RESUMEN
La confiabilidad de una Planta de Tratamiento
de Aguas Residuales (PTAR), se puede definir
como la probabilidad de que el sistema de
tratamiento cumpla con los vertimientos
establecidos en la normatividad vigente.
En esta investigación se conoció
el coeficiente de confiabilidad y el parámetro
objetivo de cada depuradora determinando
el funcionamiento de cada una de estas,
relacionando valores medios de las concentraciones
de los efluentes de los parámetros
de DBO y SST con las limitaciones que hay
que cumplir para la reutilización,
basándose en análisis de probabilidad.
Se comprobó que existen PTAR como
las de Cajicá, Cogua, Chocontá
y Gachancipá donde sus efluentes
presentan medias por debajo de 30 mg/L en
DBO y próximas en SST, evidenciando
que se podrían reutilizar para diferentes
fines agrícolas y ambientales.
PALABRAS
CLAVE
Confiabilidad, planta
de tratamiento de aguas residuales, reutilización
de aguas residuales.
ABSTRACT
The reliability of a wastewater treatment
plant can be defined as the probability
of this treatment system to comply with
the dumping established in existing regulations.
This research met the reliability coefficient
or parameter determining sewage objective
of each operation of each of these, relating
mean values of the effluent concentrations
of BOD and TSS parameters with the constraints
that must be met for reuse based on probability
analysis. It was found that there wastewater
treatment plant such as Cajicá, Cogua,
Chocontá and Gachancipá where
their effluents have averages below 30 mg
/ L BOD and TSS coming in, showing that
might be reused for different agricultural
and environmental purposes.
KEYWORDS
Reliability, plant wastewater treatment,
wastewater reuse
1. INTRODUCCIÓN
El tratamiento de aguas residuales con sistemas
de lagunas de estabilización o de
oxidación, es una alternativa viable
para nuestro país, ya que presenta
bajos costos de construcción, inversión,
sencillez en la operación y en el
mantenimiento. El agua residual en estos
sistemas de tratamiento es generalmente
de origen doméstico, con una carga
orgánica susceptible a ser transformada
y tratada a través de procesos químicos,
físicos y, sobre todo, biológicos,
basado en los principios de autodepuración
de ríos y lagos, proporcionando un
efluente de calidad superior a los tratamientos
automatizados (Catalán, 1997).
El
rendimiento, la confiabilidad y consistencia
de estos sistemas de tratamiento depende
de muchos factores tales como: la composición
del afluente, mantenimiento y el diseño
empleado, entre otros (Charles et al., 2005)
y deben tenerse en cuenta para el adecuado
cumplimiento de la normatividad vigente.
Niku,
Schroeder y Samaniego (1979), propusieron
el coeficiente de confiabilidad (CDF), como
medida para estimar el funcionamiento de
una planta de tratamiento de aguas residuales,
relacionando valores medios de las concentraciones
de los efluentes de los parámetros
de calidad, con las limitaciones que hay
que cumplir, basándose en análisis
de probabilidad.
La Corporación Autónoma Regional
de Cundinamarca (CAR) como entidad encargada
del control ambiental en la cuenca del río
Bogotá, construyó una serie
de plantas de tratamiento de aguas residuales
en varios municipios que se encuentran ubicados
en la parte alta y media de la cuenca del
río Bogotá.
Dentro
de los objetivos y metas de funcionamiento
de las plantas de tratamiento de aguas residuales
se encuentran: el cumplimiento de las normas
de vertimiento, proteger la salud de las
personas previniendo la transmisión
de enfermedades, proteger el medio ambiente
y garantizar el aprovechamiento de las aguas
residuales (reutilización).
El
artículo 72 del Decreto 1594 de 1984
estableció normas de vertimiento
en Colombia, que exigen a todos los usuarios
con vertimientos directos a un cuerpo de
agua, al menos un 80% de remoción
de la carga contaminante de DBO y SST. Posteriormente
el artículo 28 del Decreto 3930 de
Octubre de 2010 le concedió un plazo
de dos meses al Ministerio de Ambiente Vivienda
y Desarrollo Territorial, para que expidiera
las normas de vertimientos puntuales a aguas
superficiales. Sin embargo, el artículo
1 del Decreto 4728 del 23 de diciembre del
2010 modificó el plazo de este mandado,
y le otorgó diez meses para la fijación
de dichos límites. Por tanto, la
normatividad vigente corresponde a lo establecido
en el decreto 1594 de 1984.
Evidentemente
Colombia no cuenta con una reglamentación
que incluya los criterios mínimos
de calidad que deba cumplir el agua residual
para reuso, de forma tal que no se presenten
daños a la salud humana y al medio
ambiente. Pero en general, los países
que tienen una normatividad sobre el reuso
de las aguas residuales, han tomado como
referencia lo establecido por la Agencia
estadounidense de Protección Ambiental
(USEPA, por sus siglas en ingles).
