplona.edu.co%2Fojs_viceinves%2Findex. php%2FRA%2Farticle%2Fdownload%2F112%2F109&ei=ndEVbiDOIG6ggSh84GQDA&usg=AFQjCNHZwgQEKm1XHeXIUm-TaIO80nnsJA.

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Teniendo en cuenta la eficiencia, los costos, la viabilidad, los factores físicos del ecosistema. La investigación científica y sistemática amplia la credibilidad para la aplicación de los humedales como sistemas óptimos para el tratamiento de aguas residuales. Además de los diferentes tipos de humedales, se deben examinar las características de los procesos que depuran la carga contaminante. Teniendo como base el tamaño, la profundidad, pendiente, tiempos de retención en el humedal y los distintos medios filtrantes. Así como las especificaciones físicas conductividad hidráulica, granulometría del sistema. Los sistemas de humedales artificiales son una alternativa para reducir la contaminación. Se ha demostrado que son efectivos en la reducción de la materia orgánica, para transformar y asimilar nutrientes, retienen y/o eliminan sustancias toxicas que de otra manera serian vertidas sin tratamiento alguna al medio ambiente.7 Teniendo como referencia el anterior estudio, se puede contemplar la opción de crear un sistema de humedales para el control y tratamiento de las aguas servidas que son expulsadas por el centro de sacrificio de animales de San Marcos. Se tendría que verificar las condiciones óptimas para adaptar el terreno, considerando que la región de Mojana se caracteriza por alta precipitación pluvial. 4.4

“Producción más Limpia y Viabilidad de Tratamiento Biológico para Efluentes de Mataderos en Pequeñas Localidades”

Éste artículo realizado por Guillermo Chaux, Gloria L. Rojas y Lina Bolaños, en la Universidad del Cauca en el año 2009, evalúa la viabilidad de un tratamiento biológico para el efluente del matadero del municipio de El Tambo (Cauca). “Se llevaron a cabo jornadas de inspección sanitaria, aforos de caudal, cuantificación volumétrica de subproductos y análisis fisicoquímicos que incluyen: DBO5, DQO, SST, Nitrógeno Total, Fósforo Total, grasas y aceites, temperatura y pH.” Comparan el consumo de agua por parte de las reses y cerdos en los mataderos del Tambo (cauca) y de Popayán (Cauca), registrando mayores consumos en la central del Tambo (Cauca). “(…) valores de parámetros de contaminación: 9024 mg/L DQO, 1829 mg/L DBO 5, 1357 mg/L SST, 889 mg/L N, 26 mg/L P, 79 mg/L de grasas y aceites, pH de 7.6. Producción de 23 L/bovino de rumen y 28 L/bovino de sangre. El efluente es de difícil biodegradabilidad; sin embargo, el tratamiento biológico anaeróbico es viable

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mediante una eliminación previa de grasas y rumen, colectándolos por separado mediante un estricto tratamiento preliminar.” 8 El tratamiento biológico es viable mediante una eliminación previa de grasas y rumen, colectándolos por separado mediante un estricto tratamiento preliminar. El artículo evidencia un proceso de producción más limpia, a través del aprovechamiento del agua, la sangre y el rumen que se podrá utilizar en el diseño de la planta para el municipio de San Marcos. 4.5

“Evaluación Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la Central de Sacrificio del Municipio de Túquerres – Nariño.”

Ésta tesis realizada por Lilia Del Pilar Benavides, en la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales en 2006, señala los componentes de la planta de tratamiento del municipio de Túquerres en el departamento de Nariño, la cual es un referente en la elección del diseño más apropiado para el municipio de San Marcos Sucre. La planta de tratamiento del municipio de Túquerres opera de la siguiente manera: Un tratamiento primario, en el cual, las aguas negras producidas por el matadero, corren por gravedad a un pozo colector. Iniciando un recorrido por varias cámaras de pistón donde se retiran sólidos y grasas. Inmediatamente es llevada a una criba mecánica, la cual se encarga de separar sólidos mayores a 2 mm donde un operario las retira con una frecuencia que depende del volumen producido. Posteriormente pasa a un tanque homogenizador que permite la decantación de sólidos pesados. El flujo luego pasa al separador de coalescencia que separa las grasas y aceites. Un tratamiento biológico en digestores aeróbicos, donde el fluido ingresa a un reactor biológico (BIOLACE) y se realiza la floculación biológica. El agua residual preclarificada contiene impurezas orgánicas disueltas, que se eliminaran mediante una clarificación biológica, transformándolas en lodo activado sedimentable. Según los fabricantes de la planta de tratamiento, la complementación del licor mixto que es: lodo activado y agua residual más el (BIOLACE) y el sistema de aireación como complementación, producen el tiempo de retención mínima que varía según la temperatura ambiente, permitiendo que los microorganismos que contiene el 8

Chaux, Guillermo, et al. Producción más limpia y viabilidad de tratamiento biológico para efluentes de mataderos en pequeñas localidades caso: municipio del tambo (Colombia). [2009]. [En línea]. [Citado 22 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-35612009000100012.

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(BIOLACE) “se fijen o sedentarizan en unos cordoncillos elásticos que están diseñados a base de fibra sintética”. Posteriormente en el tanque postclarificador “se realiza la distribución del agua sobre la superficie total del tanque. Por causa de la baja velocidad de flujo y por su mayor densidad con respecto a la del agua, el lodo activado se precipita lentamente hasta llegar al embudo colector.” Finalmente, un tratamiento de lodos, donde el lodo activado decantado en el cono inferior se evacua mediante una bomba y el lodo de retroalimentación es retornado al reactor biológico. El lodo almacenado es deshidratado, de manera que servirá para posteriores usos agrícolas.9 4.6

“Rediseño del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales de la Planta de Sacrificio de Bovinos Y Porcinos en el Municipio de Lebrija – Santander”.

La planta que opera en el municipio de Lebrija, departamento de Santander consta de los siguientes elementos: Un sistema de conducción en el cual se transporta el agua sanguinolenta producida por el lavado. El cribado que está representado por mallas que deben cumplir la función de pretatamiento. Un sedimentador de flujo forzado que se especializa en la retención de sólidos, además de una trampa de grasas y un tanque de mezclado. Luego, se encuentra un tanque de igualación o regulador en el que se permite la homogenización de corrientes y en el cual se da inicio a las reacciones anaeróbicas. No obstante en mencionado tanque se producen capas superficiales de sólidos y grasas que deben ser removidas periódicamente. Seguido, dividido en dos secciones, se encuentra un filtro anaerobio que por su profundidad y sellado hermético genera una reacción de degeneración de tipo anaerobio con microorganismos que se propagan debido al alto contenido de materia orgánica y ausencia de oxígeno. Posteriormente otro tanque que contiene un flujo de grava y arena, funcionando como un filtro donde quedan retenidos los sedimentos generados por las reacciones anaeróbiocas a la que ha sido sometida la materia orgánica. 9

Benavides, Lilia. Evaluación de la planta de tratamiento de aguas residuales de la central de sacrificio de túquerres (Nariño). [2006]. [En línea]. [Citado 22 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.bdigital.unal.edu.co/1081/1/lilianadelpilarbenavidesbenavides.2006.pdf.

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En seguida se halla un filtro goteador en el que se mejoran los parámetros fisicoquímicos como DBO5, DQO y solidos suspendidos y una estructura escalonada que por el golpe que recibe en cada caída, permite la aireación del agua tratada para su posterior vertimiento en un cuerpo de agua.10 El pretratamiento con el que cuenta la planta de tratamiento del municipio de Lebrija, Santander, plantea un posible modelo que se puede utilizar en el momento de diseñar la planta de tratamiento de San Marcos en el departamento de Sucre.

Los diferentes estudios y artículos analizados y nombrados anteriormente, nos fijan pautas claras y directrices que nos encaminan al diseño de un sistema de tratamiento más acertado, para las características físicas y químicas del agua, además de las características generales del municipio.

5

NORMATIVIDAD DE VERTIMIENTOS EN COLOMBIA

A continuación se hace énfasis en la normatividad que se utiliza en el país sobre los vertimientos de Aguas residuales a cuerpos de agua. Se muestran tablas con valores que deben caracterizar las aguas residuales que serán vertidas. 1. Decreto 1449 de 1977, proferido por el ministerio de agricultura, en el cual determina lo siguiente. ‘En relación con la conservación, protección y aprovechamiento de las aguas, los propietarios de los predios cerca al cuerpo de agua, no deben incorporar sustancias solidas toxicas11. 2. Decreto 1541 de 1978, Art. 211, menciona ´´se prohíbe verter sin tratamiento, residuos sólidos, líquidos o gaseosos, que puedan contaminar o eutróficar las aguas, causar daño o poner en peligro la salud humana o el normal desarrollo de la flora o fauna, o impedir obstaculizar su empleo para otros consumos.´´12

10

Prada, Samuel, et al. Rediseño del sistema de tratamiento de aguas residuales de la planta de sacrificio de bovinos y porcinos en el municipio de lebrija – Santander. [2006]. [En línea]. [Citado 22 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/7586/2/121706.pdf. 11 Ministerio de salud. Decreto 1449 de 1977. [En línea]. [Citado 23marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1503. 12 Ministerio de salud. Decreto Nacional 1541 de 1978 Aguas no marítimas Reglamentación General sobre conservación y protección. Decreto1541 de 1978, Art. 211. [En línea]. [Citado 23marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1250.

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3. Decreto 1549 de 1984, Art. 72, menciona que ´´todo vertimiento a un cuerpo de agua debe cumplir con las siguientes normas”.13

Tabla 3.Normatividad para vertimientos a cuerpos de Agua.

Fuente: Ministerio de salud. Decreto 1549 de 1984, Art. 72. [En línea]. [Citado 23marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=18617.

A partir de los datos figurados en la normatividad para vertimientos en cuerpos de agua, plasmados en la Tabla 3, se evidencia que el material flotante debe ser eliminado completamente de las aguas tratadas, además se debe eliminar también en gran porcentaje las grasas y aceites previamente a su vertimiento. Tabla 4.Normatividad para vertimientos a cuerpos de agua con respecto a la demanda bioquímica de oxígeno.

Fuente: Ministerio de salud. Decreto 1549 de 1984, Art. 72. [En línea]. [Citado 23marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=18617.

13

Ministerio de salud. Decreto 1549 de 1984, Art. 72. [En línea]. [Citado 23marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=18617.

27

Para el diseño se toman los valores de remoción contenidos en la columna “usuario nuevo“, ya que el municipio de San Marcos no cuenta con una planta de tratamiento de agua residual. Ésta columna indica que los valores de remoción para desechos industriales debe ser de 80%. Se toma esta normatividad para diseñar la planta de tratamiento en el municipio de San Marcos, debido a que el RAS 2000 en el que se basara el diseño la contempla. 6

CARACTERIZACIÓN DEL MUNICIPIO DE SAN MARCOS – SUCRE

A continuación se presenta un estudio realizado sobre las características del municipio de San Marcos, el cual muestra una percepción más amplia de como es el lugar donde se diseñara el sistema de tratamiento de agua residual. 6.1

Ubicación

La Mojana pertenece a la región fisiográfica del Caribe, abarcando una extensión 500.000 ha. Debido a su topografía su paisaje está dominado por la presencia de ciénagas interconectadas por medio de caños y con zonas cuya inundación es fluctuante. Como ecosistema, presenta una gran dinámica hidrológica, asociada a las fluctuaciones del clima y su ubicación intermedia entre las estribaciones montañosas de la región Andina y la llanura de la región Caribe.14 El municipio de San Marcos se encuentra ubicado noreste del país y hace parte de la región de la Mojana. Y al suroeste del departamento de Sucre en el valle del San Jorge como se observa en la Ilustración 1; entre los ríos San Jorge y Cauca. Es Por esto que a este municipio se le conoce como "La Perla del San Jorge". San Marcos está situado en el límite entre la extensa región de las sabanas del Caribe Colombiano y la región de La Mojana, ver Ilustración 2.

14Neotropicos.

La región de la Mojana. Características. [1999]. [en línea]. [citado 18 marzo, 2015]. Disponible en Internet: http://www.neotropicos.org/ZenuesWEB/mojana.html

28

Ilustración 1.Ubicación Geográfica Municipio San Marcos

Fuente: Alcaldía de San Marcos – Sucre. El municipio en el país. San Marcos, Colombia. [en línea]. [Citado 26 Febrero, 2015] Disponible en Internet: http://sanmarcossucre.gov.co/mapas_municipio.shtml?apc=bcxx-1-&x=2684421.

Ilustración 2.Ubicación de san Corpomojana.

marcos dentro de la jurisdicción de

Fuente: Corpomojana. Corporación para el Desarrollo Sostenible de la Mojana y el San Jorge. Plan de acción. [2012-2015]. [En línea]. [Citado 18marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.planesmojana.com/documentos/normatividad/614_PLAN_DE_ACCION_20122015_CORPOMOJANA.pdf.

