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EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE
LAVADO PROVENIENTE DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN RÁPIDA DE
LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES
FEDERICO DAVID MARTÍNEZ ROJAS
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POSGRADOS DE AMBIENTAL
ESPECIALIZACIÓN EN MANEJO Y GESTIÓN DEL AGUA
MEDELLÍN
2010
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EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE
LAVADO PROVENIENTE DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN RÁPIDA DE
LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES
FEDERICO DAVID MARTÍNEZ ROJAS
Trabajo de monografía para optar al título de Especialista en Manejo y
Gestión del Agua
Asesora
Sandra Milena Silva Arroyave
Ingeniera Ambiental - MBA
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POSGRADOS DE AMBIENTAL
ESPECIALIZACIÓN EN MANEJO Y GESTIÓN DEL AGUA
MEDELLÍN
2010
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NOTA DE ACEPTACIÓN
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Firma del presidente del jurado
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Firma del jurado
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Firma del jurado
Medellín, Marzo 01 de 2010
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DEDICATORIA
A mi esposa Margarita por su invaluable apoyo y compañía, a mis hijas
Angélica y Luisa fuente de inspiración y a Dios quién me enseña a disfrutar
cada segundo de mi vida.
5
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos a:
A la Ingeniera Clara Inés Jaramillo Londoño, Jefe del Área de Potabilización,
Los ingenieros Juan Carlos Ramírez Arias y Dairo Alberto valencia Rojas y
demás funcionarios de EPM que colaboraron con la información requerida para
adelantar esta monografía, por su tiempo e importante información
suministrada.
A Sandra Silva, Ingeniera Ambiental, Magíster en Administración, asesora para
la elaboración de la monografía, quién me brindó un importante aporte y
acompañamiento.
A la Universidad de Antioquia, la cual me ha aportado en mi formación
académica y profesional a través de la Facultad De Ingeniería en el desarrollo
de mi pregrado como Ingeniero Sanitario y ahora en la Especialización en
Manejo Y Gestión del Agua.
6
I. CONTENIDO
I. CONTENIDO 6 II. ÍNDICE DE TABLAS 8 III. ÍNDICE DE GRÁFICOS 9 IV. RESUMEN 10 V. GLOSARIO 11 VI. INTRODUCCIÓN 15 1. JUSTIFICACIÓN 16 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 3. OBJETIVOS 21 3.1. OBJETIVO GENERAL 21 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 21 4. METODOLOGÍA 22 5. REFERENTES CONCEPTUALES 24 5.1. MARCO CONCEPTUAL 24 5.1.1. El agua y la disponibilidad en el planeta 24 5.1.2. Sistemas de tratamiento para potabilización de agua 26 5.2. MARCO LEGAL 32 5.2.1. Normativa ambiental de Colombia 32 5.2.2. Normativa de las tasas retributivas 35 5.2.3. Sistema de fijación de la cuantía y cobro 36 6. SISTEMAS DE RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE
LAVADO PROVENIENTES DEL LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN RÁPIDA
38
7. GENERALIDADES DE LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES
42
7.1. EMPRESA PRESTADORA DE SERVICIO DE ACUEDUCTO - EPM
42
7.2. PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES 45 7.2.1. Estructura de entrega 46 7.2.2. Canaletas Parshall 47 7.2.3. Floculadores 47 7.2.4. Sedimentadores 47 7.2.5. Filtros 48 7.2.6. Tanque Retorno Agua de Lavado 48 7.2.7. Unidad de desinfección 49 7.2.8. Tanque de Almacenamiento 49 7.2.9. Tanque de suministro interno 49 7.3. EVALUACIÓN ECONÓMICA DEL SISTEMA DE
RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE LAVADO IMPLEMENTADO EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES DE EPM
50
8. RESULTADOS OBTENIDOS 54 8.1. VALOR TEÓRICO DE PAGO POR CONCEPTO DE 54
7
TASAS RETRIBUTIVAS 8.1.1. Premisas 54 8.1.2. Monto a pagar 57 8.2. SISTEMA DE RECIRCULACIÓN 59 8.2.1. Tanque de Recirculación 59 8.2.2. Redes de Recirculación 60 8.2.3. Válvulas 61 8.2.4. Medidor 61 8.2.5. Bombas de recirculación 62 8.2.6. Sistema de control 63 8.2.7. Canal de entrada 63 8.2.8. Costo anual del sistema de recirculación 64 9. ANÁLISIS DE RESULTADOS 65 9.1. RÉGIMEN HIDROLÓGICO DE LAS UNIDADES DE
FILTRACIÓN 65
9.2. CONCENTRACIONES DE DBO5 Y SST EN EL AGUA RECIRCULADA
67
9.3. MONTO A PAGAR DE TASA RERIBUTIVA 69 10. CONCLUSIONES 72 11. PROPUESTAS DE INVESTIGACIÓN 74 12. BIBLIOGRAFÍA 75 13. ANEXOS 79
8
II ÍNDICE DE TABLAS
TABLA N°1. Registro hidrológico mensual del sistema de recirculación de la planta de potabilización Manantiales, año 2009
52
TABLA N°2. Registro mensual de concentración de los parámetros DBO5 y SST del sistema de recirculación de la planta de potabilización Manantiales, año 2009
53
TABLA N°3. Monto a pagar mensual por concepto de tasa retributiva por vertimiento teórico de agua proveniente de los filtros de la planta de potabilización Manantiales sin sistema de recirculación, año 2009
58
9
III ÍNDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO N°1. Demanda poblacional de agua potable 18
GRÁFICO N°2. Disponibilidad de agua en el planeta 26
GRÁFICO N°3. Diagrama de flujo de un sistema de potabilización reciclando el agua de lavado de los filtros
39
GRÁFICO N°4. Esquema de un sistema de recirculación de agua de lavado de los filtros
40
GRÁFICO N°5. Régimen hidrológico de los filtros de la planta Manantiales para el año 2009
66
GRÁFICO N°6. Concentración de DBO5 en mg/l del agua recirculada proveniente de los filtros en el año 2009
67
GRÁFICO N°7. Concentración de SST en mg/l del agua recirculada proveniente de los filtros en el año 2009
68
GRÁFICO N°8. Monto a pagar mensual por concepto de vertimiento de acuerdo a los parámetros de DBO5 y SST
70
GRÁFICO N°9. Monto a pagar por concepto de tasa retributiva durante el año 2009
71
10
IV. RESUMEN
El mundo actualmente busca alternativas de desarrollo ambientales debido al
alto índice de contaminación de los recursos naturales especialmente el agua,
obligando a las Autoridades Ambientales a regular su uso y controlar las
concentraciones de contaminantes.
La normativa colombiana permite el cobro de tasas retributivas por vertimientos
a fuentes de agua, considerando la carga contaminante en términos de DBO5 y
SST estimulando a las empresas para instalar sistemas de tratamiento y/o
reducir los volúmenes utilizados mejorando las condiciones de las fuentes.
Las plantas de potabilización producen, en su lavado, volúmenes significativos
de aguas de desecho. La filtración a diferencia de las otras unidades genera
una concentración baja de lodos permitiendo reincorporar estas aguas al
sistema de tratamiento.
De esta manera, resulta interesante analizar la viabilidad económica de los
sistemas de recirculación tomando como modelo la planta de potabilización
Manantiales.
Para este estudio, fue necesario conocer condiciones de la planta como:
captación, conducción, caudal de diseño y de demanda, y en las unidades de
filtración las condiciones hidrológicas de lavado y recirculación durante el año
2009.
Se realizó un inventario de los componentes requeridos en el montaje del
sistema y se analizó costos de instalación y mantenimiento. Luego se
consideró los valores teóricos del monto a pagar por tasa retributiva debido al
eventual vertimiento de las aguas recirculadas durante este periodo.
11
Estos valores se compararon observándose el ahorro en los gastos de
funcionamiento de la planta, lo que demuestra que la instalación de estos
sistemas es más rentable y más respetuoso con el ambiente.
PALABRAS CLAVE: Aguas de lavado, Filtración rápida, Planta de
potabilización, Recirculación de aguas de lavado, Tasas Retributivas, Viabilidad
económica.
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V. GLOSARIO
• Agua cruda: Agua que no ha sido sometida a un proceso de tratamiento.1
• Autoridad Ambiental: Ente de carácter público, creado por la ley, dotado de
autonomía administrativa y financiera, patrimonio propio y personería jurídica,
encargado de administrar, dentro del área de su jurisdicción el medio ambiente
y los recursos naturales renovables y propender por su desarrollo sostenible.
• Carga contaminante: Es la cantidad de masa de un contaminante
determinado que fluye en una unidad de tiempo por una fuente hídrica.
• Calidad del agua: Es el conjunto de características organolépticas físicas,
químicas y microbiológicas propias del agua.2
• Contaminación del agua: Es la alteración de sus características
organolépticas, físicas, químicas, radiactivas y microbiológicas, como resultado
de las actividades humanas o procesos naturales, que producen o pueden
producir rechazo, enfermedad o muerte al consumidor.3
• Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): Cantidad de oxígeno en masa que
se requiere para degradar materia orgánica carbonácea y nitrogenada por
acción de los microorganismos en condiciones de tiempo y temperatura
especificados. Un indicador importante de la calidad del agua es la
consideración de la DBO en una muestra conservada a 20 ºC y en la oscuridad
luego de cinco días y que se denomina DBO5.
1 RAS, 2000. 2 Idem. 3 Idem.
13
• Empresa Prestadora de Servicios Públicos: Son aquellas empresas que
ofrecen los servicios de acueducto, alcantarillado, aseo, energía eléctrica,
telefonía pública básica conmutada, telefonía móvil rural, y distribución de gas
combustible que se rigen por la Ley 142 de 1994. Pueden ser de carácter
oficial, mixta o privada.
• Filtración rápida: Proceso mediante el cual se remueven las partículas
suspendidas y coloidales del agua haciéndola pasar a través de un material
poroso, generalmente arena, a una tasa entre 5 y 15 m3/m2/hora.
• Fuente superficial de agua: Depósito o curso de agua natural o artificial, que
discurre sobre un lecho en la superficie.
• Lavado de filtro: es el proceso mediante el cual se hace pasar por un filtro
agua en dirección contraria al de la operación de filtración expandiendo el lecho
y arrastrando los depósitos existentes en él.
• Lodo: Contenido de sólidos en suspensión o disolución que contiene el agua y
que se remueve durante los procesos de tratamiento.4
• Planta de potabilización: Conjunto de obras, equipos y materiales necesarios
para efectuar los procesos que permitan cumplir con las normas de calidad del
agua potable.5
• Recirculación de aguas de lavado: Es el proceso de conducir las aguas
utilizadas en el lavado de las unidades de una planta de potabilización hacia el
inicio del tratamiento.
• Sistema de recirculación: Es el conjunto de obras, equipos y materiales
requeridos para conducir el agua utilizada en el lavado de las unidades de
4 Idem. 5 Idem.
14
tratamiento hacia el canal de entrada de la planta de potabilización para
reiniciar el proceso.
• SST (sólidos suspendidos totales): Son aquellas partículas pequeñas no
disueltas dispersas en el agua son generalmente de materia orgánica e
inorgánica, microorganismos y plancton. Un indicador importante de la calidad
del agua es la consideración de los sólidos suspendidos totales presentes en
una muestra de agua.