La USEPA (2004) clasificó el reuso
en ocho categorías, de acuerdo con
la calidad del agua: urbano, áreas
de acceso restringido, agrícola para
cultivos consumidos crudos y para cultivos
no consumidos crudos, recreacional, industrial,
recarga de acuíferos y reuso indirecto
potable. Para usos urbanos, cultivos de
productos que se consumen crudos y recreación,
la concentración de DBO y SST no
debe sobrepasar los 10 mg/L. Para otros
diferentes usos, en donde el contacto no
generaría un peligro inminente para
el ser humano, como por ejemplo en la industria,
usos ambientales y en construcción,
la normatividad no es tan severa, y su utilización
se podría dar si tiene una concentración
por debajo de 30 mg/L de DBO y SST.
En
este artículo se utilizó el
registro histórico mensual de los
efluentes de DBO y SST de 14 plantas de
tratamiento de aguas residuales de Cundinamarca,
con una base de datos de cinco años,
desde agosto del 2005 hasta agosto de 2010,
para estimar el ccoeficiente de confiabilidad,
y se determinó el funcionamiento
del sistema, relacionando los valores medios
de los parámetros de calidad, con
las limitaciones ambientales para la reutilización
del agua residual tratada. Esto permitió
conocer el modo de operación histórico
de estos sistemas y la viabilidad de cada
planta de tratamiento para el vertimiento
futuro de estas aguas a cultivos aledaños,
riego a campos de golf, recuperación
de terrenos áridos, Entre otros.
Confiabilidad
En el contexto del funcionamiento de una
planta de tratamiento de aguas residuales,
se puede definir la confiabilidad como la
probabilidad de que se presente un funcionamiento
adecuado, definido como la capacidad de
satisfacer los criterios de descarga establecidos
por la normativa ambiental vigente.
Los
criterios convencionales de diseño
usados en el dimensionamiento de plantas
de tratamiento, asumen condiciones de estado
estables pero estos procedimientos rara
vez operan bajo estas condiciones. Las fluctuaciones
en las cargas de entrada, las condiciones
ambientales, y las variaciones operacionales
son poco consideradas en el diseño
(Niku et al., 1979).
El
rendimiento de una planta de tratamiento
y la confiabilidad en el cumplimiento de
las limitaciones normativas, son aspectos
importantes en la elección de los
procesos que deben constituir un sistema
de tratamiento. Como la calidad de los efluentes
es variable debido a diferentes causas (variabilidad
de las cargas, cambios de las condiciones
ambientales, etc), es necesario asegurar
que el diseño de la planta produzca
concentraciones del efluente, que sean menores
o iguales a los límites establecidos
por la ley (Metcalf y Eddy, 1998).
Esto
lleva a plantearse la siguiente pregunta:
¿Qué concentración
media garantiza que la concentración
de un efluente se halle por debajo de la
media con un nivel determinado de confiabilidad?
(Oliveira y von Sperling, 2007).
La
respuesta a esta cuestión es el coeficiente
de confiabilidad, que relaciona los valores
medios de las concentraciones de los efluentes,
con las limitaciones que hay que cumplir
basándose en un análisis de
confiabilidad (Metcalf y Eddy, 1998).
Niku
et al. (1979), desarrolló un coeficiente
de confiabilidad (CDF), a partir de la función
de distribución log normal, que relaciona
los valores medios de las concentraciones
de los constituyentes (valores de proyecto)
con las limitaciones que hay que cumplir
basándose en análisis de probabilidad
(Oliveira y Von Sperling, 2008). El valor
medio de la concentración propuesto
puede obtenerse empleando la siguiente expresión:
Mx=Xs*CDF (1)
Donde:
Mx: Media geométrica del parámetro
objetivo
Xs: Límite establecido por la normativa.
CDF: Coeficiente de confiabilidad.
El
parámetro objetivo Mx es aquel dato
histórico que proporciona el funcionamiento
actual de la depuradora y orienta al operador
de la PTAR sobre el cumplimiento debido
de la normatividad establecida. Este parámetro
se obtiene al relacionar el coeficiente
de confiabilidad con la normatividad que
se debe cumplir (Oliveira y Von Sperling,
2008).
El
coeficiente de confiabilidad se determina
de acuerdo a la siguiente expresión:
Donde:
Vx:
Coeficiente de variación, cuyo valor
es el cociente entre la desviación
típica _s y la media m_x de la distribución
existente.
Z_(1-" " ) Variable aleatoria
normal estándar para una confiabilidad
1- .
Para
poder emplear la ecuación de confiabilidad
de Niku, es necesario demostrar primero
que los parámetros de calidad en
el efluente se distribuyen con una función
de distribución log normal. Varios
autores han encontrado parámetros
de calidad efluentes e incluso afluentes
(DBO, SST, NT y PT, por ejemplo), donde
la distribución de probabilidad log
normal es la que mejor se ajusta al comportamiento
observado, verificado con la prueba de ajuste
de bondad de Kolmogorov-Smirnov con un nivel
de significancia del 5% (Niku et al., 1979;
Niku et al., 1982; Charles et al., 2005;
Oliveira y von Sperling, 2007; Oliveira
y Von Sperling, 2008).