29

“San Marcos cuenta con una extensión total de 534,54 Km2”15, los cuales limitan en el Departamento con los municipios de La Unión, Caimito y San Benito Abad; mientras que en el Departamento de Córdoba limita con Sahagún, Pueblo Nuevo y Ayapel como se observa en la Ilustración 3.

Ilustración 3.Límites del municipio de San Marcos.

Fuente: Autores. San Marcos, Sucre, Colombia. 2015© Escala Indeterminada. “Google Maps” [En línea]. [Citado 26 Febrero, 2015] Disponible en Internet https://www.google.com/maps/place/San+Marcos,+Sucre,+Colombia/@8.594247,75.1624122,11z/data=!4m2!3m1!1s0x8e5bed150cd679db:0xcf98dae975a020a2.

6.2

Clima

La temperatura del Municipio de San Marcos se localiza en el piso térmico cálido húmedo con temperaturas promedias anuales mayores de 24ºC, con una temperatura máxima que oscila entre los 27.2ºC y 30.4ºC de acuerdo con los meses del año. Además se presenta una precipitación promedio anual de “2179 mm.” 16 Según datos disponibles, el régimen de lluvias del municipio de San Marcos está caracterizado por dos periodos bien definidos, donde los meses más secos son, 15

Alcaldía de San Marcos – Sucre. San Marcos, Colombia. [2001]. [en línea]. [Citado 26 Febrero, 2015] Disponible en Internet: http://sanmarcos-sucre.gov.co/mapas_municipio.shtml?apc=bcxx-1&x=2684421. Municipio de San Marcos, Sucre. Plan Municipal de Desarrollo [2012 – 2015]. [en línea]. [citado 26 Febrero, 2015] Disponible en Internet: http://www.sanmarcos-sucre.gov.co/apc-aafiles/64643464396364333335313262343936/plan-de-desarrollo-municipal-2012-2015.pdf. 16

30

diciembre, enero, febrero y marzo y los meses que representan más lluvias van de abril a octubre. La humedad relativa del aire afecta directamente a los fenómenos de evapotranspiración, sensación climática y punto de roció, los cuales inciden en los procesos de intercambio hídrico de las plantas y epidérmicos de los animales. En el Municipio la humedad relativa es alta con un promedio entre “76% y 84%”17. 6.3

Población

“San Marcos tiene una población de 55.032 habitantes, de los cuales 32.350 pertenecen a la cabecera municipal mientras que 22.682 habitan en la zona rural del municipio, teniendo así una densidad de población igual a 903 Hab/Km 2 según datos del censo 2005 DANE, Departamento Administrativo Nacional de Estadística”18. 6.4

Alcantarillado y Otros Servicios Básicos con los que se Cuenta

El plan de acción 2012 – 2015 para la región de la Mojana, realiza un análisis en el que determina la cobertura del servicio de acueducto y alcantarillado. “La cobertura del servicio de acueducto en las cabeceras municipales oscila entre el 80 y el 90%. Las fuentes son pozos profundos y se realiza tratamiento de purificación básicamente con cloración; en la zona rural la cobertura oscila entre 40 y 60%, en promedio, según cifras de corpomojana.”19 “En cuanto al servicio de alcantarillado la cobertura es muy baja, disponiéndose las aguas servidas, en su totalidad, a los cuerpos de agua de la zona. Los residuos sólidos son arrojados a los cuerpos de agua, lotes de terrenos vecinos, enterrados o quemados en los patios de las viviendas.”20 Para el municipio de San Marcos, la cobertura de acueducto es de 80,7%, mientras que la cobertura de alcantarillado se encuentra en 7,4%. Lo que significa que el 92,6% de la población de la cabecera municipal carece del servicio óptimo de alcantarillado y tratamiento de las aguas servidas, Ilustración 4.

17

Ibid., pag.31. de San Marcos, Sucre. Plan Municipal de Desarrollo [2012 – 2015]. Pag.36. [en línea]. [citado 26 Febrero, 2015] Disponible en Internet: http://www.sanmarcos-sucre.gov.co/apc-aafiles/64643464396364333335313262343936/plan-de-desarrollo-municipal-2012-2015.pdf. 19 Municipio de San Marcos, Sucre. Plan Municipal de Desarrollo [2012 – 2015]. Pag.105. [en línea]. [citado 27 Febrero, 2015] Disponible en Internet: http://www.sanmarcos-sucre.gov.co/apc-aafiles/64643464396364333335313262343936/plan-de-desarrollo-municipal-2012-2015.pdf. 20 Quiroz, Jesús. Plan de Acción. [2012 – 2015]. Pag 16. [En línea]. [Citado 10 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.corpomojana.gov.co/web/index.php/ct-menu-item-92/ct-menuitem-94. 18Municipio

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Según estas cifras es notoria la pronta intervención del estado, para brindar recursos para la construcción no solo de una planta de tratamiento de aguas residuales que este documento se está tratando si no la terminación de la red de alcantarillado que son de los servicios básicos de todo municipio sin excepción. Ilustración 4.Cobertura de acueducto y alcantarillado en San Marcos 2010.

Fuente: Municipio de San Marcos, Sucre. Plan Municipal de Desarrollo. [2012 – 2015]. Pag.105. [En línea]. [Citado 18 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.sanmarcos-sucre.gov.co/apc-aafiles/64643464396364333335313262343936/plan-de-desarrollo-municipal-2012-2015.pdf.

La figura 4 muestra que gran parte del municipio “80,7%”, cuenta con el servicio de acueducto, en contraste con el servicio de alcantarillado. 6.5

Biología y Suelos

Según el plan de acción 2012 – 2015 para la región de la Mojana, indica que fisiográficamente el área de jurisdicción está conformada por tres tipos de paisaje: lomerío, valle y planicie. A su vez en ellos se encuentran tipos de relieve como: en el lomerío, las lomas (sabanas colinadas); en el valle, las vegas y las terrazas altas; y en la planicie, las terrazas bajas y la llanura fluviodeltaica con variedad de geoformas: brazos deltaicos, bacines y complejo de diques y orillares.21 Dentro de las características de los suelos de San Marcos, se encuentran los suelos de textura arcillosa y fertilidad moderada, superficiales, pobremente drenados y fuertemente ácidos; están en relieve plano cóncavos con áreas depositacionales inundables. Se dedican a la ganadería y al cultivo de arroz, según datos de corpomojana.

Quiroz, Jesús. Plan de Acción. [2012 – 2015]. Pag 26. [En línea]. [Citado 10 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.corpomojana.gov.co/web/index.php/ct-menu-item-92/ct-menuitem-94. 21

32

6.6

Red Hidrográfica

La red hidrográfica de la Mojana es alimentada por tres importantes sistemas fluviales: Rio Magdalena (Brazo de Loba), Rio Cauca y Rio San Jorge; estos son los responsables de las inundaciones en mencionada región. San Marcos está bañado por numerosas ciénagas (La Cruz, San Marcos, Gamboa, Florida, Las Flores, Cuenca, La Caimanera, Palo Alto, Guayabal, El Toro entre otras) el Río San Jorge y sus afluentes, Caño Viloria, Mosquito y Carate y numerosos arroyos que atraviesan el área como San Pablo, Santo Domingo, Monte grande, La Balsa y Santiago, etc. 6.7

Ganadería22

En San Marcos, la ganadería se caracteriza por ser una actividad extensiva en el uso de la tierra, contrastando con el resto del país, es de bajo nivel tecnológico y rendimiento, con ínfimo impacto en la generación de empleo, “El hato ganadero pasó de tener en el año 2010 un total de 87.353 cabezas a 74.400 en el 2011, lo que representa un decremento de 14,8%, de los cuales el 70% son hembras y el 30% son machos. La capacidad de carga en el Municipio es de 1.2 cabezas por hectáreas.” Según estadísticas tomadas del Plan de Desarrollo Municipal 2012 – 2015, del municipio de San Marcos, señala que el número de vacas en ordeño pasó de tener en el 2010 18.913 cabezas a 16.900 en el 2011, lo que indica que presentó una disminución del 10,64%. Así mismo, representa una producción de leche diaria de 50.700 litros, que equivale a 3 litros producción vaca/día que al año le representan a este renglón económico una producción de 18.505.500 litros de leche. Con base en el censo se puede estimar la capacidad máxima que tendrá el sistema más óptimo para el municipio de San Marcos. En el año 2011 se sacrificaron un total de 8.958 bovinos, 6.174 hembras y 2.785 machos

22

Municipio de San Marcos, Sucre. Plan Municipal de Desarrollo. [2012 – 2015]. Pag 125. [En línea]. [Citado 18 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.sanmarcos-sucre.gov.co/apc-aafiles/64643464396364333335313262343936/plan-de-desarrollo-municipal-2012-2015.pdf.

33

Tabla 5. Inventario de ganado bovino en el municipio de San Marcos 20102011.

EDAD EN MESES AÑO 2010 2011 TOTAL

0-12 MACHOS HEMBRAS 9507 9506 8470 8470 17977 17976

13-24 MACHOS HEMBRAS 6330 11476 6567 8788 12897 20264

24-36 MACHOS HEMBRAS 4167 10818 4278 6504 8445 17322

MAYORES DE 36 MACHOS HEMBRAS 1925 33624 2636 28687 4561 62311

N° DE VACAS EN ORDEÑO MACHOS HEMBRAS 21929 65424 87353 18913 21951 52449 74400 16900 43880 117873 161753 35813 TOTAL

GRAN TOTAL

Fuente: Municipio de San Marcos, Sucre. Plan Municipal de Desarrollo. [2012 – 2015]. [En línea]. [Citado 18 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.sanmarcos-sucre.gov.co/apc-aafiles/64643464396364333335313262343936/plan-de-desarrollo-municipal-2012-2015.pdf.

La Tabla 5. Inventario de ganado bovino en el municipio de San Marcos 2010-2011. Muestra una descripción del ganado bovino en el municipio de San Marcos para los años 2010 y 2011. En ésta se puede observar que el total de ganado para esas fechas fue de 161.753 cabezas, de las cuales 35813 estaban en ordeño. Con base en estos datos, se realiza una proyección que determine la capacidad de la planta de tratamiento a futuro, ya que el incremento en la población determina la cantidad de carga orgánica a ser removida. 6.8

Porcicultura

En el municipio de San Marcos también se practica esta actividad de forma tradicional con cerdos criollos y de manera tecnificada con cerdos mejorados con propósito de engorde. Esta actividad se encuentra establecida en la zona rural en distintas fincas y parcelas y la comercialización se encauza hacia el mercado local y los mercados de Municipios vecinos. Según el Plan Municipal de Desarrollo 2012 – 2015. Municipio de San Marcos, Sucre en el año 2011 se sacrificaron un total de 8.958 porcinos, 6.174 hembras y 2.785 machos.23 6.9

Algunos Conflictos

Para el territorio de la MOJANA, unos de los principales problemas es el cambio generalizado en los terrenos abiertos para uso en ganadería, agricultura, asentamientos e infraestructura. Esto ocasionó que en la actualidad existan algunas

23

Municipio de San Marcos, Sucre. Plan Municipal de Desarrollo. [2012 – 2015]. Pag 125-126. [En línea]. [Citado 18 marzo, 2015] Disponible en Internet: http://www.sanmarcos-sucre.gov.co/apc-aafiles/64643464396364333335313262343936/plan-de-desarrollo-municipal-2012-2015.pdf.

34

especies en riesgo de extinción, un marcado deterioro del hábitat y una disminución crítica de la capacidad productiva. La inundación de la región corresponde a procesos naturales de normal ocurrencia periódica y se presenta asociada a la dinámica de las corrientes aluviales de los ríos Magdalena, Cauca y San Jorge y del sistema de ciénagas conexas, quebradas y caños de la región. La carencia de servicios de saneamiento básico (alcantarillado, aseo), el abuso y aplicación inadecuada de productos químicos en las actividades agrícola y pecuaria, los aportes externos de mercurio (por vía acuática y por sedimentos), la falta de control, monitoreo y de aplicación sanciones a los contraventores de las sustancias químicas utilizadas en exceso – tanto de los usuarios como de los técnicos y autoridades – producen contaminación en el recurso hídrico, la biota y los suelos. Los humedales como ecosistemas de filtración y depuración de los sedimentos y el agua que recibe la parte baja de la cuenca del San Jorge y los caños Mojana, Pancegüita, Viloria y Carate registran altos niveles de concentración de metales pesados y de atrazina. “Según estudios realizados en la MOJANA han confirmado la presencia de niveles altos de mercurio en los sedimentos, en la columna de agua, en macrofitas acuáticas y en peces de los humedales asociados al río San Jorge, al caño Mojana y al caño Panceguita”.24

7

TRATAMIENTO DE RESIDUOS LÍQUIDOS

En éste capítulo se hace una breve descripción de las características de las aguas residuales de un matadero y de cada una de las unidades en las que basó el estudio para proponer el sistema más óptimo para el municipio de San Marcos. 7.1

Características de las Aguas Residuales de un Matadero

En un centro de sacrificio animal, durante las actividades diarias se dan sustancias y elementos tales como sangre, grasas y estiércol que en conjunto le dan a las aguas de desecho las siguientes características: 

Elevado contenido de materia orgánica (DBO – DQO) en todos los subproductos y agua de lavado.