• Tasa retributiva: Es la contraprestación que exige el Estado a través de la
Autoridad Ambiental competente a las personas naturales o jurídicas, de
derecho público o privado, que vierten desechos líquidos en cuerpos de agua.
• Tratamiento de potabilización: Es el conjunto de operaciones y procesos que
se realizan sobre el agua cruda, con el fin de modificar sus características
organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas, para hacerla apta para
consumo humano de acuerdo a las normas establecidas en la legislación
nacional vigente.
• Vertimiento Líquido: Cualquier descarga líquida hecha a un cuerpo de agua o
a un alcantarillado.
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VI. INTRODUCCIÓN
La recirculación de aguas de lavado de las unidades de filtración rápida en las
plantas de potabilización es un tema que pasa no solo por la importancia
ambiental de reducir la contaminación de fuentes superficiales debido a los
vertimientos sino también por la consideración económica, ya que un adecuado
sistema genera ahorros en los costos administrativos de la empresa prestadora
de servicios públicos debido a que el volumen de agua utilizado para el lavado
es considerablemente alto.
Mediante esta monografía se evalúa económicamente los beneficios de instalar
un sistema de recirculación a través de la determinación de los costos de su
instalación y mantenimiento y los costos correspondientes a pago de tasa
retributiva por el vertimiento de ésta a fuentes de agua. Para tal fin se
realizaron visitas técnicas, mediciones de campo y se obtuvo información del
sistema instalado en la planta de potabilización Manantiales que hace parte del
sistema interconectado que atiende el servicio de acueducto en el Valle de
Aburrá.
Es importante anotar que a pesar de que las autoridades a nivel mundial están
de acuerdo con optimizar el uso del agua y favorecen el reuso de ésta, poco se
ha estudiado al respecto, por lo cual esta evaluación sirve de modelo para
replicar en las empresas prestadoras del servicio de acueducto que presenten
intenciones de instalar los sistemas de recirculación en sus plantas de
potabilización.
16
1. JUSTIFICACIÓN
Uno de los factores importantes en el desarrollo de las comunidades es el
acceso al agua potable, esta situación genera en las administraciones
municipales y en los gobiernos en general, la necesidad de tomar medidas que
promuevan la creación de entidades prestadoras de este servicio con la calidad
adecuada, a través de la formulación de normas cada vez más estrictas.
Debido a esto, las Empresas Prestadoras de Servicios Públicos están en la
obligación, no solo de conducir el agua desde las fuentes sino además, de
realizar sistemas de tratamiento de potabilización del agua captada.
Existen diferentes tratamientos de potabilización del agua, pero uno de los más
aceptados y ampliamente utilizado es el sistema de tratamiento convencional el
cual consta de un tren de unidades que puede variar de acuerdo a las
condiciones del agua cruda.
Es por esto, que estas unidades demandan un lavado periódico para el cual se
requiere el uso de agua y en el caso particular de las unidades de filtración auto
limpiables, el agua utilizada para su lavado es precisamente la que se ha
tratado en las unidades anteriores. Además, estas unidades son las que
requieren de una mayor frecuencia de lavado por lo que el consumo de agua
utilizada para este procedimiento se puede considerar significativa.
Generalmente, el agua de lavado de estas unidades es conducida por una red
de alcantarillado hacia las fuentes superficiales cercanas a las plantas de
potabilización y son vertidas allí sin ningún tipo de tratamiento.
Sin embargo, los últimos años las entidades de control y los gobiernos han
promovido el cuidado de las fuentes superficiales y se han creado normas que
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exigen el control de vertimientos obligando a las Empresas Prestadoras de
Servicios Públicos a buscar alternativas de tratamiento para estos desechos.
Todo esto debe llevar a las Empresas Prestadoras de Servicios Públicos a
investigar alternativas de reducción de costos a través de la reducción de
caudales de aguas desechadas, no solo en las redes de distribución, sino
también en la propia planta de potabilización y la recirculación del agua de
lavado de las unidades dispuestas para el tratamiento debe ser una de ellas.
Por lo anterior, se decide adelantar esta monografía con el propósito de
considerar la viabilidad económica de la recirculación de aguas de lavado de
las unidades de filtración rápida en una planta de potabilización analizando
cada una de las variables que puedan afectar los costos tanto positiva como
negativamente para la implementación y puesta en marcha de este proceso
que ha sido utilizado con éxito en el tratamiento de aguas residuales pero que
aún no se ha evaluado en las plantas de potabilización.
La aplicación de esta actividad es fundamental porque favorecería la
recuperación ambiental y conservación de las fuentes superficiales cercanas a
las plantas de potabilización en las cuales se descargan las aguas de lavado y
mejoraría las condiciones socio ambientales de la comunidad ribereña aguas
abajo.
A su vez, de tener viabilidad económica, puede beneficiar a las empresas
prestadoras del servicio a través de la reducción de los gastos de
funcionamiento e indirectamente a la comunidad usuaria de ella.
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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente, las entidades están obligadas a buscar fuentes con condiciones
aceptables para satisfacer las nuevas demandas originadas por los
asentamientos urbanos, esto se evidencia en el siguiente gráfico elaborado por
el IDEAM donde es posible observar como a través del tiempo la demanda
urbana se incrementa cada vez más y la rural se sostiene.
GRÁFICO N°1. Demanda poblacional de agua potable
Fuente: Cálculos del Ideam, con base en información SIAS (1998) y Dane.
Adicionalmente, la calidad de estas fuentes superficiales para el consumo
humano debe cumplir varias características exigidas en la normativa
colombiana a través del Decreto 1575 de 2007 reglamentado por la Resolución
2115 de 2007.
Generalmente los grandes asentamientos urbanos no se hallan cerca de las
fuentes superficiales aptas para suministrar agua potable, lo que genera altos
costos de conducción de agua cruda para su posterior tratamiento.
Lo anterior conlleva a pensar en la necesidad de reducir los consumos y
especialmente las pérdidas de agua en la red para mantener un volumen de
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agua mínimo que satisfaga las necesidades de cualquier centro urbano y rural
beneficiado con los sistemas de potabilización de agua.
Es esta una de las razones por las que el Estado aprobó la Ley 373 de 1997,
“Por la cual se establece el programa para el uso eficiente y ahorro del agua”. A
través de esta ley las entidades de control, ya sean Corporaciones Autónomas
Regionales o Autoridades Ambientales pertinentes, obtienen herramientas de
eficiencia para penalizar a las Empresas Prestadoras de Servicio de Acueducto
que incumplen o beneficiar a aquellas que pueden demostrar las inversiones
realizadas para mejorar este aspecto de acuerdo a la Resolución CRA No. 287
de 2004 "Por la cual se establece la metodología tarifaria para regular el cálculo
de los costos de prestación de los servicios de acueducto y alcantarillado". Las
pérdidas presentadas en el sistema de acueducto en ningún caso podrán ser
susceptibles de recuperación vía tarifa sino hasta el 30% según la resolución
CRA No. 151 de 2001 y que continúa vigente en la resolución CRA No. 287 de
2004.
Debido a lo anterior, las empresas crean equipos de investigación y control de
pérdidas donde se han logrado reducciones a través de la instalación de micro
y macro medidores y una fuerte promoción del ahorro de agua en los usuarios
finales; también han logrado una reducción notable a través del mantenimiento
adecuado de redes de abastecimiento e instalación de válvulas.
Todas estas acciones son importantes pero no intervienen en el efecto
producido por los desechos de aguas de lavado en fuentes superficiales que
pueden generar problemas socio ambientales y en la salud de los habitantes
ribereños aguas abajo y que pueden generar conflictos.
La recirculación de aguas de lavado beneficiaría a la fuente superficial
receptora ya que el volumen de entrega a esta fuente sería menor al actual,
disminuyendo los efectos de transvase y de contaminación por los
componentes que pudiera arrastrar dichas aguas de lavado.
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El presente estudio acerca de la recirculación de aguas de lavado pretende
entonces resolver dudas que surgen antes de la aplicación de este sistema:
¿Puede la creación y puesta en marcha de un plan de recirculación de aguas
de lavado conducir a bajar los índices asociados a estos problemas de
contaminación ambiental?, ¿Puede llevar, en un análisis económico, a la
reducción de gastos administrativos considerando los costos de tratamiento y
montos a pagar por tasa retributiva debido al vertimiento a fuentes receptoras?.
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3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Analizar la viabilidad económica de la recirculación de aguas de lavado
proveniente de las unidades de filtración rápida de la planta de potabilización
Manantiales.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Valorar el potencial económico de las aguas de lavado desechadas en las
unidades de filtración rápida en las plantas de potabilización de agua.
• Determinar los costos y gastos de instalación y mantenimiento (equipo,
materiales e instrumentos) de un sistema de recirculación de aguas de lavado
de las unidades de filtración rápida en una planta de potabilización.
• Considerar la reducción o aumento del valor de la tasa retributiva por
concepto de vertimiento a fuentes superficiales de las aguas desechadas de
las unidades de filtración rápida con la implementación de un sistema de
recirculación de estas en una planta de potabilización.
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4. METODOLOGÍA
En el proyecto inicialmente, se realizó la investigación de la información
bibliográfica disponible en los centros de documentación de algunas
universidades de la ciudad de Medellín, Corporaciones Autónomas Regionales
y en las bases de datos a las cuales se pudo acceder, de igual manera se
consultó la información existente en internet. Con esta información se identificó
previamente las necesidades y logros actuales de estos sistemas de
recirculación y su aplicabilidad en las plantas de potabilización.
Se recogió información de aspectos técnicos y económicos para la instalación y
mantenimiento de un circuito de recirculación de aguas de lavado proveniente
de los puntos de descarga de las unidades de filtración rápida y conducidas
hacia el canal de entrada de la planta de potabilización.
Para considerar los aspectos técnicos, se requirió elaborar un inventario
completo de los elementos necesarios para la creación del circuito que
comprende tubería, accesorios, sistema de bombeo, válvulas requeridas,
almacenamiento, costos de mano de obra, costos de equipo y material
requerido para la instalación.
En los aspectos económicos, se consideró el volumen de agua captada en la
fuente, volumen y caudal utilizado para el lavado de las unidades de filtración,
frecuencia de lavado y costos por desechar el agua.
Con esta información se realizaron visitas técnicas en la planta de
potabilización Manantiales que utiliza este sistema de recirculación y que
aportó información de operación y mantenimiento del mismo.
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Se procedió a la recolección de la información real de los costos generados en
la operación del sistema de acuerdo a los registros de la planta de
potabilización y se realizó una consideración teórica de los costos económicos
que se generarían por el desecho de esta agua de lavado.
Luego de haber obtenido dicha información, se procedió a revisar la viabilidad
técnica y económica del sistema y sus beneficios ambientales.
Finalmente, se validaron los resultados en la planta de potabilización y se
realizaron los análisis finales y conclusiones del estudio.
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5. REFERENTES CONCEPTUALES
5.1. MARCO CONCEPTUAL
5.1.1. El agua y la disponibilidad en el planeta.
El agua es uno de los recursos necesarios para el desarrollo de la vida de
cualquier especie, sin él no podríamos existir. Esta sentencia ha sido
considerada desde mucho tiempo antes y desde esta han surgido interrogantes
de cómo preservar las condiciones óptimas de este recurso.