2. Materiales y Metodos
El
desarrollo de esta investigación
se planteó en dos fases; en la primera
fase se realizó un análisis
estadístico de las eficiencias de
las depuradoras, basadas en sistemas lagunares,
y en una segunda fase se determinaron los
diferentes coeficientes de confiabilidad.
Colección
y descripción de los datos
En esta fase de la investigación
se coleccionó y se
digitalizó la información
pertinente para la ejecución de este
estudio. Las plantas de tratamiento en las
que se investigó son las de los municipios
de: Cajicá, Cogua, Chía, Chocontá,
Gachancipá, Madrid I, Madrid II,
Mosquera, Subachoque, Suesca, Tocancipá,
Tabio, Zipaquirá I y Zipaquirá
II.
Los parámetros de calidad utilizados
fueron la Demanda Bioquímica de Oxígeno
(DBO) y los Sólidos Suspendidos Totales
(SST).
3.
Resultados y Discusion
Los caudales promedio, y las concentraciones
promedio de DBO y SST, así como las
eficiencias de remoción histórica
asociadas a los diferentes sistemas lagunares,
se presentan en la tabla 1.La planta con
mayor volumen
Tabla
1. Caudales, concentraciones medias y remociones
de los diferentes sistemas de tratamiento
tratado
es la del Municipio de Mosquera con un promedio
de 80 L/s; y la de menor volumen de agua
son las de los municipios de Subachoque
y Tabio con 8 L/s y 13 L/s respectivamente.
En
cuanto a las eficiencias de DBO se encontró
que todos los sistemas de tratamiento están
por encima del 75% y todas cumplen con la
normatividad establecida en la remoción
del 80% a excepción de Chía,
Madrid 2, Mosquera y Tabio.
En
las remociones de SST solo los sistemas
de tratamiento de Gachancipá, Suesca,
Tocancipá y Zipaquirá
2 cumplen con la normatividad establecida
para la remoción del 80%.
Prueba
de bondad y ajuste
Con los datos obtenidos mes a mes de los
parámetros de DBO y SST, de los 5
años de cada sistema de tratamiento,
se determinaron las distribuciones de probabilidad
de los parámetros de DBO y SST de
las plantas, para validar el uso de la ecuación
de confiabilidad de Niku. La comprobación
del tipo de distribución se realizó
mediante la prueba de bondad y ajuste de
Kolmogorov con un nivel de significancia
del 5%. Los resultados aparecen en la tabla
2.
Tabla
2. Pruebas de de Kolmogorov
Fuente:
Elaboración propia
Figura
1. Parámetro Objetivo DBO para 30mg/L
Vs Media Geométrica
Fuente:
Elaboración propia
Figura
2. Parámetro Objetivo SST para 30mg/L
Vs Media Geométrica
Fuente:
Elaboración propia
Figura
3. Parámetro Objetivo DBO para 10
mg/L Vs Media Geométrica
Fuente:
Elaboración propia
Figura
4. Parámetro Objetivo SST para 10
mg/L Vs Media Geométrica
4.
CONCLUSIONES
Utilizando el registro
histórico mensual durante 5 años,
de los efluentes de DBO y SST de 14 plantas
de tratamiento de aguas residuales de Cundinamarca,
se estableció que para todas las
PTAR, los parámetros de DBO y SST
(excepto Subachoque) se distribuyen bajo
una distribución log normal, aportando
así mayor evidencia empírica,
de que esta distribución es la más
representativa de los efluentes de las PTAR.
Pero también se comprobó que
estos datos se comportaron bajo una distribución
tipo Gamma. Así que sería
un propósito investigativo legítimo,
adaptar una ecuación de confiabilidad
para este tipo de distribución.
Se
reconoció que una depuradora es altamente
confiable cuando las variaciones de sus
efluentes son mínimas.
Al
obtener el coeficiente de confiabilidad
y, a su vez, el parámetro objetivo
para los diferentes cumplimientos de la
normatividad, se comprobó el buen
funcionamiento de las PTAR de Cajicá,
Cogua, Chocontá y Gachancipá,
estando su media geométrica alrededor
del parámetro objetivo para usos
en donde el contacto no genere ningún
un peligro inminente para el ser humano,
como en la industria, usos ambientales y
en construcción. En los demás
sistemas de tratamiento se evidencia una
diferencia muy representativa del parámetro
objetivo con la media geométrica,
evidenciando que estas PTAR deben tener
un tratamiento previo o mantenimiento de
sus estructuras.
En
el estado actual de las depuradoras, ninguna
cumpliría con el estándar
de reutilización para una posible
utilización de los efluentes hacia
algún uso urbano, o para cultivos
de productos que se consumen crudos, debido
a que estos sistemas de tratamiento no superan
lo establecido en la normatividad de 10
mg/ L de DBO y SST.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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