24Corpomojana.

Corporación para el Desarrollo Sostenible de la Mojana y el San Jorge Plan de acción. [2012-2015], [en línea]. [Citado 18 abril, 2015]. Disponible en Internet: http://www.planesmojana.com/documentos/normatividad/614_PLAN_DE_ACCION_20122015_CORPOMOJANA.pdf.

35



Alto contenido de grasas.



Presencia de sólidos que se generan durante el lavado.

7.2

Características del tratamiento a residuos líquidos

En general los mataderos, incluyendo el del municipio de San Marcos, presentan elevados contenidos de DBO y solidos suspendidos, por lo tanto, en su proceso de depuración es indispensable la combinación de sistemas de pretratamiento, tratamiento primario y secundario. A continuación es presentado de manera conceptual cada uno de estos sistemas. 7.2.1 Pretratamiento Éste tiene como objetivo principal, separar la mayor cantidad de sólidos suspendidos en el agua residual, que por su naturaleza o tamaño causarían problemas en los procedimientos posteriores (tratamiento primario y secundario), de igual modo separar las grasas y aceites que pueden taponar las tuberías de conducción. Los sistemas más comunes para dicho pretratamiento son las rejillas, tamices y las trampas de grasas cuya eficiencia garantiza el buen funcionamiento de los procesos posteriores. 

Rejillas

Las rejillas separan fácilmente cargas voluminosas que son transportadas por el agua residual luego del uso en el centro de sacrificio animal.

Tabla 6. Características de las rejillas de barras Características

De limpieza manual

De limpieza mecánica

Ancho de barras Profundidad de las barras Abertura o espaciamiento Pendiente con la vertical Velocidad de acercamiento Perdida de energía permisible

0.5 – 1.5 cm 2.5 – 7.5 cm 2.5 – 5.0 cm 30° - 45° 0.3 – 0.6 m/s 15 cm

0.5 – 15.5 cm 2.5 – 7.5 cm 1.5 – 7.5 cm 0° - 30° 0.6 – 1 m/s 15 cm

Fuente. Adaptado de: ROMERO, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 2001, Pág 288.

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La Tabla 6, incluye las características principales de los dos tipos de rejillas usados, de limpieza manual y mecánica. Se observa que la limpieza mecánica permite barras más anchas, pendiente de la rejilla más recta y una velocidad de acercamiento mayor, lo cual mejoraría el rendimiento de la planta de tratamiento. 

Tamiz

El tamiz en un filtro que se instala como pretratamiento en estaciones depuradoras de agua residual y “es utilizado para las separaciones sólido-líquidas. Éstos cuentan con luces de 0.5 a 1 mm y también son utilizadas como tratamiento primario en aguas urbanas con luces de 1 a 1.5 mm.”25 

Trampa de grasas

La trampa grasa se incluye en sistemas de tratamiento de aguas residuales para establecimientos con producción apreciable de grasas, con el objeto de prevenir el taponamiento de las tuberías y daños en unidades posteriores. Es el sistema más sencillo para remoción de grasas y aceites, no emulsificadas. Los métodos estándar definen grasas y aceites como grupos de sustancias con características físicas similares. El término grasas y aceites incluye materiales de origen vegetal, materiales de tejido animal, petróleo o componentes del petróleo y otros materiales extraídos por el solvente. 7.2.2 Tratamiento primario Tiene como objetivo remover los contaminantes que se pueden sedimentar y algunos flotar, que no fueron eliminados por el pretratamiento, como las grasas y el estiércol. Los sistemas de tratamiento primario más comunes son: 

Flotación por aire disuelto o disperso (DAF)

Es un proceso de separación de las partículas en suspensión mediante burbujas de aire, en una solución sobresaturada. Las partículas se aglomeran en la superficie permitiendo ser removidas por un barredor. Para alcanzar una clarificación eficiente por DAF las partículas y el color natural presente en el agua debe coagularse y flocularse con efectividad, antes de la introducción del micro burbujas para formar los agregados floculares de burbujas.26

25

Aguas del Mare Nostrum. Pretratamiento. [2014]. [en línea]. [citado 20 abril, 2015]. Disponible en Internet: http://www.tratamientosdelaguaydepuracion.es/tamiz-estatico-pretratamientos.html. 26

SINIA. Tecnologías de flotación por aire disuelto-DAF. [2003]. [en línea]. [citado 20 abril, 2015]. Disponible en Internet: http://www.sinia.cl/1292/articles-49990_03.pdf.

37



Sedimentador

Su objetivo es la remoción de los sólidos suspendidos y DBO en las aguas residuales, mediante el proceso físico de asentamiento, en la cual el agua residual es sometida a condiciones de reposo para garantizar su sedimentación. Estos tanques pueden ser rectangulares o circulares. Las partículas que aquí se sedimentan son de tipo orgánico y el proceso de este es floculento. 27 7.2.3 Tratamiento secundario El tratamiento secundario que es un tratamiento biológico, se emplea para convertir la materia orgánica fina coloidal y disuelta en el agua residual en FLOC biológico sedimentable y solidos inorgánicos que pueden ser removidos en tanques de sedimentación. Estos se emplean junto con procesos químicos y físicos para el tratamiento preliminar y primario del agua residual.28 Los sistemas de tratamiento secundario que más se utilizan son: 

Procesos de lodos activados.



Lagunas aireadas.



Filtros percoladores.



Biodiscos.



Lagunas de estabilización.

Tratamientos biológicos Consiste en la remocion de contaminantes mediante actividad biologica. La actividad bilogica se aprovecha para remover principalmente sustancias organicas biodegradables, coloides o disueltas, del agua residual, mediante su proceso de transformación en gases que escapan a la atmosfera y en biomasa extraible

27

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS-2000. Bogotá: Mindesarrollo, 2000. p. 54. [citado 20 abril, 2015]. Disponible en Internet: http://cra.gov.co/apc-aafiles/37383832666265633962316339623934/2._resolucion_1096_de_2000.pdf. 28

RESTREPO, Natalia et al. Tratamiento de Aguas Residuales. 2009, Pág 19.

38

mediante sedimentacion. La activadad biológica tambien se usa para remover nitrogeno y fosforo del agua residual. Existen tres grupos principales de procesos bilógicos: procesos aerobios, procesos anóxicos o anaerobios. Dentro de cada grupo hay además, diferentes tipos, dependiendo si el proceso es de crecimiento biológico suspendido, crecimiento bilógico adherido o una combinación de ellos. 

Los procesos aerobios son aquellos en los cuales el tratamiento se efectúa en presencia de oxígeno.



Los procesos anaerobios son aquellos en los cuales el tratamiento biológico ocurre en ausencia de oxígeno.

El proceso anóxico se remueve nitrógeno, mediante la conversión de nitrato en nitrógeno gaseoso en ausencia de oxígeno. Tabla 7. Principales procesos de tratamientos biológicos Tipo

Crecimiento

suspendido

AEROBIOS

Proceso LODOS ACTIVADOS *convencional *mezcla rápida *aireación escalonada *estabilización y contacto *oxígeno puro *tasa alta *aireación prolongada *proceso Krauss *zanjón de oxidación LAGUNAS AIREADAS DIGESTIÓN AEROBIA LAGUNAS AEROBIAS FILTROS PERCOLADORES *tasa baja *tasa alta

adherido TORRES BILÓGICAS UNIDADES ROTATORIAS DE CONTACTO BILÓGICO

39

Uso principal

Remoción de DBO y nitrificación

Remoción de DBO y nitrificación Remoción de DBO estabilización Remoción de DBO y nitrificación Remoción de DBO y nitrificación Remoción de DBO y nitrificación remoción de DBO y nitrificación

ANÓXICOS

suspendido adherido suspendido

ANAEROBIO S

hibrido

adherido

REACTORES DE LECHO FIJO BARDENPHO DES NITRIFICACIÓN DIGESTIÓN ANAEROBIA ANAEROBIO DE CONTACTO LAGUNAS ANAEROBIAS MANTO DE LODOS FLUJO ASCENSIONAL (PAMLA) O UASB FILTRO ANAEROBIO LECHO EXPANDIDO

remoción de DBO y nitrificación remoción de DBO, N y P remoción de nitrógeno remoción de DBO estabilización remoción de DBO remoción de DBO estabilización remoción de DBO y SS remoción de DBO estabilización remoción de DBO estabilización

Fuente. Adaptado de: ROMERO, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 2001, Pág 227.

La Tabla 7, plasma un resumen de los diferentes procesos de tratamientos biológicos que se usan comúnmente. Nuestro sistema se clasifica en el tratamiento biológico tipo anaerobio con crecimiento hibrido y proceso UASB, debido a que es el más conveniente para las características de la zona.

Reactores y sus modelos A continuación se realiza una descripción de los tipos de reactores que se usan comúnmente en la actualidad.

40

Ilustración 5. Descripción del proceso de un reactor

Afluente

GENERACION (Producción o destrucción) REACTOR

Efluente

Acumulación

Fuente. Adaptado de: ROMERO, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 2001, Pág 258.

El proceso que se ve en la Ilustración 5, detalla el mecanismo de funcionamiento de un reactor, en el cual el afluente se somete a una transformación en este, generando residuos (Acumulación), para luego ser expulsada con características distintas. Tipos de reactores29 Existen muchos tipos de reactores que se usan en plantas de tratamiento a nivel mundial, de los cuales los más usados son: 





Reactor de cocha de mezcla completa: “está constituido por un sistema cerrado y es muy usado en experimentos de laboratorio. Éste se caracteriza por la inexistencia de afluente y efluente con existencia de mezcla completa del contenido del tanque, es un reactor con dispersión infinita.” Reactor de flujo continuo y mezcla completa: “en este el afluente es mezclado instantánea y completamente con el contenido del reactor, donde el tanque tendrá un contenido homogéneo y por lo tanto la concentración del efluente es igual a la del licor mezclado en el reactor. Está constituido generalmente por un tanque cilíndrico o cuadrado con mezcla mecánica.” Reactor de flujo en pistón: “trabaja en estado estacionario. Esto significa que las propiedades no varían con el tiempo. Se dice que un fluido circula

29

Romero Rojas, Jairo Alberto. [2001]. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. Pág 259.

41

por un tubo en flujo pistón cuando no existen gradientes radiales y cuando no hay ningún tipo de mezcla (no existe difusión) axial.” 7.2.4 Reactor anaerobio de flujo ascendente sobre manto de lodos (UASB)30: Se hace énfasis en el reactor (UASB) ya que es en el que basaremos el diseño del sistema de tratamiento para el municipio de San Marcos, que, debido a sus características es el más óptimo para ser usado en la zona de estudio. En este tipo de reactor el agua es introducida por el fondo del reactor a través de unas boquillas uniformemente distribuidas, pasa a través de un manto de lodos y posee una estructura de sedimentación integrada al mismo tanque que permite el retorno de los lodos de manera natural al espacio de reacción inferior. El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y las partículas. Los reactores tipo UASB son los sistemas de tratamiento anaerobio más difundidos en América Latina y han sido utilizados a partir de 1988 para el tratamiento directo de las aguas residuales. Los UASB pueden actuar como tratamiento primario y secundario, pero no llegan a eficiencias de remoción superiores al 82 %. Para lograrlo deben ser complementados por sistemas aerobios tradicionales (lodos activados, lagunas, filtros percoladores, etc.) Existen dos tipos de reactores UASB, según el tipo de biomasa. El primer tipo de reactor se denomina de lodo granular. Como su nombre lo indica, se genera el lodo granular, que por sus buenas características de sedimentación y actividad metanogénica permite altas cargas orgánicas específicas; el segundo se denomina de lodo floculento, que soporta cargas menores tanto orgánicas como hidráulicas. 7.3

Comparación de sistema anaerobio y aerobio

Durante la elección del sistema de tratamiento más óptimo para el municipio de San Marcos en el departamento de sucre, se tuvo que realizar un análisis de las ventajas de los diferentes sistemas (anaerobio y aerobio), teniendo en cuenta las características del agua residual y la situación local.

Tabla 8. Ventajas y desventajas de los sistemas anaerobios y aerobios Sistemas  

30

Ventajas Bajos costos de inversión y operación Alta eficiencia en el tratamiento



Desventajas Insuficiente generación de alcalinidad y metano cuando se depuran

ROMERO, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 2001, Pág 706.

42

 Anaerobio

 

 Aerobia 

Producción de una fuente de energía Necesidad de espacio relativamente pequeño para las instalaciones Baja producción de lodo en exceso

Proporcionan mejor nivel de tratamiento, es decir mayor remoción de carga contaminante. Tratan mayor cantidad de agua.