Las condiciones físico químicas del agua son únicas y permiten el desarrollo de
un ambiente adecuado para la vida de las especies existentes: El agua tiene la
capacidad de disolver y transportar sustancias que pueden ser desde
nutrientes hasta desechos; A presión atmosférica normal hierve a 100° C y se
congela a 0° C permitiendo mantenerse en estado líquido en un amplio rango
de temperatura formando océanos, lagos y ríos que sirven de hábitat a
numerosas especies; su alto calor de vaporización de 580 cal/g permite
almacenar energía solar controlando la temperatura del globo terráqueo; el
calor específico es 1 cal/g °C lo que regula los cambios de temperatura
favoreciendo la vida acuática; su menor densidad en estado sólido que líquido
evita la congelación de los lechos protegiendo los organismos que viven debajo
de ella.6
Debido a estas condiciones, el agua tiene la capacidad de disolver, diluir y
transportar nutrientes, pero son estas mismas capacidades la que conlleva a
ser fácilmente contaminable.
6 PINILLA B., Maria C.1999.
25
El agua es la sustancia predominante en la superficie del planeta, cubre tres
cuartas partes de este en sus estados líquido y sólido (mares, ríos, lagos,
glaciares, etc.), hace parte de la atmósfera, además puede constituir del 50% al
90% del peso de plantas y animales incluyendo al hombre (75%).
Estos porcentajes son constantes en el tiempo, la cantidad de agua en el
planeta es la misma: 5.398’263.000 km³ y sólo se renueva a través del ciclo
hidrológico que puede resumirse en: Precipitación-filtración-escorrentía-
evaporación.
Esta cifra a primera vista podría parecer más que suficiente para satisfacer las
necesidades de las especies vivientes del planeta incluyendo el hombre, pero
la cantidad de recurso no es la única variable a considerar, también es
necesario tener en cuenta la disponibilidad y calidad del recurso la cual es la
que limita su uso.
El total del agua presente en el planeta es de 5.398’263.000 km³ en todas sus
formas y se denomina hidrosfera. En la superficie terrestre el agua cubre las
3/4 partes con 1.386.000.000 km3 de los cuales 1.338’000.000 km³ (96,5%) son
agua de mar no aprovechable (por lo menos en primera instancia) para
consumo y 35’029.110 km³ (3,0 %) son agua dulce. Del agua dulce 24’064.000
km³ (1,74%) esta como hielo, 10’530.000 km³ (0,76%) como agua subterránea,
300.000 Km3 (0,022%) como permafrost y en glaciares continentales, 91.000
km³ (0,007%) en lagos, 16.500 km³ (0,001%) en humedad del suelo, 12.900
km³ (0,001%) en la atmosfera, 11.470 km³ (0,0008%) en embalses, 2.120 km³
(0,0002%) en ríos y 1.120 km³ (0,0001%) como agua biológica.7
7 Colaboradores de Wikipedia. 2009.
26
GRÁFICO N°2. Disponibilidad de agua en el planeta.
Fuente: Colaboradores de Wikipedia. Agua [en línea].
Estas cifras nos dan una mejor idea de la realidad acerca de la cantidad de
agua disponible, pero aún así no se ha considerado la distribución del agua
superficialmente y la ubicación de los asentamientos que la demandan.
5.1.2. Sistemas de tratamiento para potabilización de agua
El agua tal como se encuentra en la naturaleza no es apta para el consumo
humano ya que presenta sustancias indeseables que pueden ser perjudiciales
al ser ingeridas. Estas sustancias pueden ser agrupadas, de acuerdo a Mariana
López Sánchez et Al. en su tesis “El Agua” para la Universidad de las Palmas
de Gran Canaria en 2005, de la siguiente manera:
• Color: El color se debe a la presencia de materia orgánica disuelta
proveniente de suelos de turba, sales minerales de hierro y de manganeso.
• Materia suspendida: Es el mineral fino o materia vegetal que no es capaz de
sedimentar en condiciones normales de flujo.
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• Turbidez: Es una medida de la transparencia del agua, se puede deber a
muchos factores, como partículas finas de minerales en suspensión, alta
concentración de bacterias o incluso finas burbujas debido a la excesiva
aireación.
• Patógenos: Los patógenos pueden ser virus, bacterias, entre otros
organismos que pueden afectar negativamente la salud del que ingiere el agua.
• Dureza: La excesiva y extremadamente baja dureza son igualmente
indeseables. El exceso de dureza se presente con frecuencia en las aguas
subterráneas, mientras que las aguas blandas son más frecuentes en cuencas
de captación de tierras altas.
• Sabor y Olor: El sabor y olor desagradable se debe a contaminación por
aguas residuales, excesiva concentración de algunas especies químicas como
el hierro, aluminio o manganeso; vegetación en estado de putrefacción,
condiciones de estanqueidad debido a la falta de oxígeno en el agua, o a la
presencia de ciertas algas, entre otros.
• Productos químicos nocivos: Existe una gran variedad de sustancias químicas
orgánicas e inorgánicas que son tóxicas y nocivas, que pueden aparecer en los
recursos del agua. Estas son absorbidas por los sólidos y se debe a
contaminación por aguas residuales industriales y domésticas.8
Debido a esto es necesario llevar a cabo algunos procesos de tratamiento para
que el agua sea grata, saludable, limpia, sin color ni olor, razonablemente
blanda y que no sea corrosiva. El tratamiento realizado depende, entonces, de
la calidad de la fuente existente y las condiciones propias de cada lugar.
8 LÓPEZ SÁNCHEZ, Mariana et Al. 2005.
28
Hay diferentes sistemas de tratamiento de agua que pueden combinar métodos
físicos y químicos; su selección depende del caudal requerido, costo de
instalación, costo de operación y mantenimiento, tecnología que se pretenda
utilizar y espacio disponible para la planta entre otros.
Una de las alternativas más frecuentemente utilizada es el tratamiento
convencional que consiste en el paso del agua cruda a través de un tren de
unidades de tratamiento físico químicos antes de ser distribuida por la red de
servicio y que pueden ser: canal de entrada, floculación, sedimentación,
filtración y desinfección para su posterior almacenamiento y distribución. Sin
embargo, hay otras alternativas ampliamente estudiadas y analizadas como
son los métodos de filtración lenta, desinfección solar y plantas compactas de
costo más bajo o tecnologías más avanzadas como son los métodos de
separación por membrana, etc.
A continuación se presentan las características de algunos de los sistemas de
tratamiento anteriormente mencionados.
Filtración lenta en arena
Es el sistema de tratamiento de agua más antiguo del mundo que simula el
proceso de purificación que se produce en la naturaleza cuando el agua de
lluvia atraviesa los estratos de la corteza terrestre y forma los acuíferos o ríos
subterráneos. Se utiliza principalmente para eliminar la turbiedad del agua,
pero puede llegar a ser utilizado como un sistema de desinfección del agua. 9
Básicamente, un filtro lento consta de un tanque que contiene una capa
sobrenadante del agua que se va a desinfectar conocida con el nombre de
“schmutzdecke” o “piel de filtro”, a través de la cual tiene que pasar el agua
antes de llegar al propio medio filtrante, un lecho filtrante de arena por el cual
9 Cepis. 2000.
29
circula el agua cruda a baja velocidad, drenajes y un juego de dispositivos de
regulación y control.10
Durante el proceso, las impurezas entran en contacto con la superficie de las
partículas del medio filtrante y son retenidas, desarrollándose adicionalmente
procesos de degradación química y/o permanecen como material inerte hasta
un subsecuente retiro o limpieza.
El filtro lento se caracteriza por ser un sistema sencillo, limpio y a la vez
eficiente para el tratamiento de agua. Requiere de áreas grandes y por lo tanto,
tiene mayor costo inicial. Sin embargo, su simplicidad y bajo costo de operación
y mantenimiento lo convierte en un sistema ideal para zonas rurales y
pequeñas comunidades, teniendo en cuenta además que los costos por área
de terreno son comparativamente menores en estas zonas.11
Filtración en múltiples etapas
La Filtración en Múltiples Etapas (FiME) es una combinación de Filtración
Gruesa en Grava (FG) y de Filtración Lenta en Arena (FLA). Esta combinación
hace posible el tratamiento de agua con niveles de contaminación muy
superiores a los que se pueden tratar utilizando sólo la FLA. La FiME conserva
las ventajas de la FLA como una tecnología robusta y confiable, que puede ser
mantenida por operadores con bajos niveles de escolaridad. Es mucho más
sostenible que el tratamiento químico del agua para las comunidades rurales,
pequeños y medianos municipios de los países en vía desarrollo, así como
para las áreas más remotas de los países industrializados. Se debe incluir la
desinfección final como una barrera de seguridad después de la FiME.12
10 Idem. 11 idem. 12 SANCHEZ, Luis Darío. 2005.
30
Desinfección solar
La desinfección solar SODIS es un método de tratamiento de agua que elimina
los patógenos que producen enfermedades transmitidas por el agua; el método
es ideal para desinfectar pequeñas cantidades de agua destinadas a consumo
humano y depende solamente de la energía solar, constituyéndose en una
alternativa para el tratamiento de agua a nivel casero.
Este método de desinfección del agua no cambia la calidad química del agua y
no altera ni el olor ni el sabor del agua, sin embargo entre sus limitaciones se
encuentra que este sistema no es útil para tratar grandes cantidades de agua,
requiere agua relativamente clara con turbidez menor de 30 UNT y requiere
radiación solar con tiempos de exposición de 5 horas bajo cielo despejado o
cubierto en un 50% y de 2 días consecutivos bajo cielo totalmente cubierto.13
Tratamiento Convencional
El tratamiento convencional de potabilización consiste en generar procesos
fisicoquímicos que permitan separar las sustancias suspendidas y coloidales
presentes en el agua cruda.
Los procesos que componen el sistema son:
Un proceso de coagulación y mezcla rápida seguido de la floculación a través
de una mezcla lenta que pretende aglutinar las sustancias coloidales del agua
ganando peso a través de la adición de un químico coagulante.
El siguiente proceso corresponde al de sedimentación de las partículas
coaguladas en un proceso físico donde se aprovecha el peso adquirido por las
partículas que superan el peso específico del agua dirigiéndose al fondo del
tanque.
13 Ikkaro. 2009.
31
A continuación se realiza el proceso de filtración el cual consiste en conducir el
agua sedimentada a través de un medio filtrante que puede ser de arena,
antracita o la mezcla de ambos. En este proceso se eliminan algunas
sustancias y partículas presentes en el agua que se adhieren al lecho filtrante
de gran área superficial.
Por último, se lleva a cabo el proceso de desinfección del agua con la adición
de un desinfectante el cual puede ser cloro siendo este el más utilizado.
Plantas compactas
Las plantas compactas consisten en la instalación de unos módulos
prefabricados con los sistemas de tratamiento de una planta convencional,
coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección.
Al ser prefabricadas presentan varias ventajas en el proceso constructivo y de
instalación el cual se reduce en el tiempo, es de fácil emplazamiento y sus
costos de operación pueden ser bajos. Una desventaja es la rigidez en la
calidad del agua de la fuente ya que picos de turbiedad o cambios súbitos de la
calidad puede afectar el proceso de purificación.14
Separación por membrana
La separación por membrana es muy utilizada cuando se pretende desalinizar
el agua o remover compuestos de alto peso molecular, orgánicos o
microorganismos. Dentro de los procesos de separación por membranas se
encuentra: la ósmosis inversa, la electrodiálisis, nanofiltración y la ultrafiltración.