 

 

aguas residuales muy diluidas Cinética lenta a bajas temperaturas Compuestos como NH4+, PO43- y S2- quedan en disolución, por tal motivo si es necesario, se debe usar un tratamiento posterior Mayores costos de operación Requieren mayor mantenimiento

Fuente. Los autores

La Tabla 8. Se observa un resumen de las ventajas y desventajas más claras de los sistemas aerobios y anaerobios. Según estas características, para el municipio de San Marcos se decidió optar por un sistema anaerobio, llamado Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente (FAFA), ya que al ser una zona que presenta por temporadas altos índices de inundación y con recursos económicos relativamente bajos, es más viable la ejecución de alguno de estos sistemas. 8

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA EL CENTRO DE SACRIFICIO DEL MUNICIPIO DE SAN MARCOS

A continuación se describe la metodología de diseño de cada una de las unidades que componen el sistema tratamiento de agua residual recomendado para el matadero del municipio de San Marcos.

43

Ilustración 6. Metodología de diseño METODOLOGÍA

CODIGO RAS 2000

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL

DETERMINACIÓN CARGA CONTAMINANTE

DISEÑO

TRAMPA DE GRASAS

DESARENADOR

REACTOR UASB

Fuente. Los autores

8.1

Consideraciones iniciales para el diseño

8.1.1.1 Determinación del nivel de complejidad de la planta de tratamiento para aguas residuales del matadero de San Marcos Para la estimación del nivel de complejidad del sistema de tratamiento de aguas residuales para el matadero de San Marcos, se tomó como base los parámetros del Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS título A.3 31 . Mediante estos parámetros se estimara si es factible para el 31

Ministerio de Desarrollo Económico. Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Titulo A. [2000]. [En línea]. [Citado el 28 de abril, 2015]. Disponible en Internet:http://diariodelagua.com/wp-content/uploads/Titulo-A-presentacion-al-documentotecnico.pdf.

44

municipio la ejecución de un proyecto con estas características, desde el punto de vista económico, como se muestra en la Tabla 9. Asignación del nivel de complejidad. Según el 2005 (DANE, Departamento Administrativo Nacional de Estadística San Marcos tiene una población de 55.032 habitantes, de los cuales 32.350 pertenecen a la cabecera municipal mientras que 22.682 habitan en la zona rural del municipio. La capacidad económica de los usuarios de la planta de tratamiento de aguas residual del matadero de San Marcos es baja.

Tabla 9. Asignación del nivel de complejidad

Fuente: Ministerio de Desarrollo Económico. Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Titulo A. [2000]. [En línea]. [Citado el 28 de abril, 2015]. Disponible en Internet: http://cra.gov.co/apc-aa files/37383832666265633962316339623934/3._presentaciondocumento_tecnico.pdf.

En conclusión el nivel de complejidad del sistema de tratamiento de aguas residuales para el matadero de San Marcos es Medio Alto. Lo que representa una exigencia mayor para realización de este proyecto, ya que se debe garantizar una remoción de carga contaminante mayor, para que al ser vertida en cuerpos de agua y entre en contacto con la población, no genere problemas de salud pública. 8.1.1.2 Consumo de agua por animal Según la guía ambiental para la formulación de planes de pretratamiento de efluentes industriales, del Ministerio medio ambiente y desarrollo sostenible; Para la operación de plantas de sacrificio de ganado en Colombia, en mataderos con consumo controlado de agua se reportan valores de 2500 L/1000 kg de peso de animal vivo (P.V.). De lo anterior, se obtiene que asumiendo un peso promedio de 400 Kg para bovinos y de 100 Kg para porcinos, los consumos por animal serán:

45

C = consumo por Kg.P.V. → 2500 L / 1000 kg P.V. Pb = Peso del bovino → 400 Kg Pp = Peso porcino → 100 Kg  Consumo por bovino (Cb) CxPb/1000= (2500L/KgP.V.*400kg)/1000= 1000 L cabeza de bovino  Consumo por porcino (Cp) CxPb/1000= (2500L/KgP.V.*100kg)/1000= 250L cabeza de porcino Los valores de consumo de agua obtenidos, se encuentran dentro del decreto 2278 de 1982, articulo 107 del ministerio de salud, “la cantidad de agua disponible, incluyendo la necesaria para el aseo del centro de sacrificio no será inferior a: 500 o 1000 litros por cada bovino o equino que se sacrifique”. 32.  Porcentajes del consumo total para Bovinos El 68% del consumo de agua utilizada para el proceso (lavado de viseras, panzas, lenguas, pastas y lavado de la res), el 12% en el lavado de pisos y el 20 % en lavado de corrales.   

Agua utilizada en el proceso: 680 L / bovino Lavado de pisos: 120 L / bovino Lavado corrales: 200 L / bovino

En el siguiente cuadro se muestra el porcentaje de consumo de agua para diferentes procesos dentro de un matadero:

Tabla 10. Distribución de consumos de agua en un matadero TIPO DE PROCESO % DEL CONSUMO CONSUMO (L) TOTAL Lavado de vísceras rojas 8 54.4 Lavado de vísceras blancas 15 102 Lavado res antes del sacrificio 24 163.2 Limpieza de panzas 10 68 Limpieza de tripas 10 68 Lavado de cabezas, legua y cuero 8 54.4 Lavado de canal 25 170 32

Decreto 2278 DE 1982.Ministerio de Salud. Artículo 107. [En línea]. [Citado el 28 de abril, 2015]. Disponible en Internet:http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=24295.

46

TOTAL

680

Fuente: adaptado: ministerio de medio ambiente. Guía Ambiental, formulación de planes de pretratamiento de efluentes industriales. [2002]. [En línea]. [Citado el 28 de abril, 2015]. Disponible en Internet:http://www.cortolima.gov.co/SIGAM/cartillas/efluentesindustriales/Efluentes%20industri ales%201.pdf.

 Porcentajes del consumo total para porcino De los 250 litros de agua consumida en el sacrificio de porcinos, el 20 % se destinan en el lavado de corrales, el 60 % se consumen en el proceso de matanza y el 20% en el lavado de pisos y otros. Por lo tanto, el consumo de agua por procesos en el siguiente: • • •

Lavado de corrales: 50 L / porcino Proceso de sacrificio: 150 L / porcino Lavado y otros: 50 L / porcino

El anterior análisis de consumos de agua, es de vital importancia para el desarrollo de este diseño, debido a que se encontraron dificultades al momento de definir el caudal de diseño, por tal motivo se utilizaron los consumos de agua de un matadero promedio en país, para determinar la cantidad de agua que se consume en el momento de sacrificar un animal ya sea bovino o porcino.

8.2

Diseño

Inicialmente se tomó como base de cálculo el caudal de diseño 22 m³/d, equivalen a 0.25 L/s, el cual fue determinado con el número real de animales sacrificados diariamente en el matadero de San Marcos, y como se observa en la Tabla 11, el caudal de diseño del matadero de tambo Colombia, es mayor y como se evidencia en las memorias de cálculo en el anexo 1, el caudal no permite obtener las dimensiones reales de un sistema de tratamiento acorde al proceso efectuado en el matadero por lo que se realiza un rediseño. A partir de los datos obtenidos, ver anexo 1, diseño inicial y las consideraciones del matadero, se concluyó en optar por diseño que supla las necesidades que a un futuro demande el matadero. El caudal de diseño 70 L/h calculado para el rediseño, ver anexo 2, permite obtener las dimensiones de un sistema de tratamiento acorde al proceso efectuado en el matadero y a su vez permite la construcción del mismo. Los cálculos obtenidos en el diseño inicial se pueden observar en el anexo 2.

47

La planta de tratamiento de agua residual diseñada para el matadero de San Marcos, debe tener en cuenta las consideraciones mínimas que son definidas en este capítulo. 8.2.1 Determinación de caudal Para la estimación del caudal de diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales del matadero de San Marcos, se tendrán en cuentan la cantidad de agua que demanda un matadero para la ejecución de sus diferentes procesos.  Consumo diario de agua NR= 35 reses Cdb = NR x Cb = 35 reses x 1 m³ = 35 m³ / d Donde: NR: número de reses a sacrificar por día. Cdb: consumo diario bovino m³/d. Cb: consumo de bovinos m³. NP = 15 porcinos Cdp = NP x Cp = 15 porcinos x 0.25 m³ = 3.75 m³ / d Donde: NR: número de porcinos a sacrificar por día. Cdp: consumo diario porcino m³/d. Cp: consumo de porcino m³. Los datos del número de animales sacrificados por día fueron suministrados por personal que labora en el Matadero de San Marcos  Consumo total de agua (CT) CT = Cdb + Cdp = 35 m³ / d + 3.75 m³ / d = 38.75 m³ / d Donde: CT: consumo total de agua m³/d. Cdb: consumo diario porcino m³/d. Cdp: consumo diario porcino m³/d. Teniendo en cuenta que el agua utilizada en los animales no se integrara al producto, la producción de aguas residuales será igual a la del consumo. A continuación se muestra el caudal diario total. Sacrificio de bovinos:

35 m³ / d

Sacrificios de porcinos: 3.75 m³ / d

48

Caudal Diario Total:

38.75 m³ / d

Tabla 11. Caudales de diseño planta tambo Colombia

Fuente: Chaux, Guillermo, et al. Producción más limpia y viabilidad de tratamiento biológico para efluentes de mataderos en pequeñas localidades caso: municipio del tambo (Colombia). [2009]. [En línea]. [Citado 30 abril, 2015] Disponible en Internet: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-35612009000100012.

Según las investigaciones realizadas en el matadero de tambo Colombia33, el caudal de diseño como tema de comparación es de 1,54 L/s como se observa Tabla 11. A comparación del caudal del matadero de San Marcos 38.75 m³ / d que equivale a 0.46 L/s, es clara la diferencia que hay, por el tamaño del matadero de San Marcos y por el poco número de animales sacrificados, adicionalmente a este caudal se afectara por los coeficientes en la Tabla 16 y la Tabla 17; factores de seguridad para efectos de crecimiento del matadero. 8.2.2 Características de las aguas residuales

33

Chaux, Guillermo, et al. Producción más limpia y viabilidad de tratamiento biológico para efluentes de mataderos en pequeñas localidades caso: municipio del tambo (Colombia). [2009]. [En línea]. [Citado 30 abril, 2015] Disponible en Internet: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-35612009000100012.

49

Las concentraciones contaminantes de las aguas residuales de mataderos y frigoríficos, presentan un gran rango de variación dependiendo los procedimientos o técnicas para el sacrificio empleadas y del consumo de agua. En la zona de sacrificio los desperdicios producen una cantidad considerable de material en suspensión, la sangre tiene mucho nitrógeno y se descompone fácilmente. Es así que para el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales del matadero de San Marcos se deben tener en cuenta la cantidad de SST (Solidos Suspendidos Totales) y DBO₅ (Demanda Bioquímica de Oxigeno). Para ello se tomaron valores de las características de los afluentes presentados en la Guía Ambiental de Formulación de Planes de Pretratamiento de Efluentes Industriales, del ministerio de medio ambiente:

Tabla 12. Caracterización de efluentes industriales Tipo de Características de los efluentes industria Unidades DBO₅(kg/und) DQO(kg/und) SST(kg/und)

AyG (kg/und) 2.8

Matadero 1 Ton 6.4 4 5.2 Fuente: adaptado de: Ministerio de Medio Ambiente. Guía Ambiental, formulación de planes de pretratamiento de efluentes industriales. [2002]. [En línea]. [Citado el 29 de abril, 2015]. Disponible en Internet:http://www.cortolima.gov.co/SIGAM/cartillas/efluentesindustriales/Efluentes%20industriales %201.pdf.

Análisis de concentración por bovino A continuación se determinara la concentraciones de DBO₅, DQO Y SST; que se calcula con base en la Tabla 12, y el peso promedio de un bovino y porcino. De acuerdo al consumo en litros promedio que es utilizado para el sacrificio de un animal ver Tabla 10, se asumió 2500 L para el cálculo. 1000 kg → 6.4 Kg DBO₅ 400 Kg → x

x= 2.56 Kg DBO₅

2500 L → 6.4 Kg DBO₅ X → 2.56 Kg DBO₅ 1000 Kg → 4 Kg DQO 400 Kg → x

x= 1000 L

x= 1.6 Kg DQO

2500 L → 4 Kg DBO₅

50

X

→ 1.6 Kg DBO₅

x= 1000 L

1000 Kg → 5.2 Kg SST 400 Kg → x

x= 2.08 Kg SST

2500 L → 5.2 Kg DBO₅ X → 2.08 Kg DBO₅

x= 1000 L

Los datos obtenidos anteriormente de concentraciones están determinados con base en 1 m3 que equivale a 1000 L. DBO₅= 2.56

𝐾𝑔

*

𝑚3

𝐾𝑔

DQO= 1.6 𝑚3 *

10 6𝑚𝑔 1 𝐾𝑔

10 6𝑚𝑔

𝐾𝑔

SST= 2.08 𝑚3 *

*

1 𝑚3 1000 𝐿

1 𝑚3

10 6𝑚𝑔 1 𝐾𝑔

𝐿

𝑚𝑔

* 1000 𝐿 = 1600

1 𝐾𝑔

𝑚𝑔

= 2560 𝐿

1 𝑚3

𝑚𝑔

* 1000 𝐿 = 2080

𝐿

Análisis de concentración por porcino 𝐾𝑔

DBO₅= 0.64 𝑚3 * 𝐾𝑔

DQO = 0.4 𝑚3 * 𝐾𝑔

SST= 0.52 𝑚3 *

10 6𝑚𝑔 1 𝐾𝑔

10 6𝑚𝑔 1 𝐾𝑔 10 6𝑚𝑔 1 𝐾𝑔

1 𝑚3

𝑚𝑔

* 1000 𝐿 = 640 1 𝑚3

* 1000 𝐿 = 400 1 𝑚3

𝐿

𝑚𝑔 𝐿

𝑚𝑔

* 1000 𝐿 = 520

𝐿

Con base en estos valores, las concentraciones de solidos suspendidos asumidos para el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para el matadero de san marcos son: Sacrificio de bovinos 𝑚𝑔 DBO₅ (mg/L) = 2560 𝐿 DQO (mg/L) = 1600 SST (mg/L) = 2080

sacrificio de porcinos 𝑚𝑔 DBO₅ (mg/L) = 640 𝐿

𝑚𝑔

DQO (mg/L) = 400

𝐿

𝑚𝑔

SST (mg/L) = 520

𝐿

51

𝑚𝑔 𝐿

𝑚𝑔 𝐿

Tabla 13. Concentración promedio de contaminantes de faena

Fuente: Chaux, Guillermo, et al. Producción más limpia y viabilidad de tratamiento biológico para efluentes de mataderos en pequeñas localidades caso: municipio del tambo (Colombia). [2009]. [En línea]. [Citado 30 abril, 2015] Disponible en Internet: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-35612009000100012.

Según los datos obtenidos para el diseño, se compararon las concentraciones para verificar si se encuentran dentro de los rangos de otros centros de sacrificio, es importante resaltar que se encuentran dentro de rangos de concentraciones de DBO₅, DQO Y SST ver Tabla 13, los cuales están descritos en el trabajo de investigación de la “Producción más limpia y viabilidad de tratamiento biológico para efluentes de mataderos en pequeñas localidades caso: municipio del tambo (Colombia)”34. Las concentración DBO₅: 2560

𝑚𝑔 𝐿

se encuentra dentro del rango de 3500 y 12000

que describe la Tabla 13, así como DQO: 1600 2080

𝑚𝑔 𝐿

𝑚𝑔 𝐿

dentro de 1200 y 7000

𝑚𝑔 𝐿

𝑚𝑔 𝐿

y los SST:

, como es notorio en cualquier matadero la cantidad de material suspendido

y se encuentra dentro del rango de 700 y 3000

𝑚𝑔 𝐿

.

Análisis de las cargas contaminantes 

Sacrificio de bovinos

Caudal Diario= 35 m³ / d 𝑚𝑔 DBO₅ (mg/L) = 2560 𝐿 → 2560 g/m³ 34

Chaux, Guillermo, et al. Producción más limpia y viabilidad de tratamiento biológico para efluentes de mataderos en pequeñas localidades caso: municipio del tambo (Colombia). [2009]. [En línea]. [Citado 30 abril, 2015] Disponible en Internet: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-35612009000100012.

52

𝑚𝑔

DQO (mg/L) = 1600 SST (mg/L) = 2080

𝐿 𝑚𝑔 𝐿

→ 1600 g/m³ → 2080 g/m³ 1

𝑔

1

1

𝑔

1

Carga de DBO₅=Cdb * DBO₅ * 103 = 35 m³ / día * 2560 𝑚³ * 1000 = 89.6 kg/d Carga de DQO = Cdb * DQO * 103 = 35 m³ / día * 1600 𝑚³ * 1000 = 56 kg/d 1

𝑔

1

Carga de SST= Cdb * SST * 103 = 35 m³ / día * 2080 𝑚³ * 1000 =72.8 kg/d 

Sacrificio de porcinos

Caudal Diario= 3.75 m³ / d 𝑚𝑔 DBO₅ (mg/L) = 640 𝐿 → 640 g/m³ DQO (mg/L) = 400 SST (mg/L) = 520

𝑚𝑔

𝐿 𝑚𝑔 𝐿

→ 400 g/m³ → 520 g/m³ 1

Carga de DBO₅ = Cdp* DBO₅ * Carga de DQO = Cdp* DQO * Carga de SST = Cdp* SST *

103 1

𝑚³

103 1

103

𝑚³

𝑔

1

= 3.75 𝑑𝑖𝑎 * 640 𝑚³ * 1000 = 2.4 kg/d 𝑔

1

= 3.75 𝑑𝑖𝑎 * 400𝑚³ * 1000 = 1.5 kg/d 𝑚³

𝑔

1

= 3.75 𝑑𝑖𝑎 * 520 𝑚³ * 1000

= 1.95 kg/d

El siguiente cuadro resume las cargas contaminantes a tener en cuenta para el diseño:

Tabla 14. Resumen de cargas contaminantes Agua Residual Caudal DBO₅ (kg/d) (m³/d) Sacrificio 35 89.6 Bovinos Sacrificio 3.75 2.4 Porcinos TOTAL 38.75 92 Fuente: autores 2015

53

DQO (kg/d)

SST(kg/d)

56

72.8

1.5

1.95

57.6

74.75

DBO₅ promedio =

𝑘𝑔 𝑑

92

57.6

DQO promedio =

∗ 1000

38.75 𝑚3 /𝑑 𝑘𝑔 𝑑

= 2374 mg / L

∗ 1000

38.75 𝑚3 /𝑑 74.75

SST promedio =

𝑘𝑔 𝑑

∗ 1000

38.75 𝑚3 /𝑑

= 1486 mg / L

= 1929 mg / L

Calculo de población equivalente en términos de DBO₅, DQO Y SST Aunque en Colombia no se tiene oficializada una cifra del aporte diario de una persona para ninguno de los parámetros, algunos de estos valores, fundamentados en la normativa europea, se exponen en la siguiente tabla.

Tabla 15. Aporte de carga por habitante y por día PARAMETRO APORTE DE 1 HABITANTE EQUIVALENTE 60 g / día DBO₅ DQO 135 g /día SST 90 g / día Fuente: Universidad nacional abierta a distancia. Diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales. Carga contaminante y habitantes equivalentes. [2006]. [En línea]. [Citado el 29 de abril, 2015]. Disponible en Internet:http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358039/ContenidoLinea/leccion_2_carga_contamin ante_y_habitantes_equivalentes.html.

DBO₅ = DBO₅ = SST =

92𝑘𝑔/𝑑

= 1533 habitante- equivalente

0.06 𝑘𝑔/𝑑 57.6𝑘𝑔/𝑑 0.135 𝑘𝑔/𝑑

74.75𝑘𝑔/𝑑 0.09 𝑘𝑔/𝑑

= 426 habitante- equivalente

= 830 habitante- equivalente

Los datos obtenidos anteriormente son producto de una comparación de acuerdo a la carga contaminante y el aporte de un habitante de carga contaminante en un día mirar Tabla 15, en conclusión estos datos fueron determinados para tener presente la cantidad de carga contaminante que emite el matadero de san marcos expresada en el número de habitantes que equivalen. Demanda

54

Tabla 16. Coeficiente de consumo máximo diario

Fuente: Ministerio de Desarrollo Económico. Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Titulo B. [2000]. [En línea]. [Citado el 29 de abril, 2015]. Disponible en Internet: http://cra.gov.co/apc-aafiles/37383832666265633962316339623934/4._Sistemas_de_acueducto.pdf.

En Tabla 16, se muestran los coeficientes de consumo máximo diario K₁ utilizados para determinar el caudal máximo diario; teniendo en cuenta el nivel de complejidad del sistema, se encuentra el factor de mayoración o coeficiente de consumo máximo diario, que determinara el nuevo caudal.

Tabla 17. Coeficiente de consumo máximo horario

Fuente: Ministerio de Desarrollo Económico. Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Titulo B. [2000]. [En línea]. [Citado el 29 de abril, 2015]. Disponible en Internet: http://cra.gov.co/apc-aafiles/37383832666265633962316339623934/4._Sistemas_de_acueducto.pdf.

La Tabla 17, contiene los coeficientes de consumo máximo horario K₂, utilizados para determinar el caudal máximo horario; teniendo como referencia que tipo de red que se diseñara ya sea red de distribución, red secundaria o red matriz y el nivel de complejidad del sistema, para encontrar el valor que afectara el caudal máximo diario, y como resultado el caudal máximo horario que será utilizado para el diseño del sistema de tratamiento agua residuales para el matadero de San Marcos.  Caudal medio diario El producto de la suma de los consumos de agua diarios de bovinos y porcinos establece el caudal medio diario del centro de sacrificio de San Marcos. Qmed= Cdb + Cdp = 35 m³/ d + 3.75 m³/ d= 38.75 m³/ d = 0.45 LPS Donde: Qmed: caudal medio diario m³/ d 55

Cdb: consumo diario bobino m³/d. Cdp: consumo diario porcino m³/d.  Caudal máximo diario QMD= Qmed * K₁ = 38.75 m³/ d * 1.20 = 46.5 m³/ d = 0.54 LPS  Caudal máximo horario QMH= QMD * K₂ = 46.5 m³/ d * 1.50 = 69.75 m³/ d = 0.81 LPS 8.2.2 Pretratamiento o tratamiento preliminar Es el tratamiento básico que se le da a los vertimientos con el fin de remover solidos gruesos y objetos que pueden impedir el funcionamiento de bombas y equipos o causar taponamiento en las redes de drenaje internas, o para evitar el deterioro de las estructuras posteriores. Para el caso de un matadero, este material lo componen residuos de lavado de panzas, lavado de corrales, lavado de vísceras, entre otros. 8.2.2.1 Criado Es la operación utilizada para separar material grueso del agua, mediante el paso de ella por una criba o rejilla.

Tabla 18. Criterios de diseño de rejillas de barras Características De limpieza manual Ancho de la barras 0.6 -1.5 cm Profundidad de las barras 2.5 – 7.5 cm Abertura o espaciamiento 2.5 – 5.0 cm Pendiente con la vertical 30° - 45° Velocidad de acercamiento 0.3 – 0.6 m/s Fuente: adaptado de: ROMERO, Jairo. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 2001, Pág 288.

Como resultado de la metodología utilizada para el diseño de esta, ver Anexo 2, se obtuvieron las dimensiones que se indican a continuación. Ancho = 0.3 m Numero de barras = 10 barras Espesor de las barras = 1 cm Espacio entre barras = 1.5 cm

56

8.2.2.2 Trampa de grasas Como resultado de la metodología utilizada para el diseño de la trampa de grasas, ver Anexo 2, se obtuvo las dimensiones que se indican en la Tabla 19 y en la Ilustración 7.

Tabla 19. Característica de la trampa de grasas Parámetro Sigla Volumen V Tiempo de retención Tr Área superficial As Altura h Borde libre BL Base b Longitud L Distancia bafles – tanque Altura bafles -

Valor 0.15 3 0.20 0.20 0.25 0.25 1.75 0.10 0.23

Unidad m³ min m² m m m m m m

Fuente: autores 2015

Ilustración 7.Trampa de grasas

Fuente: autores 2015

8.2.3 Tratamiento primario 8.2.3.1 Sedimentador Teniendo en cuenta que no se conoce el sitio estratégico donde se construirá el sedimentador y asumiendo que el espacio para ello será pequeño se ha concluido que la opción más adecuada que suplirá cualquier imprevisto para su ejecución Sera el diseñó de un sedimentador de forma circular siguiendo la metodología descrita 57

en el Anexo 1. Las dimensiones del sedimentador se muestran en la Tabla 20, y en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia., se presentan las dimensiones del sedimentador.

Tabla 20. Características del sedimentador Parámetro Sigla Valor Área mayor As 3.6 Tasa superior 1 Ts1 0.8 Diámetro superior 2.1 Ø Área menor Am 2.3 Tasa superficial 2 Ts2 0.125 Diámetro inferior 1.7 Øm Volumen total sed V 11.6 Tiempo de retención tr 4 Altura cilindro hc 1.6 Borde libre BL 0.67 Volumen cilindro Vc 5.9 Altura cono h 1.4 Volumen cono Vef 5.7 Fuente: autores 2015

Ilustración 8.Sedimentador

Fuente: autores 2015

58

unidades m² m/h m m² m/h m m³ h m m m³ m m³

8.2.4 Tratamiento biológico 8.2.4.1 Diseño del filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA) Para el diseño del UASB o filtro anaeróbico de flujo ascendente se siguió la metodología presentada en el anexo 2. En la tabla 18 y en la figura 8, se muestran las dimensiones de este reactor.