La ósmosis inversa es un proceso de separación por membrana
semipermeable en el cual la fuerza directriz es la presión, se retiene los iones y
14 Alvarez, Pablo. 2009.
32
se deja pasar el agua. La presión aplicada a la membrana en la práctica, es
superior a dos veces la presión osmótica de la solución que quiere tratarse.
En la electrodiálisis la fuerza directriz es un gradiente de concentración, los
iones son transferidos a través de la membrana, de la solución menos
concentrada a la solución más concentrada, como resultado de la aplicación de
una corriente eléctrica. El flujo de agua es tangencial a la membrana cuando el
flujo de iones es perpendicular a la membrana.
La electrodiálisis inversa es un proceso en el cual periódicamente se invierte la
polaridad de los electrodos (ánodo y cátodo).
En la nanofiltración se utiliza una membrana de baja presión, pasan solamente
partículas menores a 1 nm. Las membranas de nanofiltración operan en un
rango mayor al de las membranas de ósmosis inversa y presentan un alto
rechazo de los iones divalentes como Ca2+ y Mg2+, son usadas como
membranas de ablandamiento y pueden también servir de barrera para las
bacterias y virus.15
5.2 MARCO LEGAL
5.2.1. Normativa ambiental de Colombia.
Actualmente en el mundo se buscan alternativas legislativas que permitan
reducir y controlar los problemas socioeconómicos que pueden generarse
debido a la escasez del agua. Para Colombia este no es el problema ya que
por la gran oferta hídrica que posee llegó a ocupar el cuarto lugar hasta finales
del siglo XX en disponibilidad percápita de agua. El interés de Colombia, sin
embargo, ha de ser el de preservar las condiciones ambientales de las cuales
15 RAS 2000
33
es privilegiada, y que se han visto reducidas pasando a ocupar el puesto 24 en
la lista de 203 países. 16
A pesar de la riqueza hídrica, el país no escapa de situaciones conflictivas en la
organización y distribución del agua por lo que el gobierno colombiano debe
buscar permanentemente las normas que permitan el manejo integral de este
recurso para hacer frente a las necesidades de acceso al agua.
Este desarrollo de las normas ambientales en el país ha sido notable en las
últimas cuatro décadas impulsadas inicialmente por la Convención Mundial de
Estocolmo en 1972 los cuales dictaron los principios acogidos en el decreto ley
2811 de 1974 correspondiente al Código Nacional de Recursos Naturales y
Renovables y de Protección del Medio Ambiente reglamentado en el decreto
2857 de 1981, en este se empieza a mostrar un interés en la regulación y
control del recurso agua.
Es así como en la parte III del código se trata de las disposiciones de las aguas
no marítimas, su aprovechamiento, se define el dominio de las aguas y cauces,
el modo de adquirir derechos a uso de las aguas y lo concerniente a las
concesiones, y especialmente, el título IV se refiere del uso, conservación y
preservación de las aguas.
En 1984, a través del decreto 1594, se reglamenta el uso del agua y residuos
líquidos, dictando criterios de calidad y de distribución, de manera que hace
más eficiente los instrumentos de control sobre el recurso.
Luego, en 1991, como fruto de la nueva Constitución Política Colombiana, se
redimensiona la protección al medio ambiente, elevándola a la categoría de
derecho colectivo y dotándola de mecanismos de protección por parte de los
ciudadanos a través de las acciones populares o de grupo y,
excepcionalmente, del uso de las acciones de tutela y de cumplimiento.
16 IDEAM. 2008
34
Posteriormente, en la Ley 99 de 1993 se crea el Ministerio del Medio Ambiente
(hoy Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial), se reordena el
Sector Público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y
los recursos naturales renovables y se organiza el Sistema Nacional Ambiental
–SINA.
En esta ley se incorporan los principios de las Declaraciones de Estocolmo de
1972 y de Río de Janeiro de 1992 según lo dispone el Numeral 1 del Artículo 1.
Con esta ley quiere dársele a la gestión ambiental en Colombia una dimensión
sistemática, descentralizada, participativa, multiétnica y pluricultural. Al definir
los elementos del Sistema Nacional Ambiental – SINA, incorporó la legislación
anterior pero vigente sobre los recursos naturales renovables.
La ley se refería a toda aquella que, en desarrollo y reglamentación del Código
Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio
Ambiente regulaba cada tipo de elemento biótico y abiótico que tenía utilidad
para el hombre y se encontraba en su medio natural. Allí es cuando se
aceptaron todas las disposiciones dictadas sobre aguas marinas y no marinas
o continentales antes de la Constitución y de la susodicha Ley 99.
A través de la ley 373 de 1997 que establece el programa para el uso eficiente
y ahorro del agua, el gobierno impulsó en las entidades prestadoras de servicio
y en otros usuarios del recurso, el desarrollo de tecnologías y aplicación de
instrumentos para la reducción de pérdidas de agua definidas en unas metas
quinquenales. En el artículo 5 de esta ley, se obliga al reuso del agua siempre y
cuando sea viable técnica y económicamente.
A partir de estas directrices legislativas, las entidades prestadoras de servicios
como acueducto y alcantarillado, han evaluado aspectos técnicos desde el
punto de vista económico para favorecer reducciones en consumo de agua y
hacia allí es que se enfoca este proyecto.
35
5.2.2. Normativa de las tasas retributivas
“Las Tasas son una contraprestación que exige el Estado a los ciudadanos
para cubrir los gastos que la prestación de algunos servicios le genera”.17
Estas herramientas político –ambientales fueron creadas por el gobierno en el
marco de la propuesta de la Cumbre de Estocolmo, en 1972 y de acuerdo a lo
establecido en el Código Nacional de los Recursos Naturales Renovables y de
Protección al Medio Ambiente (Decreto - Ley 2811 de 1974) y fueron
reglamentadas en los artículos 232 al 237 del Decreto 1541 de 1978 y
posteriormente modificadas por los artículos 30 y 31 del Decreto 2857 de 1981.
Estas herramientas fomentan el uso y aprovechamiento adecuado de los
recursos y en este caso del agua. Es así como las tasas retributivas se
diseñaron como instrumento económico a través de las cuales se pretende
estimular la reducción del consumo del agua (Tasa por uso) e igualmente,
reducir los vertimientos tanto en caudal como en carga contaminante (Tasa por
vertimiento). Por otro lado, el resultado de estos cobros se debe dirigir a su vez
a la preservación de las fuentes naturales a través de las Corporaciones
Autónomas en sus lugares de jurisdicción.
A través del Decreto 1594 de 1984 reglamentario de la Ley Sanitaria Nacional
(Ley 9 de 1979) y del Código de los Recursos Naturales Renovables, se reguló
la Tasa Retributiva por vertimientos sin obtener muchos logros en su
implementación, debido a la estructura existente en aquel entonces la cual
presentaba debilidades para alcanzar los objetivos. Sin embargo, a través de la
Constitución Política de Colombia de 1991 que consideró el tópico del
saneamiento ambiental como servicio público a cargo del Estado y como un
derecho público colectivo y de la Ley 99 de 1993, se resaltó la importancia del
tema ambiental y con la creación del Ministerio del Medio Ambiente, se
17 CORANTIOQUIA. 2008
36
garantizó la gestión y conservación de los recursos naturales y redefinió la
metodología de las tasas retributivas.18
A pesar de esto, el verdadero impulso al cobro de las tasas retributivas se da a
partir del decreto 901 de 1997 que puntualizó y perfeccionó el cobro de la tasa
retributiva. En este decreto se adicionan elementos como la meta de reducción
de la carga contaminante y la disponibilidad del recurso hídrico con el que
cuenta una región, entre otros.
En el 2003 se crea el decreto 3100 que deroga el anterior, pero persiste la
obligación de aquellas entidades, de establecer "una meta global de reducción
de la carga contaminante", con base en consideraciones como "la diversidad
regional, disponibilidad, costo de oportunidad y capacidad de asimilación del
recurso y las condiciones socioeconómicas de la población afectada". Dicha
meta se establece, según el decreto, mediante un "proceso de consulta" (Art.
9), el cual "se inicia formalmente mediante un acto administrativo".19
5.2.3. Sistema de fijación de la cuantía y cobro.
La reglamentación para la fijación del monto a pagar por tasa retributiva se
realizó inicialmente mediante el Decreto 901 de 1997 y las Resoluciones 0273
de 1997 y 0372 de 1998. En estas se establecieron las tarifas mínimas de las
tasas, definiéndose el ajuste anual en el mes de enero, de acuerdo al índice de
precios al consumidor (IPC) para el año anterior.
Posteriormente, se expidió el Decreto 3100 de 2003 que derogó el 901 de
1997, y el cual fue a su vez modificado por el Decreto 3440 de 2004. Sin
embargo, la Resolución 0372 de 1998, continua vigente y establece los
parámetros objeto del cobro de la tasa retributiva que son la Demanda
Bioquímica de Oxigeno DBO5 y los Sólidos Suspendidos Totales SST.
18 GARCÍA CARDONA, Alejandra. 2009. 19 Ibid.
37
Los autorizados para cobrar la tasa retributiva por vertimientos puntuales son
las Corporaciones Autónomas Regionales, las Corporaciones para el
Desarrollo Sostenible, las Autoridades Ambientales de los Grandes Centros
Urbanos y a las que se refiere el artículo 13 de la Ley 768 del 2002.
El sistema y método que estableció para la definición de los costos sobre cuya
base ha de calcularse y fijarse la tasa retributiva debe incluir el valor de la
depreciación del recurso afectado con la actividad, para lo cual es necesario
tener en cuenta los costos sociales y ambientales del daño y los costos de
recuperación del recurso.
Las bases para hacer el cálculo de la depreciación deben fijarse para períodos
anuales, teniendo en cuenta que:
• A cada factor que incida en la tasa se le definieron variables cuantitativas que
permitan la medición del daño.
• Los factores y variables cuantitativas tienen un coeficiente que permite
ponderar su peso frente al conjunto de ellos.
• Dichos coeficientes se calculan teniendo en cuenta la diversidad de las
regiones, la disponibilidad de recursos, su capacidad de asimilación, los
agentes contaminantes involucrados, las condiciones socioeconómicas de la
población afectada y el costo de oportunidad del recurso de que se trate.
• Se deben integrar fórmulas matemáticas que permitan el cálculo y la
determinación de las Tasas.
Aunque parece complejo, la determinación de los costos de la depreciación
debe hacerse teniendo en cuenta estos lineamientos, como en efecto se hizo
con la expedición por parte del Gobierno Nacional inicialmente del Decreto 901
de 1997 y sus modificatorios, los Decreto 3100 de 2003 y 3440 de 2004. 20
20 CORANTIOQUIA. 2008.
38
6. SISTEMAS DE RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE LAVADO
PROVENIENTES DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN RÁPIDA
Aún en la actualidad, no se ha considerado el importante valor de los lodos
producidos en las plantas de potabilización, generado ya sea por su impacto
negativo al ser vertido directamente sobre fuentes naturales o incluso el valor
positivo cuando a través de procesos se puede utilizar para rehabilitación de
zonas verdes.
La normativa actual exige la reducción de vertimientos tanto en cantidad como
en calidad de los mismos.
Para reducir la composición de contaminantes vertidos se aplican métodos de
espesamiento de lodos a través de mecanismos como filtro prensa y lechos de
secado muy prácticos para unidades con alta concentración de lodos como son
los decantadores, sedimentadores y floculadores donde la concentración de
materia seca puede oscilar en 0.5% (5 g/L).
En el caso de las unidades de filtración, las concentraciones de lodo son más
bajas que en las demás unidades variando entre 0.2 y 0.3 g/L, por lo que es
más apropiado hacer recircular el agua hacia el inicio del tratamiento como se
presenta en el gráfico N°3. 21
Hablar de recirculación del agua es utilizar el agua para la misma aplicación
que fue utilizada previamente, para esto se debe considerar algunos factores a
saber: Las oportunidades de uso del agua, la calidad mínima requerida en el
punto de recirculación, la calidad resultante del uso inicial y el tratamiento (si se
requiere) para llevar a cabo su reuso.
21 RAMÍREZ QUIRÓS, Francisco. 2008.
39
GRÁFICO N°3. Diagrama de flujo de un sistema de potabilización reciclando el agua de
lavado de los filtros.
Fuente: Manuel Piñón Miramontes, Recirculación de agua de lavado de filtros de arena en
proceso de potabilización de agua superficial.
Debido a que los filtros en su proceso de autolavado puede consumir entre el
(3 y 5%) del agua tratada, es realmente importante disponer de un sistema de
recirculación de este volumen de agua por las siguientes consideraciones:
1. Para evitar el vertimiento y consecuente contaminación de las fuentes
superficiales, que conducen a problemas de salud y paisajísticos aguas
abajo.
2. Para reducir la captación de agua cruda que puede ser fundamental en
zonas desérticas y de pocas fuentes aptas para consumo humano. 22
3. Reducir el gasto de coagulante adicionado por efecto del aumento de la
turbiedad al recircular las aguas al inicio del tratamiento.23
El diseño y construcción de un sistema de recirculación del agua de lavado
proveniente de los filtros es relativamente sencillo y requiere de elementos y
estructuras que se encuentran comúnmente en el sector de la construcción.
22 RAMÍREZ QUIRÓS, Francisco. 2008. 23 CÓRDOVA LÓPEZ, Luis. 1998.
40
Para iniciar el diseño debe considerar lo siguiente:
1. El volumen de agua captada para tratamiento.
2. La cantidad de filtros existentes en la planta de potabilización.
3. La frecuencia y el volumen de agua utilizado para el lavado de los filtros.
4. Caracterización del agua de lavado que determine los siguientes
parámetros: Color, turbiedad, sólidos suspendidos y pH.
El sistema de recirculación de aguas de lavado proveniente de los filtros es,
generalmente, de fácil construcción dependiendo de las condiciones de espacio
y topografía del terreno como se presenta en el siguiente esquema.
GRÁFICO N°4. Esquema de un sistema de recirculación de agua de lavado de los filtros.
Fuente: Manuel Piñón Miramontes, Recirculación de agua de lavado de filtros de arena en
proceso de potabilización de agua superficial.
El equipo requerido para la implementación del sistema de recirculación debe
constar de lo siguiente:
41
Tubería para la conducción de las aguas de lavado desde los filtros hacia un
tanque de recolección.
Tubería para la conducción de las aguas de lavado desde el tanque de
recolección hacia el inicio del tratamiento.
Tubería de descarga (lavado) y de rebose para el tanque de recolección.
Tanque de Recolección y homogenización de las aguas de lavado de filtros.
Equipo de Bombeo para impulsar el agua hacia el inicio del tratamiento.
Válvulas para el control de la operación de recirculación.
42
7. GENERALIDADES DE LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN
MANANTIALES
Para el desarrollo del estudio de viabilidad económica de la recirculación de
aguas de lavado de filtros, se autorizó por parte de las EPM tomar como
modelo el sistema existente en la planta de potabilización Manantiales la cual
se contextualizará a continuación.
7.1 EMPRESA PRESTADORA DE SERVICIO DE ACUEDUCTO – EPM
La Empresa de Servicios Públicos que atiende el servicio de acueducto en el
Área Metropolitana del Valle de Aburrá es EPM, una empresa de propiedad del
Municipio de Medellín que fue creada en 1955.
Sin embargo, la prestación del servicio de acueducto para el Municipio de
Medellín se remonta desde 1677 cuando el gobernador y capitán general de la
provincia, Miguel de Aguinaga ordena recoger el agua de la quebrada de Aná.
Posteriormente, en 1788 el gobernador Antonio Mon y Velarde ordena la
construcción de una pila en la Plaza Mayor la cual fue levantada al año
siguiente por Antonio Monzón director de las Reales Fábricas.
En 1856 se constituye en Medellín la Sociedad de Aguas de La Ladera, una
entidad privada para la prestación del servicio de acueducto en la ciudad que
fue disuelta en 1867 dando paso a otra que recibe el mismo nombre pero bajo
otros estatutos.
En 1870 se inicia el aprovechamiento de las aguas de la Quebrada Piedras
Blancas (la cual hace parte del acueducto actual) y posteriormente, en 1888
con el servicio de la Empresa del Acueducto consolidada, el Municipio se
43
reserva el derecho de traer aguas a la ciudad adquiriendo en 1890 el manejo
de las aguas que hasta entonces eran administradas por particulares
generalmente dueños de las empresas textileras (Coltejer, Fabricato, Rosellón).
Entre 1892 y 1896, el municipio fortaleció la prestación del servicio de
acueducto a través de la compra del acueducto particular Piedras Blancas,
decreta la modernización del acueducto de Santa Elena y se realiza la
construcción de un tanque de decantación en la bocatoma Las Perlas.
En 1913, el Municipio crea la Junta Autónoma del Acueducto quienes en 1915
entrega el primer tanque de almacenamiento con capacidad para 2400 m3 y al
año siguiente se inicia la construcción de la red de conducción y distribución del
acueducto moderno a través de tuberías metálicas.
En 1919 se conformaron las Empresas Públicas Municipales, entidad que
además estuvo encargada del tranvía eléctrico, del matadero municipal y de la
plaza de mercado.
En 1925 Se inaugura la primera planta con sistema de clorinación en La
Tablaza registrando una disminución del 7% en los índices de mortalidad por
enfermedades de origen hídrico. Además, se inicia la instalación sistemática de
tanques de almacenamiento.
La primera Planta de potabilización de la ciudad entra operación en 1943
ubicada en el barrio Villa Hermosa para la cual se acuerda realizar un embalse
en Piedras Blancas que entró en servicio en 1952.24
Entre 1954 y 1955 se cedieron los activos de aguas, telefonía y energía a un
ente autónomo, del orden municipal, que pasó a llamarse Empresas Públicas
de Medellín.
24 EPM. 2007.
44
En 1957 EPM inauguró su primera sede en el Edificio Miguel de Aguinaga, en
pleno centro de Medellín. Desde esa época la empresa definió unos principios
básicos de cultura empresarial:
- Planeación técnica, financiera y jurídica para sus proyectos.
- Transparencia frente al público.
- Una política de "carácter social de las tarifas", aplicando tarifas diferenciales
con base en la capacidad económica de los usuarios, sin menoscabar la
expansión y sostenibilidad de los servicios.
- Una cultura de lealtad y orgullo de sus trabajadores, traducida en estabilidad
laboral, espíritu de servicio y sentido cívico.
- Una administración y una Junta independientes, en su mayoría provenientes
del sector privado, con altas calidades y experiencia, ajena a partidismos.
- Una política agresiva de cobertura de servicios en barrios marginales de la
ciudad, que luego se extendió al Área Metropolitana.
A partir de este momento, la empresa llevó a cabo ambiciosos proyectos para
brindar calidad y cobertura en la atención de estos servicios marcando altos
estándares de calidad.
En el caso del servicio de acueducto se construyeron las represas para
aprovechamiento múltiple de La Fe (1967) y Rio Grande (1989) y las plantas de
tratamiento de San Cristóbal (1964), Envigado (1985), La Ayurá (1968) y
Manantiales (1991).
En 1997 EPM inauguró su nueva sede, un edificio del tipo "inteligente" desde el
que administra lo que hoy es el Grupo Empresarial de servicios públicos más
grande del país, el cual es conformado para el sector aguas por Aguas de
Oriente, EPM Bogotá Aguas, Aguas de Urabá, Aguas de Occidente, entre
otros.
Actualmente, EPM, es una de las compañías de servicios públicos más
importantes de América Latina, y presta el servicio de acueducto a 3.4 millones
45
de habitantes, la mayoría localizados en el Valle de Aburrá, donde además de
Medellín se encuentran los municipios de Bello, Copacabana, Girardota,
Barbosa, Itagüí, Envigado, Sabaneta, La Estrella y Caldas.
El sistema de acueducto cuenta con la siguiente infraestructura:
- 10 Plantas de Potabilización a saber: Ayurá (9200 L/s), Manantiales (6000
L/s), Villa Hermosa (1000 L/s), La Montaña (380 L/s), La Cascada (100 L/s),
San Cristóbal (230 L/s), San Antonio de Prado (100 L/s), Aguas Frías (25
L/s), Barbosa (75 L/s) y Caldas (200 L/s).
- 17.31 m3/s de capacidad Instalada.
- 9.5m3/s de consumo medio.
- 95 Tanques de Almacenamiento con una capacidad de 420.000 m3
- 253 Km de red primaria y 3.132 Km de red secundaria de acueducto.
Cuenta además con un Centro de Control de Acueducto para planear,
coordinar, operar y optimizar de manera automatizada el tratamiento y
suministro de agua. Es el primero de su clase en Colombia y a través de él se
ejerce control total sobre la red suministradora de agua de EPM, garantizando
eficiencia y oportunidad, con calidad. 25
7.2 PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES
La planta de potabilización Manantiales se encuentra ubicada entre los
municipios de Bello y Copacabana y se accede a ella a través de la Autopista
Medellín – Bogotá en el kilómetro 4.
Esta planta de potabilización es la segunda en capacidad de aporte de agua
potable para el sistema interconectado de acueducto del Área Metropolitana del
Valle de Aburrá después de la Planta de potabilización La Ayurá.
25 EPM. 2006.
46
La capacidad de Manantiales es de 6.0 m3/s (518.400 m3/día) en su primera
etapa y con posibilidad de ampliar su capacidad en 3.0 m3/s más para un total
de 9.0 m3/s en un futuro previendo el crecimiento poblacional y de demanda del
Área Metropolitana del Valle de Aburrá.
Esta planta de potabilización que inició operaciones en febrero de 1992 hace
parte del programa de Aprovechamiento Múltiple del Río Grande ya que sus
aguas se reciben del embalse que lleva dicho nombre.
El embalse de 220 millones de metros cúbicos de capacidad, de los cuales 110
millones de metros cúbicos corresponden al volumen útil, está localizado entre
los municipios de San Pedro, Entrerríos, Belmira, Don Matías y Santa Rosa de
Osos y recibe las aguas provenientes de los ríos Grande y Chico.
Este embalse surte de agua dos centrales hidroeléctricas: La central
hidroeléctrica La Tasajera ubicada en el Municipio de Barbosa que genera 303
MW. Y la central hidroeléctrica Niquía que tiene una capacidad de generación
de 21 MW.
Desde la central hidroeléctrica Niquía se conduce a través de una tubería de
conducción de 5.5 Km de longitud en forma de sifón, que cruza el valle desde
las montañas occidentales a las orientales, el agua cruda hacia la planta de
potabilización Manantiales.
La planta de potabilización Manantiales es una planta de tipo convencional que
contiene las siguientes unidades y estructuras:
7.2.1. Estructura de entrega:
La planta cuenta con una estructura que recibe el agua desde la conducción
Niquía–Manantiales.