Tabla 21. Características del FAFA Parámetro Carga DQO Tiempo de retención Área Diámetro mayor Altura del cono Volumen del cono Altura del cilindro Volumen del cilindro Carga orgánica volumétrica Carga orgánica superficial Velocidad ascensional

Sigla C tr A Ø x Vct H Vcil COV Chsup Vasc

Valor 139,68 1 1,2 1,2 0,9 0,7 1.5 1,7 58,2 1,9 1,9

Fuente: autores 2015

59

Unidades kg/Ddqo h m² m m m³ m m³ kgDQO/m³-d m/h m/h

Ilustración 9.Reactor UASB

Fuente: autores 2015

8.3

Aprovechamiento de residuos orgánicos35

En los mataderos se generan residuos orgánicos aprovechables como lo son sangre, contenido ruminal, estiércol, uñas, cascos, restos de pelos entre otros. a. 8.3.1 Aprovechamiento de sangre: La sangre contiene gran valor biológico, especialmente de proteína y minerales como (calcio, fósforo, manganeso, magnesio, sodio y hierro). Se recomienda recolectar la sangre en una pileta de sangrado que debe ser construida en el sitio de degüello; o en un recipiente, que cumpla dicha función. Se debe dar suficiente tiempo de sangrado para lograr evacuar del cuerpo del animal la mayor cantidad de sangre; ya que el animal continúa sangrando a lo largo del proceso dentro del matadero, ésta sangre puede ser recolectada para darle posterior uso.

35

González, Mauricio. Aspectos Técnicos para el Aprovechamiento de Residuos Orgánicos Generados en Mataderos. [2001]. [en línea]. [citado 20 mayo, 2015]. Disponible en Internet: http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/resisoli/peru/colres001.pdf.

60

Este proceso de recolección de la sangre debe ser de mucho cuidado, para evitar la contaminación del producto con el agua de lavado, el contenido gastro-intestinal, el pelo del animal o cualquier otro material extraño. Luego de recoger la sangre en recipientes se recomienda almacenarla como insumo de harina de sangre; la cual es elaborada a través de un proceso de deshidratación de la sangre entera líquida, que comprende la coagulación proteica y la eliminación rápida de gran parte de la humedad.36 b. Aprovechamiento ruminal: El rumen es uno de los mayores causantes de contaminación ambiental, pero es rico en proteínas, minerales y vitaminas que lo hacen aprovechable. La harina ruminal se puede utilizar como materia prima en la fabricación de concentrado para animales, especialmente en ganadería productora de leche, avicultura y cunicultura. El contenido ruminal puede ser utilizado en forma directa, como lo ha sido antes en la alimentación animal, especialmente en la porcicultura. En este punto se debe tener en cuenta el elevado contenido de fibra y de otra parte, las consideraciones de sanidad animal pertinentes. Puede ser utilizado también en abonamientos y lombricultura. c. Aprovechamiento de cachos y pesuñas: El cacho y la pezuña son dos subproductos que, por sus características físico químicas, presentan alguna dificultad para su recolección, almacenamiento y proceso; pueden ser utilizados como fuente protéica en alimentos concentrados, previa hidrólisis de los cartílagos; son útiles en artesanías y en la fabricación de espumas en la industria de extintores. d. Aprovechamiento de estiércol: Los mataderos cuentan con una variedad de alternativas para manejar el estiércol generado en sus establecimientos, con la finalidad de evitar el impacto ambiental y convertirlo en una fuente de ingresos y de complementos a las actividades agropecuarias de la región. Se puede utilizar en actividades de compostaje y lombricultura.

36

Ibid., pag 5.

61

9

CONCLUSIONES

Se diseñó un sistema de tratamiento de aguas residuales para el centro de sacrificio de San Marcos- sucre, que consiste en un reactor anaeróbico de flujo ascendente. Teóricamente la remoción producida por esta planta es superior al 80%, por lo que cumple con los parámetros de vertimientos en Colombia. Debido a la lejanía del municipio de San Marcos, fue imposible tomar mediciones en sitio, por lo que nos apoyamos en datos tomados de sistemas informáticos generales de la región y comunicaciones con la alcaldía del municipio. El caudal de diseño con el caudal real no permite obtener las dimensiones reales de un sistema de tratamiento acorde al proceso efectuado en el matadero, por lo que se realiza un rediseño aumentando la cantidad de animales sacrificados y así el caudal para incrementar las dimensiones de la planta de tratamiento. El reactor genera biogás, el cual puede ser utilizado como energía sostenible por los habitantes del pueblo. Es importante recolectar la sangre en su totalidad, ya que es el residuo más contaminante. Para ello se deben tomar medidas en el momento de sacrificar el animal y verter la sangre en las tuberías. El rumen que se recolecta puede ser utilizado en la producción de humus y compost.

62

Debido a que cada animal gasta 1 m3 en el proceso de sacrificio, genera altos costos en el tratamiento. En este sentido es necesario fomentar procesos educativos para reducir el consumo innecesario de agua.

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64

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65

ABREVIATURAS A: afluente. AR: agua residual. ARI: agua residual industrial. CH: carga hidráulica. CHS: carga hidráulica superficial. CO: carga orgánica. COV: carga orgánica volumétrica. DBO: demanda bioquímica de oxígeno. DQO: demanda química de oxígeno.

66

E: efluente. Ef: eficiencia. G y A: grasas y aceites. MO: materia orgánica. OD: oxígeno disuelto en el agua. PTAR: planta de tratamiento de aguas residuales. PPTAR: planta piloto de tratamiento de aguas residuales. UASB: reactor. RAFA: reactor anaeróbico de flujo ascendente. ST: sólidos totales. SST: sólidos suspendidos totales. T°: temperatura. TRH: tiempo de retención hidráulico.

67

ANEXOS

ANEXOS

Anexo 1. Memoria de cálculo del diseño de sistema de tratamiento inicial A continuación se presenta la memoria de cálculo del diseño de cada una de las unidades que componen el sistema de tratamiento de agua residual recomendado para el matadero de San Marcos. El diseño fue realizado teniendo en cuenta los parámetros de diseño y consideraciones técnicas descritas en el RAS. Caudal de diseño 22 m³/d Diseño de trampa de grasas  Tiempo de retención hidráulico Para estos sistemas el recomendado en el reglamento RAS 2000, titulo E tabla E 3.2. (3 minutos para caudales entre 2 y 9 LPS)37 37

Ministerio de Desarrollo Económico. Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Titulo E Tratamiento de aguas residuales. [En línea]. [Citado el 29 de abril, 2015]. Disponible en Internet: http://diariodelagua.com/wp-content/uploads/Titulo-Etratamiento-de-aguas-residuales.pdf

68

Tr= 3 minutos  Volumen del sistema V= Q (m³/s) * Tr * 60 s = 0.0002 m³/s * 3 min * 60s = 0.036 m³  Área superficial As = Q / qs Se sabe que el valor de la carga superficial (qs, debe estar entre los valores de 2.5 -4 lps/m², por los cual se asume un valor qs= 4 lps/m². 𝑄

0.25 LPS

As= 𝑞𝑠 ̊ =

4 𝐿𝑃𝑆 /𝑚²

= 0.0625 m²

Teniendo en cuenta que la relación ancho: largo según el reglamento RAS 2000 título E, parámetros de diseño numeral E 3.3.2, debe estar entre 1:4 a 1:8, se asume para el caso la relación 1:4 L= 4b

→

A= 4b * b

→

A = 4 b²

→

𝐴

b= √ 4

b= √𝐴/4 = √0.0625/4 = 0.13m L= 4 b = 4 * 0.13m = 0.52 m h=

𝑉 𝐴

0.036 𝑚³

= 0.0625 𝑚² = 0.5m

Para un mejor manejo las dimensiones finales de la trampa de grasas son: b= 0.15 m L = 0.50 m h= 0.50 BL = 0.25 m En esta estructura se empleara tubería de polipropileno de vinilo de 4” (el cual es utilizado para el transporte de sustancias químicas, y transporte de aguas residuales y drenajes), con muros en concreto reforzado, paredes esmaltadas de 0.15 m de espesor, con una protección química para evitar filtraciones. Diseño del sedimentador  Área mayor sedimentador 𝑄

As=𝑇𝑠1 =

0.9𝑚3 / ℎ 0.8

= 1.13 m²

Donde: As = Área mayor del sedimentador (m2) Q = Caudal de diseño (m3/h)

69

TS1 = Tasa superficial (m/h) Se asumió una tasa superficial de 0.5 para el cálculo del área superficial del sedimentador.  Diámetro superior del sedimentador Teniendo el área, se procedió a calcular el diámetro superior del sedimentador: Ø= √

𝐴𝑠 𝑥 4 𝛑

= √

1.13𝑚² 𝑥 4 𝟑.𝟏𝟒𝟏𝟔

= 1.2 m

Donde: Ø = Diámetro mayor del sedimentador (m)  Área menor sedimentador: 𝑄

Am= 𝑇𝑠2 =

0.9𝑚3 / ℎ 1.25

= 0.72 m²

Donde: Am = Área menor del sedimentador (m2) TS2 = Tasa superficial (m/h) Se asumió una tasa superficial de 1.25 para el cálculo del área menor del sedimentador.  Diámetro inferior del sedimentador Teniendo el área, se procedió a calcular el diámetro inferior del sedimentador: Øm= √

𝐴𝑥4 𝛑

0.72 𝑚² 𝑥 4

= √

𝟑.𝟏𝟒𝟏𝟔

= 0.9 m

Donde, Øm = Diámetro menor del sedimentador (m)  Volumen del sedimentador V= Q x tr = 0.9𝑚3 / ℎ x 3.5 h V= 3.15 m³ Donde V = Volumen del sedimentador (m2) Se asumió un tiempo de retención de 2 h.

70

 Cono sedimentador  Altura cono sedimentador r=

Øm

0.9 m

=

2

2

h

Tan θ =

𝑥

= 0.45 m

→ h= Tan 60 ̊ x 0.45m = 0.7 m

Donde, r = Radio del cono del sedimentador (m) h = Altura del cono del sedimentador (m)  Volumen cono sedimentador Vct = Vct =

h 3

⟦𝑎₁ + 𝑎₂ + √(𝑎₁𝑥𝑎₂)⟧

0.7m 3

⟦1.13𝑚² + 0.72𝑚² + √(1.13𝑚2 𝑥0.72𝑚²⟧

Vct = 0.64 m³ Donde: Vct = Volumen del cono del sedimentador (m3 ) a1 = (As) As Área mayor sedimentador (m2 ) a2 = (Am ) Am Área menor sedimentador (m2 )  Proyección del cono: Tan 60 = 1.73 → 0.24 – 0.05 = 0.19 x 1.73 = 0.32 Cilindro sedimentador  Volumen cilindro sedimentador Vc = V – Vct = 3.15 m³ - 0.64 m³ = 2.51 m³ Donde, Vc = Volumen del cilindro del sedimentador (m3)  Altura cilindro sedimentador Vc= hc x As →

hc=

2.51 m³ 1.13 𝑚²

= 2.2 m 71

Donde, hc = Altura del cilindro del sedimentador (m)  Altura total sedimentador H= hc + h = 2.2m + 0.7m + 0.32 m = 3.22 m Para el cálculo de la altura total del sedimentador, se destinó un 20% de borde libre. BL= H x 20 % = 3.22 m x 0.20 m = 0.6 m HT = H + BL = 3.08m + 0.6 m = 3.68 m Donde, H = Altura del sedimentador (m) BL = Borde libre (m) HT = Altura total del sedimentador (m)  Carga hidráulica CH =

Q 𝐴

=

0.9𝑚³/ ℎ 1.13𝑚²

= 0.8

𝑚 ℎ

 Sumergencia Corresponde a la mitad de la profundidad del tanque; es decir 1.84 m. Diseño del filtro anaeróbico de flujo ascendente (FAFA)  Carga de DQO C=

𝑄𝑋𝑆 1000

=

0.92

𝑚3 ℎ

𝑔

𝑋 2000 3 𝑥 24 ℎ/𝑑 𝑚 1000

= 44.16 kg / d DQO

Donde C=carga contaminante de DQO (kg/d) S= concentración de (g/m³)  Volumen UASB 𝐶

qv = 𝑉 = V =

𝑘𝑔 DQO 𝑑 𝑘𝑔𝐷𝑄𝑂 40 3 𝑚 −𝑑

44.16

= 1.1 m³

Donde

72

qv = carga volumétrica (kg DQO/m³-d)  Tiempo de retención del UASB Q=

𝑉

→ t=

𝑡

𝑉

=

𝑄

1.1 𝑚³

= 1.1 h

𝑚³ ℎ

0.92

 Area del UASB 𝑉

A=

ℎ

=

1.1𝑚³

= 0.55 m²

2𝑚

Donde: h= altura del UASB (m) asumimos en m  Diámetro UASB u dimensiones cono UASB A=

𝜋𝑥∅² 4

𝐴𝑥4

∅= √ 𝑋

Tan 60 = 0.2 𝑚

𝜋

0.55𝑚² 𝑥 4

= √

𝜋

= 0.8 m

→ x= 0.3 m

Donde: Ø = diámetro del UASB (m) X = altura del cono (m)  Volumen cono truncado a₁= 0.64 m² a₂= 0.04 m² ℎ

Vct = 3 ( a₁ + a₂ + √𝑎₁ 𝑥 𝑎₂ ) Vct =

0.3 3

(0.64m² + 0.04m² + √0.64𝑚² 𝑥 0.04𝑚² ) = 0.1m³

Donde: Vct= volumen cono truncado (m³)  Volumen cilindro UASB Vcil = V total - Vct Vcil = 1.1 m³ - 0.1 m³ = 1 m³  Altura cilindro UASB

73

H=

𝑉𝑐𝑖𝑙

=

𝐴

1 𝑚³ 0.64 𝑚²

= 1.5m ≈ 1.5 m

 Carga orgánica volumétrica 𝐶

𝑐

Vreactor = 𝐶𝑂𝑉 → COV = 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 =

44.16

𝑘𝑔 𝑑

0.64𝑚³

= 69 kgDQO / m³- d

Donde: COV = carga orgánica volumétrica V= volumen del tanque (m³)  Carga hidráulica superficial 𝑄

A = 𝐶𝐻 𝑠𝑢𝑝 → CHsup = CHsup=

1.4

𝑄 𝐴

0.92

=

𝑚³ ℎ

0.64 𝑚²

𝑚 ℎ

Donde: CHsup = carga hidráulica superficial A= area (m²)  Velocidad ascensional La velocidad ascensional del fluido debe ser constante con un valor no mayor a 10 m/h Vasc=

𝑄 𝐴

=

0.93

𝑚³ ℎ

0.64𝑚²

= 1.4

𝑚 ℎ

 Diseño de la campana y bafles Se debe tener en cuenta ciertos criterios teóricos, tales como, los expuestos en la siguiente tabla.