47
7.2.2. Canaletas Parshall:
La planta dispone de 3 unidades de canaletas Parshall. Cada una de ellas con
un caudal de diseño de 3.0 m3/s, un ancho de garganta de 2.13 m y altura de
agua de 0.7 m. El rango de operación oscila entre 0.09 y 3.44 m3/s lo que
permite que operen sin inconveniente en las dos etapas de funcionamiento de
la planta.
Aguas abajo de la garganta de cada canaleta se produce un resalto hidráulico
donde se aplica el coagulante, alumbre, y si se requiere la adición de
polímeros, produciéndose así la mezcla rápida y la coagulación.
7.2.3. Floculadores:
En la planta hay 6 floculadores cada uno de ellos con un caudal de diseño de
1.0 m3/s, 15.5m de ancho, 20.7 m de largo, una altura hasta lámina de agua de
5.2 m y un tiempo de detención de 25 min.
Cada floculador se compone de tres compartimientos en serie, los dos primeros
están provistos de equipos electromecánicos tipo walking beams, con
movimiento oscilatorio vertical, mientras que el tercer compartimiento realiza
floculación hidráulica por medio de tabiques que producen flujo horizontal. A la
salida de cada floculador hay dos compuertas de aislamiento que conducen a
un canal común de agua floculada.
7.2.4. Sedimentadores:
Existen 6 sedimentadores de alta tasa, cada uno de ellos con un caudal de
diseño de 1.0 m3/s, 20.7 m de ancho, 33.85 m de largo, una altura hasta lámina
de agua de 5.75 m y un tiempo de detención hidráulico de 50 min. Cada unidad
cuenta con 2689 placas planas instaladas inclinadamente y 7 canaletas
recolectoras en fibra de vidrio.
48
El caudal de lodos es de aproximadamente 700 m3/d correspondiente al 0.5%.
Estos lodos se depositan sobre el fondo del tanque y son removidos
intermitentemente por medio de tuberías perforadas cuya descarga es
controlada por 2 sifones de 8" de diámetro. La operación de los sifones es
automática y controlada hidráulicamente por el agua proveniente del mismo
sedimentador.
7.2.5. Filtros:
La filtración se realiza a través de 12 filtros descendentes autolimpiables, cada
uno de ellos con un caudal de diseño de 0.5 m3/s, 8.0 m de ancho, 18.0 m de
largo, una profundidad máxima de agua de 4.80 m, un área de filtro neto de
144 m2 y una rata de filtración de 300 m3/d/m2. Cada unidad cuenta con
canaletas recolectoras de 0.64*0.35*4.0 m.
Los filtros están compuestos de una capa de 0.25 m de arena y 0.55 m de
antracita como medio filtrante, un lecho de soporte de 0.45 m en grava y cuenta
con un falso fondo construido con viguetas de concreto en forma de V invertida
con orificios construidos de niples plásticos de ½”.
Los filtros presentan una rata de lavado (máxima) de 1.0 m/min y un lavado
superficial de 0.15 m3/min/m2. Para determinar el lavado, cada unidad cuenta
con turbidímetros y el lavado se hace con agua bombeada a través de una
malla fija de tuberías instalada a pocos centímetros por encima del lecho
filtrante.
7.2.6. Tanque Retorno Agua de Lavado:
Existe un tanque circular para la recirculación del agua de lavado de los filtros
con una capacidad (útil) de 1700m3, de 24.0 m de diámetro, y una profundidad
de lámina de agua de 3.75 m, para la medición se utiliza un vertedero Crump y
49
cuenta con dos bombas con un caudal cada una de ellas de 355 l/s (5600
gal/min).
7.2.7. Unidad de desinfección:
La desinfección del agua se produce por medio de la aplicación de cloro con
dosificadores que pueden suministrar el producto químico en varios puntos del
proceso ya sea al agua sedimentada, a la filtrada y a la que sale del tanque de
almacenamiento, la aplicación se puede realizar simultánea o separadamente.
7.2.8. Tanque de Almacenamiento:
La planta se construyó con un tanque de almacenamiento de 20000 m3 de
capacidad para el agua tratada, con 2 compartimientos cada uno de 33.0 m de
ancho, 61.0 m de largo y 5.0 m de profundidad. El tiempo de detención del
agua es de 6.0 m3/s en su primera etapa que corresponde a 45 min y de 9.0
m3/s que corresponde a 30 min en la segunda etapa.
7.2.9. Tanque de suministro interno:
Existe también, un tanque circular para el suministro propio de agua en la
planta con una capacidad (útil) de 1250m3, de 20.0 m de diámetro, y una
profundidad de lámina de agua de 4.0 m, el tanque ofrece una presión de
servicio de 50 m.c.a. para la medición se utiliza un medidor tipo hélice y
requiere de 3 bombas con un caudal cada una de ellas de 60 l/s (950
gal/min).26
26 LOGREIRA ARRÁZOLA, Jaime. 1992.
50
7.3 EVALUACIÓN ECONÓMICA DEL SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE
AGUAS DE LAVADO IMPLEMENTADO EN LA PLANTA DE
POTABILIZACIÓN MANANTIALES DE EPM.
La planta de potabilización Manantiales, cuenta con un sistema de recirculación
de aguas provenientes del lavado de las 12 unidades de filtración y que luego
de ser recolectadas son conducidas nuevamente al canal de entrada para
llevar a cabo el tratamiento.
Es importante anotar que este sistema de recirculación solo recoge las aguas
de lavado proveniente de las unidades de filtración ya que las unidades de
sedimentación y floculación reciben una alta concentración de lodos que
afectaría negativamente el tratamiento.
Para la implementación del sistema se requirió de los siguientes equipos y
elementos:
Aproximadamente 150 m de tubería en HF de 18” para la conducción por
gravedad de las aguas que van desde cada una de las 12 unidades de filtración
hasta el tanque de recirculación, se incluye los accesorios requeridos como
tees y codos.
Un canal de entrada en concreto para el tanque de recirculación. Esta
estructura tiene un ancho de 2m y una longitud de 6m, a los 3m presenta un
escalón de 2m que finalmente entrega por una de las paredes al tanque de
recirculación. Antes del escalón se encuentra una compuerta de entrada tipo
guillotina de vástago ascendente. Antes de la compuerta de entrada existe un
vertedero de rebose hacia una cámara adyacente la cual sirve de by-pass del
tanque en caso de que sea necesario sacarlo de servicio, para esta cámara se
utiliza una compuerta tipo guillotina fija.
Un tanque semienterrado de Recolección y homogenización de las aguas de
lavado de filtros, de 1650 m3 de capacidad en concreto de 24.0 m de diámetro
51
y 6 m de profundidad. El fondo del tanque presenta una inclinación del 1%
hacia el centro en el cual se levanta una plataforma que sirve de soporte para
las bombas a la cual se accede a través de una pasarela.
El sistema cuenta con dos bombas de recirculación con las siguientes
especificaciones: Un motor vertical tipo VSS de 125 HP, 460 Vca, 1200 Rpm,
Marca US Motor, FS 1.15, Ins Class F y una Bomba vertical de 18”X24.5”, Tipo
F, Marca Peabody Floway, 5596 GPM, 59 TDH 350 L/S, H:17M. Estas bombas
impulsan el agua clarificada del tanque hacia el canal de entrada.
Un sistema de control de nivel para el tanque de recirculación que permite
activar las bombas automáticamente de acuerdo al nivel que presente el
tanque: Bajo (0.30 m) no se activa, Alto (1.5 m) se activa una bomba, Muy alto
(3.9 m) se activan ambas bombas.
Dos válvulas tipo cheque de 18” para evitar el contraflujo en la red entre el
canal de entrada y el tanque de recirculación protegiendo el funcionamiento de
cada una de las bombas.
Un medidor de caudal transmisor de flujo tipo magnético modelo FT 335 marca
FOXBORO instalado en tubería de 14” el cual permite contabilizar el volumen
de agua que ingresa al sistema.
Aproximadamente 120 m de tubería en HF de 18” para la conducción de las
aguas de lavado desde el tanque de recirculación hacia el canal de entrada, se
incluye los accesorios requeridos como tees, codos y reducciones. El agua
ingresa al canal de entrada a la planta a través de 4 aberturas en la tubería
ubicada en la parte superior del canal.
Aproximadamente 5 m de tubería en HF de 6” de drenaje y 200 m de tubería en
concreto de 4000 mm rebose para el tanque de recirculación.
52
Luego, el agua se interconecta con las aguas de desecho proveniente de las
demás unidades de tratamiento y son conducidas hacia una laguna
previamente pasando por un medidor de nivel. En la laguna se realiza un
proceso de secado de lodos y luego el agua se vierte hacia la Quebrada Rodas
afluente cercana a la planta de tratamiento.
TABLA N°1. Registro hidrológico mensual del sistema de recirculación de la planta de
potabilización Manantiales, año 2009.
Agua entrada,
m3
Agua lavado,
m3
Agua recirculada,
m3
Ene-09 10’948.822 76.880 181.430
Feb-09 10’045.492 71.130 35.821
Mar-09 11’278.576 83.506 6.480
Abr-09 8’990.766 75.714 30.637
May-09 9’566.319 75.430 99.740
Jun-09 10’163.304 77.999 230.207
Jul-09 11’715.223 92.115 223.207
Ago-09 11’505.513 82.925 222.729
Sep-09 11’100.314 104.635 379.898
Oct-09 11’388.843 79.340 258.150
Nov-09 10’000.589 95.085 323.618
Dic-09 10’632.684 73.545 239.142
Durante la operación del tratamiento se tienen dos condiciones para anular el
sistema de recirculación: Cuando se inyecta aire para el lavado de los filtros y
cuando el agua presenta altos contenidos de manganeso.
El lavado de los filtros se puede realizar de dos maneras, automáticamente por
cumplimiento de jornada o cuando presentan colmatación manifestando un
incremento en el nivel del agua. Generalmente en el día se realiza un lavado de
tres filtros con una duración promedio de lavado de 3 a 4 minutos que
consumen entre 400 y 550 m3 de agua tratada.
53
La planta de potabilización Manantiales registró para el año 2009 el balance
hidrológico presentado en la tabla N°1.
Se puede observar que el agua recirculada es mayor a la de lavado debido a
que el agua clarificada descargada del filtro para poder bajar nivel e inyectar el
aire es recirculada pero no se considera de lavado.
De acuerdo a los registros de la planta Manantiales, los valores de DBO y SST
del agua recirculada en los respectivos meses del año son los siguientes:
TABLA N°2. Registro mensual de concentración de los parámetros DBO5 y SST del
sistema de recirculación de la planta de potabilización Manantiales, año 2009
DBO,
mg/l SST, mg/l
Ene-09 22 521
Feb-09 16 1,772
Mar-09 3 268
Abr-09 2 102
May-09 9 1,588
Jun-09 57 476
Jul-09 23 546
Ago-09 25 1,030
Sep-09 34 1,200
Oct-09 56 2,480
Nov-09 15 644
Dic-09 9 496
54
8. RESULTADOS OBTENIDOS
8.1 VALOR TEÓRICO DE PAGO POR CONCEPTO DE TASAS
RETRIBUTIVAS.
El valor teórico que correspondería pagar por concepto de tasas retributivas
debido al vertimiento de las aguas de lavado proveniente de los filtros sería
determinada de acuerdo a las fórmulas planteadas en la norma y para las
cuales se tienen las siguientes premisas.