Tabla 22 . Parámetros de diseño de la campana y bafles valor parámetro unidades teórico velocidad máxima entre bafle y campana m/h 60 Fuente: adaptado de: libro Romero Rojas Jairo Alberto. [2001].Tratamiento de Aguas Residuales, teoría y principios de diseño. Pág. 708. [Citado el 29 de abril, 2015].  Área entre bafle y la campana A = P x H = 2.40 m x 0.04 m = 0.096 m² Donde: A= Área entre el bafle y la campana m² P= perímetro 2.40 m H= altura entre el bafle y la campana (m)  Velocidad entre el bafle y la campana: Vbc =

𝑄 𝑏𝑐 𝐴𝑏𝑐

=

0.93

𝑚³ ℎ

0.096𝑚²

=

10

𝑚 ℎ

 Lecho filtrante El lecho filtrante que conforma el medio de soporte biológico, debe estar constituido por material proveniente de la formación ígnea, metamórfica o sedimentarias, las cuales deben tener una gradación que sea en lo posible pasante mínimo ¾ hasta 2.5 pulgadas de tamaño. Este material debe poseer aristas definidas y superficies ásperas. Por seguridad y manejo, no se aconseja el uso de grava de rio, ni piedra laja.  Velocidad ascensional (Vasc) 𝑄

Vasc=𝐴 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜 =

0.0002 m³/s 3.35 𝑚²

= 0.00005 m/s

 Perdida en el medio filtrante Δh=

𝑉𝑎𝑠𝑐 ∗ 𝐿𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 3

=

0.00005𝑚/𝑠 ∗ 1.8 𝑚 3

= 0.000012 m

 Ingreso del afluente El afluente entra por parte superior, a través de tuberías de 4 pulgadas, el cual proviene del tanque sedimentador que se opera con una válvula. Esta descarga en

75

una cámara que conduce el fluido hacia el fondo del filtro para que ingrese por la parte inferior a través del lecho.  Salida del efluente El efluente después de hacer primer proceso de filtración será evacuado mediante dos canaletas que se ubican en la parte superior de esta, manteniendo el nivel sobre el lecho filtrante.  Caudal a evacuar por canaleta Qevacuar =

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 2

=

0.25 𝐿𝑃𝑆 2

= 0.13LPS

 Caudal de diseño de la canaleta Para el diseño, se asume un factor de seguridad de 1.3. q = 1.3 * 0.13 LPS = 0.2 LPS Se adoptara un ancho de la canaleta (b) de 30 cm. Por lo tanto, se tiene h˳ es igual: 73∗𝑞 2/3

73∗0.2 2/3

h˳ = ( 𝑏 ) = ( 30 𝑐𝑚 ) = 0.6 cm Por facilidad de fabricación, mayo ramos esta altura a 5 cm, obteniendo:  Dimensiones canaletas recolectoras 30cm x 5 cm Estas se ubicaran a lo largo del ancho de todo el filtro. Además, se las distribuirá en una forma muy uniforme de acuerdo a su longitud, detalles que se indicaran en los planos respectivos.  Canal de recolección de agua filtrada El agua recolectada en las canaletas es descargada en otro canal. Para este diseño, se asume un factor de seguridad de 1.3 en el caudal efluente.  Caudal a evacuar por el canal Q evacuar = Q diseño * 2 = 0.2 LPS * 2 = 0.4 LPS  Caudal de diseño de la canaleta q= 1.3 * 0.4 LPS = 0.5LPS Se adopta un ancho de canal (b) de 50 cm, por lo tanto h˳ es igual:

76

h˳ =

(

73∗𝑞 2/3 𝑏

)

=(

73∗0.5𝑙𝑝𝑠 2/3 50 𝑐𝑚

)

= 0.8cm

 Diseño del lecho de secado Para diseñar el lecho de secados, es necesario tener en cuenta los siguientes criterios de diseño: Densidad de lodos

2.6

g / cm³

Humedad inicial

45

% base seca

Humedad final

20

% base seca

Evapotranspiración real

635.85

mm/año

Para estimar la producción de lodos, es necesario partir de bases teóricas, debido a que el lecho de secado no tiene lodo almacenado.  Bases para el calculo  Concentración SST al ingreso del sistema: 1857

mg/l

 Concentración SST a la salida del sistema: 1857

mg/l

 Caudal

0.8

 Tiempo de trabajo

480

LPS min

 Factor de conversión

0.0288

 Carga de lodos que ingresa

156.16 kg/día

 Carga de lodos que sale

124.93 kg/día

 Carga de SST removida

45%

 Factor de seguridad

1.3

 Producción de lodos (20% humedad)

12.96 kg/día

El lecho de secado se diseña para almacenar lodos húmedos de 45%  Volumen del lecho de secado Relación largo: ancho

2.5: 1

 Altura recomendada

h: 1 m

 Ancho del lecho de secado

b: 3 m

 Largo del lecho de secado

L: 7.5 m 77

 Área de secado

A: 22.5 m²

Volumen del lecho = L x b x h = 22.5 m² Volumen de agua evaporada = Evapotranspiración (mm/día) x área secado (m²) Volumen de agua evaporada = 49.5 litros/ día Volumen de agua evaporada por día =

𝑃𝑟𝑜𝑑𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 (45%)−𝑃𝑟𝑜𝑑𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 (20%) 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠

Volumen de agua evaporada por día = 7.03 litros /día Tiempo de secado real = 3.75 días ≈ 4 días  Parámetros de diseño lecho de secado Largo:

7.5 m

Ancho:

3m

Altura:

1m

Inclinación:

1%

Tubería de evacuación: Volumen de lodos:

1–1½ 22.5 m³

Tiempo de resistencia total: 4 días

Anexo 2. Rediseño de sistema de tratamiento Pretratamiento El canal recibirá el efluente de todas las áreas del proceso de matanza: aguas grasas y sanguinolentas. Qmax= 0.00081 m³/s  Espacio entre barras (b)= 1.5 cm Según en el reglamento RAS 2000, numeral E.4.4.2.3, se recomienda un espaciamiento entre las barras de la rejilla de 15 a 50 mm para rejillas limpiadas manualmente.38 38

Ministerio de Desarrollo Económico. Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Titulo E Tratamiento de aguas residuales. [En línea]. [Citado el 29 de abril, 2015]. Disponible en Internet: http://diariodelagua.com/wp-content/uploads/Titulo-Etratamiento-de-aguas-residuales.pdf

78

 Espesor de la barra (w) = 1 cm  Porcentaje de área de flujo (E) E= b / (b + w) = 1.5 cm / (1.5 cm + 1 + cm) = 0.6 cm  Velocidad asumida entre barras (v) = 0.6 m/s De acuerdo con lo establecido en reglamento RAS 2000, en el numeral E.4.4.2.5, se debe usar un rango de velocidades entre 0.3 y 0.6 m/s y entre 0.6 y 1.2 m/s para rejillas limpiadas manualmente y mecánicamente.39  Área útil del canal (Au) Au=

𝑄𝑚𝑎𝑥

0.00070 𝑚³/𝑠

=

𝑣

0.6 𝑚/𝑠

= 0.00117 m²

 Area total (At) 𝐴𝑢

At =

0.00117 𝑚²

=

𝐸

0.6

= 0.00195 m²

 Ancho del canal (Wc)

Wc= 0.3 m

 Profundidad aguas abajo de rejilla (de lámina de fluido) (Po) 𝑄 𝑚𝑎𝑥 (𝐿𝑃𝑆) 2/3

Po= (

1376 ∗𝑊𝑐

)

0.70(𝐿𝑃𝑆)

2/3

= (1376 ∗0.5 𝑚)

= 0.014 m = Y

 Ancho útil de rejillas (Wr) Wr =

𝐴𝑡 𝑃𝑜

=

0.00195 𝑚² 0.010 𝑚

= 0.195 m ≈ 0.2 m

 Ancho útil de rejillas (Wu) Wu =

𝐴𝑢 𝑃𝑜

=

0.00117 𝑚² 0.010 𝑚

= 0.117 m ≈ 0.1 m

 Ancho total barras (Wb)

39

Ministerio de Desarrollo Económico. Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Titulo E Tratamiento de aguas residuales. [En línea]. [Citado el 29 de abril, 2015]. Disponible en Internet: http://diariodelagua.com/wp-content/uploads/Titulo-Etratamiento-de-aguas-residuales.pdf

79

Wb = Wr – Wu = 0.2 m – 0.1 m = 0.1 m  Numero de barras (Nb) 𝑊𝑏

Nb =

=

𝑊

0.1𝑚

= 10 barras

0.01 𝑚

 Inclinación con la horizontal:

θ = 45 ̊

Calculo de la perdida de carga en la rejilla: la perdida de carga para rejillas limpias según la fórmula de Kirshmer, está dada por: hf = K * (

𝑊 𝑏

)

3/4

∗ 𝑠𝑒𝑛 θ ∗

𝑣2 2𝑔

Donde K es un factor que depende de la forma de la selección de barras. En este caso sección rectangular; K= 2.42 hf = 2.42 * (

0.01 𝑚 0.015 𝑚

)

3/4

∗ 𝑠𝑒𝑛 45 ̊ ∗

(0.6𝑚/ 𝑠)2 2( 9.81 𝑚/𝑠2 )

= 0.02 m

Cuando las rejillas están sucias, la velocidad puede duplicarse y la velocidad de acceso aguas arriba quedaría inalterada. Por lo tanto, la perdida de carga seria: hf = 2.42 * (

0.01 𝑚 0.015 𝑚

)

3/4

∗ 𝑠𝑒𝑛 45 ∗

(2∗0.6𝑚/ 𝑠)2 2( 9.81 𝑚/𝑠2 )

= 0.093 m

Dimensiones finales de la Rejilla  Altura total (T) T=

𝑌+ℎ𝑓+𝐵𝑜𝑟𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 tan 45 ̊

=

0.014𝑚+0.093𝑚+0.4 𝑚 tan 45 ̊

= 0.31 m

 Largo de la rejilla (L) 𝑇

L= 𝑐𝑜𝑠45 ̊ =

0.31 𝑚 𝑐𝑜𝑠45 ̊

= 0.4

Tratamiento primario Es el conjunto de operaciones encaminadas hacia la remoción de solidos sedimentables o de material flotante, por medios gravitacionales o mecánicos. Diseño de trampa de grasas  Tiempo de retención hidráulico

80

Para estos sistemas el recomendado en el reglamento RAS 2000, titulo E tabla E 3.2. (3 minutos para caudales entre 2 y 9 LPS)40 Tr= 3 minutos  Volumen del sistema V= Q (m³/s) * Tr * 60 s = 0.000807 m³/s * 3 min * 60s = 0.15 m³  Área superficial As = Q / qs Se sabe que el valor de la carga superficial (qs, debe estar entre los valores de 2.5 -4 lps/m², por los cual se asume un valor qs= 4 lps/m². 𝑄

As= 𝑞𝑠 ̊ =

0.81 LPS 4 𝐿𝑃𝑆 /𝑚²

= 0.20 m²

Teniendo en cuenta que la relacion ancho: largo segun el reglamento RAS 2000 título E, parámetros de diseño numeral E 3.3.2, debe estar entre 1:4 a 1:8, se asume para el caso la relación 1:4 L= 4b