8.1.1. Premisas:
Para el cálculo del monto a pagar se debe tener en cuenta los siguientes
factores:
- La tarifa mínima de la tasa (Tmin): La tarifa mínima es establecida por el
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial mediante resolución y
sobre los parámetros a los cuales se cobrará dicha tasa.
- Los parámetros sujetos de cobro son el DBO5 y SST.
- Las tarifas mínimas para el año 2009 según los datos proporcionados por
Corantioquia son:
Tmin DBO5 en $/Kg = 103.98
Tmin SST en $/Kg = 43.69
- La tarifa regional (TR): Es establecida por la Autoridad Ambiental
Competente, con base en la tarifa mínima (Tmin) multiplicada por el Factor
Regional (Fr), por lo tanto:
Tr = Tm * Fr
55
- Factor Regional (Fr). Es el factor que incide en la determinación de la tasa
retributiva y está compuesto por un coeficiente de incremento de la tarifa
mínima que involucra los costos sociales y ambientales de los daños causados
por los vertimientos al valor de la tarifa de la tasa.
Fr1 = FR0 + (Cc - CcM)
CcL - CcM
Donde:
FR1 = Factor regional ajustado.
FRo = Factor regional del año inmediatamente anterior
Cc = Total de carga contaminante recibida por la cuenca, y vertida por los
sujetos pasivos de la tasa retributiva al cuerpo de agua o tramo en el año
inmediatamente anterior expresada en Kg/año; descontando la carga
contaminante vertida de los usuarios prestadores del servicio de
alcantarillado sujetos al pago de la tasa.
CcM = Meta global de carga contaminante para la cuenca, cuerpo de agua o
tramo expresada en Kg/año; descontando la meta de reducción de los
usuarios prestadores del servicio de alcantarillado sujetos al pago de la
tasa.
CcL = Total de carga contaminante vertida por los usuarios sujetos al pago de
la tasa a la cuenca, cuerpo de agua o tramo al inicio del quinquenio
expresada en Kg/año; descontando la carga contaminante al inicio del
quinquenio de los usuarios prestadores del servicio de alcantarillado
sujetos al pago de la tasa.
- Para el cálculo del factor regional se evalúa el cumplimiento de las metas
globales para la cuenca determinada y de las metas individuales las cuales no
se pueden plantear en este caso para el ejercicio económico propuesto.
56
- A pesar de lo anterior, se puede considerar que el cumplimiento de estas
metas afecta el factor regional a utilizar en la fórmula el cual varía de 1 a 5.55,
donde 1 es el cumplimiento de la meta individual o sectorial.
- Como el objetivo es justificar económicamente la instalación de un sistema de
recirculación, podemos considerar que la situación más desfavorable para este
análisis es un factor regional de 1, el cual será asumido.
- El monto a pagar es definido a través de la siguiente fórmula:
MP = ∑ (Cci * Tmi * Fri)
Donde:
MP = Total Monto a Pagar en $
Cci = Carga contaminante del parámetro i vertida durante el período de cobro,
en Kg.
Tmi = Tarifa mínima del parámetro i, en $.
Fri = Factor regional del parámetro i aplicado al usuario. N = Total de
parámetros sujetos a cobro
- La carga contaminante se considera en Kg y dado que los reportes generados
por las EPM son mensuales se realizará la conversión requerida de la
siguiente manera:
Cci = Q*Ci/1000
Donde:
Cci = Carga contaminante del parámetro i, en Kg
Q= Caudal de agua recirculada (Que para el caso sería la vertida), en m3.
Ci= Concentración del parámetro i, en mg/l
1/1000= es el factor de conversión.
57
- El volumen de agua recirculada y por lo tanto sería la vertida a la fuente
superficial sería de 2’244.801 m3 para el año 2009.
- La Autoridad Ambiental que rige para la zona donde se encuentra ubicada la
planta de Potabilización Manantiales es Corantioquia.
- La fuente afectada sería la Quebrada Rodas que hace parte de la cuenca del
río Aburrá que al inicio del quinquenio presentaba una carga total de DBO5 de
494.274 Kg/año y una carga total de SST de 2’865.872 Kg/año.
- La meta global de reducción es de 16% para la DBO5 para un total al finalizar
el quinquenio de 415.534 Kg/año y de 28% para los SST para un total al
finalizar el quinquenio de 2’073.986 según datos de Corantioquia.
Fuente: Acuerdo N°302 “Por medio del cual se establecen las metas de
reducción de carga contaminante a alcanzar durante el quinquenio2008-2013
para un conjunto der cuerpos hídricos de la jurisdicción de Corantioquia”.Tabla
A3.
8.1.2. Monto a pagar:
Al aplicar las premisas anteriores se puede considerar los costos mensuales
para el año 2009 debido al vertimiento teórico de las aguas recirculadas que se
describen en la siguiente tabla.
58
TABLA N°3. Monto a pagar mensual por concepto de tasa retributiva por vertimiento teórico de agua proveniente de los filtros de la planta
de potabilización Manantiales sin sistema de recirculación, año 2009
Ene-09 Feb-09 Mar-09 Abr-09 May-09 Jun-09 Jul-09 Ago-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dic-09
Agua recirculada, m3 181,430 35,821 6,840 30,637 99,740 230,207 223,207 222,729 379,898 258,150 323,618 239,142
DBO, mg/l 22 16 3 2 9 57 23 25 34 56 15 9
SST, mg/l 521 1,772 268 102 1,588 476 546 1,030 1,200 2,480 644 496
CC DBO, Kg 3,991 573 21 61 898 13,122 5,134 5,568 12,917 14,456 4,854 2,152
CC SST, Kg 94,525 63,475 1,833 3,125 158,387 109,579 121,871 229,411 455,878 640,212 208,410 118,614
Tmin DBO, $/Kg 103.98 103.98 103.98 103.98 103.98 103.98 103.98 103.98 103.98 103.98 103.98 103.98
Tmin SST, $/Kg 43.69 43.69 43.69 43.69 43.69 43.69 43.69 43.69 43.69 43.69 43.69 43.69
MP DBO, $ 415,032 59,595 2,134 6,371 93,339 1,364,405 533,808 578,984 1,343,061 1,503,176 504,747 223,794
MP SST, $ 4,129,799 2,773,215 80,089 136,530 6,919,933 4,787,486 5,324,545 10,022,961 19,917,292 27,970,862 9,105,433 5,182,265
MP Total, $ 4,544,831 2,832,809 82,223 142,901 7,013,272 6,151,891 5,858,353 10,601,945 21,260,353 29,474,039 9,610,180 5,406,058
59
Sumando los montos a pagar mensuales, se puede valorar el monto a pagar
para el año 2009 en $102’978.854,94.
8.2 SISTEMA DE RECIRCULACIÓN.
Se realizó el presupuesto estimado del costo de instalación y mantenimiento
del sistema de recirculación de agua de lavado de filtros.
Se considera que para el año 2009 el costo unitario por hora de un trabajador
oscila entre $5.326 y $8.684. El costo promedio del mantenimiento preventivo y
del mantenimiento correctivo se calcularán en $COL/año y el costo total del
sistema será analizado en esta unidad.
8.2.1. Tanque de Recirculación:
La construcción de un tanque circular en concreto de 24.0 m de diámetro y 6 m
de profundidad puede costar en promedio $292’000.000.
En el valor global de construcción se incluye los siguientes ítems: Localización
y replanteo, descapote y limpieza del área a construir, excavación mecánica,
retiro y botada del material sobrante de la excavación, el entresuelo en piedra
de Φ = 3/4" y e= 20 cm, el concreto para solado de 140 kg/cm2, concreto para
losa de fondo y muros perimetrales de f´c = 246 kg/cm², incluyendo
formaletería y aditivos, construcción de filtro perimetral, concreto para
columnas y losa de pasarela de f´c = 246 kg/cm², incluyendo formaletería y
aditivos, Acero de refuerzo para muros, losas y columnas de fy = 420 Mpa
figurado.
En este valor se incluye, también, el suministro, instalación y/o construcción de
cada uno de los ítems incluyendo equipos y herramientas, transporte y mano
de obra.
60
Se considera que las estructuras de concreto en plantas de tratamiento tienen
una vida útil de diseño de 50 años por lo tanto, el costo de su construcción se
difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil,
se valora en $5’900.000 al cual se le debe reajustar por año el incremento
sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción.
El mantenimiento del tanque de recirculación sólo requiere de una inspección
visual cada año de una duración promedio de 2 horas para un costo promedio
de $17.368/año
8.2.2. Redes de Recirculación:
El suministro, colocación e instalación de la tubería requerida para las redes de
recirculación tienen el siguiente costo:
La tubería en HF de 18” para la conducción de las aguas que van desde las
unidades de filtración hasta el tanque de recirculación y de este hacia el inicio
del tratamiento tiene un costo de $511.000/ml lo que significa que para los 270
m del sistema el valor es aproximadamente de $138’000.000.
La tubería en HF de 6” de drenaje tiene un costo de $226.000/ml lo que
significa que para los 270 m del sistema el valor es aproximadamente de
$1’129.000.
La tubería en concreto de 1000 mm para rebose tiene un costo de $630.000/ml
lo que significa que para los 270 m del sistema el valor es aproximadamente de
$125’800.000.
Además, se debe considerar los costos asociados a la instalación de las redes
como son las excavaciones, llenos y accesorios como son codos, tees y
reducciones.
61
El valor global de las redes para recirculación incluyendo la tubería es de
$411’600.000 aproximadamente. Se considera que las tuberías en hierro
fundido tienen una vida útil de diseño de 50 años por lo tanto, el costo de su
instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por
año de vida útil, se valora en $8’300.000 al cual se le debe reajustar por año el
incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción.
Esta tubería no requiere de mantenimiento.
8.2.3. Válvulas:
El sistema requiere de 2 válvulas tipo cheque de 18” con un costo de
suministro, colocación e instalación de $20’900.000/un lo que significa que para
el sistema el valor es de $41’800.000.
Se considera que la vida útil de las válvulas es de 25 años por lo tanto, el costo
de su suministro e instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del
sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $1’700.000 al cual se le
debe reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de
precios de la construcción.
Estas válvulas no requieren de mantenimiento.
8.2.4. Medidor:
El sistema requiere de un medidor de caudal instalado en tubería de 14” con un
costo de suministro, colocación e instalación de $21’000.000
aproximadamente.
Se considera que la vida útil del equipo es de 25 años por lo tanto, el costo de
su suministro e instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema
por lo que por año de vida útil, se valora en $835.000 al cual se le debe
62
reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios
de la construcción.
El medidor requiere un mantenimiento preventivo anual de 16 horas realizado
por 1 trabajador en el que se incluye una inspección y verificación del
funcionamiento adecuado. El costo anual del mantenimiento preventivo es en
promedio de $138.944.
8.2.5. Bombas de recirculación:
El costo de adquisición e instalación de las 2 bombas de recirculación es de
$74’750.000/un para un total en el sistema de $149’500.000 aproximadamente.
Se considera que la vida útil del equipo es de 25 años por lo tanto, el costo de
su suministro e instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema
por lo que por año de vida útil, se valora en $6’000.000 al cual se le debe
reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios
de la construcción.