→

A= 4b * b

→

A = 4 b²

→

𝐴

b= √ 4

b= √𝐴/4 = √0.20/4 = 0.22 m L= 4 b = 4 * 0.22m = 1.72 m h=

𝑉 𝐴

=

0.15 𝑚³ 0.20 𝑚²

= 0.20 m

Para un mejor manejo las dimensiones finales de la trampa de grasas son: b= 0.25 m L = 1.75 m h= 0.20 BL = 0.25 m En esta estructura se empleara tubería de polipropileno de vinilo de 4” (el cual es utilizado para el transporte de sustancias químicas, y transporte de aguas residuales y drenajes), con muros en concreto reforzado, paredes esmaltadas de 0.15 m de espesor, con una protección química para evitar filtraciones. Diseño del sedimentador  Área mayor sedimentador 40

Ministerio de Desarrollo Económico. Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. Titulo E Tratamiento de aguas residuales. [En línea]. [Citado el 29 de abril, 2015]. Disponible en Internet: http://diariodelagua.com/wp-content/uploads/Titulo-Etratamiento-de-aguas-residuales.pdf

81

𝑄

As=𝑇𝑠1 =

2.91𝑚3 / ℎ 0.8

= 3.6 m²

Donde: As = Área mayor del sedimentador (m2) Q = Caudal de diseño (m3/h) TS1 = Tasa superficial (m/h) Se asumió una tasa superficial de 0.5 para el cálculo del área superficial del sedimentador.  Diámetro superior del sedimentador  Teniendo el área, se procedió a calcular el diámetro superior del sedimentador: Ø= √

𝐴𝑠 𝑥 4 𝛑

= √

3.6 𝑚² 𝑥 4 𝟑.𝟏𝟒𝟏𝟔

= 2.1 m

Donde, Ø = Diámetro mayor del sedimentador (m)  Área menor sedimentador: 𝑄

Am= 𝑇𝑠2 =

2.91𝑚3 / ℎ 1.25

= 2.3 m²

Donde, Am = Área menor del sedimentador (m2) TS2 = Tasa superficial (m/h) Se asumió una tasa superficial de 0.125 para el cálculo del área menor del sedimentador.  Diámetro inferior del sedimentador Teniendo el área, se procedió a calcular el diámetro inferior del sedimentador: Øm= √

𝐴𝑥4 𝛑

2.3 𝑚² 𝑥 4

= √

𝟑.𝟏𝟒𝟏𝟔

= 1.7 m

Donde, Øm = Diámetro menor del sedimentador (m)

82

 Volumen del sedimentador V= Q x tr = 2.91𝑚3 / ℎ x 4 h V= 11.6 m³ Donde, V = Volumen del sedimentador (m2) Se asumió un tiempo de retención de 2 h.  Cono sedimentador  Altura cono sedimentador r=

Øm

=

2

1.7 m 2

h

Tan θ =

= 0.85 m

→ h= Tan 60 ̊ x 0.85m = 1.47 m

𝑥

Donde, r = Radio del cono del sedimentador (m) h = Altura del cono del sedimentador (m)  Volumen cono sedimentador h Vct = 3 ⟦𝑎₁ + 𝑎₂ + √(𝑎₁𝑥𝑎₂)⟧ Vct =

1.47m 3

⟦5.82𝑚² + 2.3𝑚² + √(5.82𝑚2 𝑥2.3𝑚²⟧

Vct = 5.7 m³ Donde, Vct = Volumen del cono del sedimentador (m3 ) a1 = (As) As Área mayor sedimentador (m2 ) a2 = (Am ) Am Área menor sedimentador (m2 )  Proyección del cono: Tan 60 = 1.73 → 1.7 – 1 = 0.7 x 1.73 = 1.2  Cilindro sedimentador  Volumen cilindro sedimentador

83

Vc = V – Vct = 11.6 m³ - 5.7 m³ = 5.9 m³ Donde, Vc = Volumen del cilindro del sedimentador (m3)  Altura cilindro sedimentador Vc= hc x As →

hc=

5.9 m³ 3.6𝑚²

= 1.6 m

Donde, hc = Altura del cilindro del sedimentador (m)  Altura total sedimentador H= hc + h = 1.6m + 1.47m + 1.2 m = 4.2 m Para el cálculo de la altura total del sedimentador, se destinó un 20% de borde libre. BL= H x 20 % = 4.2 m x 0.20m = 0.80 m HT = H + BL = 3.36 m + 0.67 m = 5 m Donde, H = Altura del sedimentador (m) BL = Borde libre (m) HT = Altura total del sedimentador (m)  Carga hidráulica CH =

Q 𝐴

=

2.91𝑚3 / ℎ 3.6 𝑚²

= 0.8

𝑚 ℎ

 Sumergencia Corresponde a la mitad de la profundidad del tanque; es decir 2.5 m. Tratamiento biológico  Carga de DQO C=

𝑄𝑋𝑆 1000

=

2.91

𝑚3 ℎ

𝑔

𝑋 2000 3 𝑥 24 ℎ/𝑑 𝑚 1000

= 139.7 kg / d DQO

84

Donde C=carga contaminante de DQO (kg/d) S= concentración de (g/m³)  Volumen UASB 𝑘𝑔 DQO 𝑑 𝑘𝑔𝐷𝑄𝑂 57.6 3 𝑚 −𝑑

139.7

𝐶

qv = 𝑉 = V =

= 2.4 m³

Donde qv = carga volumétrica (kg DQO/m³-d)  Tiempo de retención del UASB Q=

𝑉

→ t=

𝑡

𝑉

=

𝑄

2.4 𝑚³

= 1 h

𝑚³ ℎ

2.91

 Area del UASB 𝑉

A=

ℎ

=

2.4𝑚³

= 1.2m²

2𝑚

Donde: h= altura del UASB (m) asumimos en m  Diámetro UASB u dimensiones cono UASB A=

𝜋𝑥∅² 4

𝐴𝑥4

∅= √ 𝑋

Tan 60 = 0.5 𝑚

𝜋

1.2𝑚² 𝑥 4

= √

𝜋

= 1.2 m

→ x= 0.9 m

Donde: Ø = diámetro del UASB (m) X = altura del cono (m)  Volumen cono truncado a₁= 1.5 m² a₂= 0.3 m² ℎ

Vct = 3 ( a₁ + a₂ + √𝑎₁ 𝑥 𝑎₂ )

85

Vct =

0.9 3

(1.5m² + 0.3m² + √1.5𝑚² 𝑥 0.3𝑚² ) = 0.7m³

Donde: Vct= volumen cono truncado (m³)  Volumen cilindro UASB Vcil = V total - Vct Vcil = 2.4 m³ - 0.7 m³ = 1.7 m³  Altura cilindro UASB H=

𝑉𝑐𝑖𝑙

=

𝐴

1.7 𝑚³ 1.5 𝑚²

= 1.2m ≈ 1.5 m

 Carga orgánica volumétrica 𝐶

𝑐

Vreactor = 𝐶𝑂𝑉 → COV = 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 =

139.7

𝑘𝑔 𝑑

2.4𝑚³

= 58.2 kgDQO / m³- d

Donde: COV = carga orgánica volumétrica V= volumen del tanque (m³)  Carga hidráulica superficial 𝑄

A = 𝐶𝐻 𝑠𝑢𝑝 → CHsup = 𝑚

𝑄 𝐴

2.91

=

𝑚³ ℎ

1.5 𝑚²

CHsup= 1.9 ℎ Donde: CHsup = carga hidráulica superficial A= area (m²)  Velocidad ascensional La velocidad ascensional del fluido debe ser constante con un valor no mayor a 10 m/h Vasc=

𝑄 𝐴

=

2.91

𝑚³ ℎ

1.5𝑚²

= 1.9

𝑚 ℎ

 Diseño de la campana y bafles

86

Se debe tener en cuenta ciertos criterios teóricos, tales como, los expuestos en la siguiente tabla.  Área entre bafle y la campana A = P x H = 2.40 m x 0.04 m = 0.096 m² Donde: A= Área entre el bafle y la campana m² P= perímetro 2.40 m H= altura entre el bafle y la campana (m)  Velocidad entre el bafle y la campana: Vbc =

𝑄 𝑏𝑐 𝐴𝑏𝑐

=

2.91

𝑚³ ℎ

0.096𝑚²

=

30

𝑚 ℎ

 Lecho filtrante El lecho filtrante que conforma el medio de soporte biológico, debe estar constituido por material proveniente de la formación ígnea, metamórfica o sedimentarias, las cuales deben tener una gradación que sea en lo posible pasante mínimo ¾ hasta 2.5 pulgadas de tamaño. Este material debe poseer aristas definidas y superficies ásperas. Por seguridad y manejo, no se aconseja el uso de grava de rio, ni piedra laja.  Velocidad ascensional (Vasc) 𝑄

Vasc=𝐴 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜 =

0.00081 m³/s 3.35 𝑚²

= 0.00024 m/s

 Perdida en el medio filtrante Δh=

𝑉𝑎𝑠𝑐 ∗ 𝐿𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 3

=

0.00024𝑚/𝑠 ∗ 1.8 𝑚 3

= 0.00015 m

 Ingreso del afluente El afluente entra por parte superior, a través de tuberías de 4 pulgadas, el cual proviene del tanque sedimentador que se opera con una válvula. Esta descarga en una cámara que conduce el fluido hacia el fondo del filtro para que ingrese por la parte inferior a través del lecho.  Salida del efluente

87

El efluente después de hacer primer proceso de filtración será evacuado mediante dos canaletas que se ubican en la parte superior de esta, manteniendo el nivel sobre el lecho filtrante.  Caudal a evacuar por canaleta Qevacuar =

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 2

=

0.81 𝐿𝑃𝑆

= 0.4 LPS

2

 Caudal de diseño de la canaleta Para el diseño, se asume un factor de seguridad de 1.3. q = 1.3 * 0.4 LPS = 0.53 LPS Se adoptara un ancho de la canaleta (b) de 30 cm. Por lo tanto, se tiene h˳ es igual: h˳ =

(

73∗𝑞 2/3 𝑏

)

=(

73∗0.53 2/3 30 𝑐𝑚

)

= 1.18 cm

Por facilidad de fabricación, mayo ramos esta altura a 5 cm, obteniendo:  Dimensiones canaletas recolectoras 30cm x 5 cm Estas se ubicaran a lo largo del ancho de todo el filtro. Además, se las distribuirá en una forma muy uniforme de acuerdo a su longitud, detalles que se indicaran en los planos respectivos.  Canal de recolección de agua filtrada El agua recolectada en las canaletas es descargada en otro canal. Para este diseño, se asume un factor de seguridad de 1.3 en el caudal efluente.  Caudal a evacuar por el canal Q evacuar = Q diseño * 2 = 0.4 LPS * 2 = 0.8 LPS  Caudal de diseño de la canaleta q= 1.3 * 0.8 LPS = 1.04 LPS Se adopta un ancho de canal (b) de 50 cm, por lo tanto h˳ es igual: h˳ =

(

73∗𝑞 2/3 𝑏

)

=(

73∗1.04𝑙𝑝𝑠 2/3 50 𝑐𝑚

)

= 1.32cm

 Diseño del lecho de secado

88

Para diseñar el lecho de secados, es necesario tener en cuenta los siguientes criterios de diseño: Densidad de lodos

2.6

g / cm³

Humedad inicial

45

% base seca

Humedad final

20

% base seca

Evapotranspiración real

635.85

mm/año

Para estimar la producción de lodos, es necesario partir de bases teóricas, debido a que el lecho de secado no tiene lodo almacenado.  Bases para el calculo  Concentración SST al ingreso del sistema: 1857

mg/l

 Concentración SST a la salida del sistema: 1857

mg/l

 Caudal

0.8

LPS

 Tiempo de trabajo

480

min

 Factor de conversión

0.0288

 Carga de lodos que ingresa

156.16 kg/día

 Carga de lodos que sale

124.93 kg/día

 Carga de SST removida

45%

 Factor de seguridad

1.3

 Producción de lodos (20% humedad)

12.96 kg/día

El lecho de secado se diseña para almacenar lodos húmedos de 45%  Volumen del lecho de secado Relación largo: ancho

2.5: 1

 Altura recomendada

h: 1 m

 Ancho del lecho de secado

b: 3 m

 Largo del lecho de secado

L: 7.5 m

 Área de secado

A: 22.5 m²

Volumen del lecho = L x b x h = 22.5 m²

89

Volumen de agua evaporada = Evapotranspiración (mm/día) x área secado (m²) Volumen de agua evaporada = 49.5 litros/ día Volumen de agua evaporada por día =

𝑃𝑟𝑜𝑑𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 (45%)−𝑃𝑟𝑜𝑑𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 (20%) 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠

Volumen de agua evaporada por día = 7.03 litros /día Tiempo de secado real = 3.75 días ≈ 4 días  Parámetros de diseño lecho de secado Largo:

7.5 m

Ancho:

3m

Altura:

1m

Inclinación:

1%

Tubería de evacuación: Volumen de lodos:

1–1½ 22.5 m³

Tiempo de resistencia total: 4 días

PLANO 1. TRAMPA DE GRASAS, SEDIMENTADOR Y 90

FILTRO ANAERÓBICO DE FLUJO ASCENDENTE

91