Las bombas requieren un mantenimiento predictivo trimestral de 6 horas que
incluye una inspección de vibraciones y termografía. Adicionalmente se
requiere un mantenimiento preventivo cada 2 años con una duración de 5
horas, esta actividad comprende las actividades de lubricación del motor y
medida de aislamiento. Por último se debe considerar el mantenimiento cada
30.000 horas de las bombas que comprende actividades desensamble e
inspección interna con una duración de 120 horas cada 5 años
aproximadamente.
En resumen, el costo promedio anual del mantenimiento preventivo es de
$268.963 y el correctivo de $1’200.000 para un promedio total de $1’468.963.
63
8.2.6. Sistema de control:
Para la recirculación se cuenta con un sistema de control de nivel para el
tanque de retorno con un costo de suministro e instalación aproximado de
$7’000.000.
Se considera que la vida útil del equipo requerido es de 25 años por lo tanto, el
costo de su suministro e instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del
sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $281.000 al cual se le debe
reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios
de la construcción.
El sistema de control de nivel no requiere mantenimiento.
8.2.7. Canal de entrada:
El sistema de recirculación requiere de un canal de entrada en concreto para el
tanque de retorno con un costo de construcción promedio de $166’750.000.
En el valor global de construcción se incluye los ítems de descapote y limpieza,
excavación mecánica, retiro y botada del material sobrante de la excavación, el
entresuelo en piedra de Φ = 3/4" y e= 20 cm, el concreto para solado de 140
kg/cm2, concreto para losa de fondo y muros perimetrales de f´c = 246 kg/cm²,
incluyendo formaletería y aditivos, acero de refuerzo para muros y losas de fy =
420 Mpa figurado y las compuertas tipo guillotina requeridas.
En este valor se incluye, también, el suministro, instalación y/o construcción de
cada uno de los ítems incluyendo equipos y herramientas, transporte y mano
de obra.
Se considera que las estructuras de concreto en plantas de tratamiento tienen
una vida útil de diseño de 50 años por lo tanto, el costo de su construcción se
64
difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil,
se valora en $3’350.000 al cual se le debe reajustar por año el incremento
sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción.
La estructura del canal de entrada no requiere mantenimiento.
8.2.8. Costo anual del sistema de recirculación:
En resumen, la construcción e instalación del sistema de recirculación aguas
de lavado provenientes de los filtros demanda una inversión inicial de
$1.100’000.000 aproximadamente que discriminado anualmente de acuerdo a
la vida útil de cada uno de los componentes del sistema es de $26’200.000 a
precios de 2009 y el mantenimiento anual es aproximadamente de $1’650.000
para un total de $27’850.000.
65
9. ANÁLISIS DE RESULTADOS
A continuación se realizará un análisis de los datos y resultados obtenidos
acerca del sistema de recirculación de aguas de lavado de las unidades de
filtración en la planta de potabilización Manantiales.
9.1 RÉGIMEN HIDROLÓGICO DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN.
Luego de revisar el volumen de agua requerido para el lavado de las unidades
de filtración se puede observar que dicho volumen se mantuvo prácticamente
constante en cada uno de los meses del año 2009 con un volumen mínimo de
71.130 m3 en el mes de febrero y un máximo de 104.635 m3 en el mes de
Septiembre como se puede observar en la gráfica N°5. El agua de lavado
corresponde en promedio al 0.78% del agua de entrada valor más bajo que el
porcentaje que se encuentra en la literatura, debido a que en el agua de lavado
no se considera el agua desechada para desocupar el filtro a lavar.
El volumen de agua de lavado de las unidades de filtración aumenta debido a
las condiciones del agua de entrada en términos de partículas presentes en ella
que inciden en la colmatación de los filtros provocando un aumento en la
frecuencia de lavado.
Es importante aclarar que se considera agua de lavado estrictamente la
utilizada para expandir el lecho y arrastrar los depósitos que se hayan adherido
a él.
Por otro lado, el volumen de agua recirculada presentó una mayor fluctuación
con un volumen mínimo de 6.840 m3 en el mes de marzo y un pico máximo de
379.898 m3 en el mes de septiembre como se puede observar en la gráfica
N°5.
66
En el agua recirculada se incluye la que se debe retirar del filtro para iniciar el
lavado y la del lavado en sí misma. Se puede observar que en algunos meses,
el agua de lavado superó la recirculada ya que no en todo momento el agua
desechada de los filtros se puede recircular ya sea por que las condiciones de
esta pueden afectar el tratamiento como es el caso de altos contenidos de
manganeso o por que se realiza mantenimiento y reparación del sistema como
tal.
El promedio de agua recirculada en el año 2009 fue de 1.73% respecto al agua
de entrada a la planta de potabilización, lo que representa un volumen
significativo el cual puede variar de acuerdo a los cambios en las condiciones
citadas anteriormente.
GRÁFICO N°5. Régimen hidrológico de los filtros de la planta Manantiales para el año
2009.
67
9.2 CONCENTRACIONES DE DBO5 Y SST EN EL AGUA RECIRCULADA.
De acuerdo a la información suministrada por Empresas Públicas de Medellín
E.S.P. acerca de los resultados de las concentraciones de DBO5 y SST en el
agua recirculada, se puede determinar lo siguiente:
GRÁFICO N°6. Concentración de DBO5 en mg/l del agua recirculada proveniente de los
filtros en el año 2009.
Las concentraciones de DBO5 durante el año 2009 osciló entre 2 mg/l en el
mes de abril hasta 57 mg/l en el mes de junio con un promedio de 22.58 mg/l.
La gráfica permite observar dos períodos de altos niveles de concentración
(Junio y octubre) y dos periodos de baja concentración (Marzo-mayo y julio-
agosto). También se puede observar que el periodo de diciembre obtuvo
68
valores bajos que deben ser analizados con los valores obtenidos del año
siguiente.
En todo caso, estos niveles son más bajos que los niveles de DBO5 presentes
el río Aburrá (o Río Medellín) que es en promedio de 284 mg/l según estudios
realizados por Empresas Públicas de Medellín E.S.P. para el diseño de la
planta de tratamiento de Aguas Residuales de Bello.
GRÁFICO N°7. Concentración de SST en mg/l del agua recirculada proveniente de los
filtros en el año 2009.
Las concentraciones de SST durante el año 2009 presentaron un máximo de
2.480 mg/l en el mes de octubre y un mínimo de 102 mg/l en el mes de abril y
un promedio de 926.92 mg/l en todo el año.
69
La gráfica permite observar tres picos de altos niveles de concentración en los
meses de febrero, mayo y octubre con sus tres correspondientes mínimos en
los meses de abril, junio y diciembre.
Los niveles de concentración de SST son mucho más altos que los presentes
el río Aburrá (o Río Medellín) que es en promedio de 277 mg/l según estudios
realizados por Empresas Públicas de Medellín E.S.P. para el diseño de la
planta de tratamiento de Aguas Residuales de Bello.
Como se puede observar, el parámetro que mayor impacto genera en las
aguas recirculadas para la planta de potabilización es el de SST con unas
concentraciones mucho mayores que las de DBO5.
9.3 MONTO A PAGAR DE TASA RERIBUTIVA.
En la gráfica 8 se observa el monto teórico a pagar mensualmente de tasa
retributiva por concepto de vertimiento de las aguas de lavado de los filtros.
Como se puede observar en la gráfica, los montos a pagar debido a las
concentraciones de DBO5 son insignificativas en relación al monto a pagar que
corresponde a SST debido a las mayores concentraciones que se presentan
de este parámetro y, a pesar de que la tarifa mínima de este es menor a la
correspondiente para la DBO5.
El monto a pagar por DBO5 oscila entre $2.134 para el mes de marzo y
$1’503.176 en octubre. Para el caso de los SST, el costo varió desde $80.089
en marzo y $27’970.862 en octubre.
En esta gráfica se puede observar que la tendencia no sólo es determinada por
la concentración de cada uno de estos parámetros sino que mas bién es
halonada por el volumen de agua recirculada como tal según se puede advertir
al comparar las gráficas 8 y 5. Por lo tanto, el volumen de agua reciclada se
70
convierte en el factor más importante al momento de determinar la viabilidad
económica del sistema.
GRÁFICO N°8. Monto a pagar mensual por concepto de vertimiento de acuerdo a los
parámetros de DBO5 y SST.
Por último, se presenta un diagrama donde se observa la distribución mensual
del monto a pagar en el año 2009 la cual indica que los meses que registran un
mayor costo son octubre y septiembre respectivamente y de menor costo los
meses de marzo y abril que son insignificativos en el valor total del año.
71
GRÁFICO N°9. Monto a pagar por concepto de tasa retributiva durante el año 2009.
72
10. CONCLUSIONES
Cuando se diseñaron los sistemas de potabilización convencionales el agua se
consideraba un recurso vital pero infinito e inagotable, por lo que no se
consideraba el gasto de esta como limitante en los diseños. La mirada actual
es completamente diferente y el estudio realizado expresa el valor intangible
que puede tener las aguas de lavado desechadas sin ningún tipo de
tratamiento en fuentes superficiales cercanas por parte de las plantas de
potabilización convencionales.
Dicho valor se expresa en los gastos que este tipo de vertimiento generan por
concepto de pago de tasa retributiva a la Autoridad Ambiental competente en la
jurisdicción respectiva.
Aunque los costos iniciales de construcción de las estructuras y la instalación
de los elementos requeridos para el sistema de recirculación son altos, el costo
de operación y mantenimiento no son significativos por lo que la inversión
inicial puede ser recuperada a mediano y largo plazo.
Por el contrario, el gobierno ha diseñado el pago de las tasas retributivas de
modo que se incentive a las empresas y demás generadores de vertimientos a
construir sistemas de tratamiento o para que reduzcan los volúmenes de
vertimientos, aumentando paulatinamente el costo de dicha tasa a través del
incremento de las tarifas en relación al IPC y al cumplimiento de metas de
descontaminación de la cuenca correspondiente.
Luego de realizar la evaluación económica de la recirculación de aguas de
lavado proveniente de las unidades de filtración de la planta de potabilización
Manantiales la cual es operada por las Empresas Públicas de Medellín E.S.P.,
se puede constatar que la instalación de estos tipos de sistemas son
73
definitivamente viables debido a la reducción de costos administrativos
provenientes del pago de tasa retributiva por vertimientos puntuales los cuales
son muy altos en relación a los costos de mantenimiento y operación del
sistema como tal.
En el caso de la planta de potabilización de Manantiales, los altos costos de
instalación se pueden ver recuperados al onceavo año de operación lo que
hace manifiesto la viabilidad en obras que son pensadas a largo plazo.
Además de lo anterior, se debe considerar que el retorno de las aguas de
lavado de los filtros al sistema de tratamiento, reduce la afectación ambiental
de la fuente superficial que recibiría dichos vertimientos, mejorando las
condiciones de los habitantes ribereños de las mismas aguas abajo y que en el
caso de presentarse generaría inconformidades con la planta de potabilización.
74
11. PROPUESTAS DE INVESTIGACIÓN
Se sugiere realizar estudios de viabilidad económica para plantas de
potabilización con un caudal de diseño inferior ajustado a las características de
los municipios de niveles de complejidad inferiores de acuerdo al nivel
contemplado en el RAS. Este estudio permitiría considerar la construcción y
operación de sistemas de recirculación que reduzcan el costo administrativo de
las empresas operadoras de dichas plantas.
Otro aspecto digno de evaluar en los sistemas de recirculación es la
composición requerida en las aguas de desecho para ser recirculadas sin
afectar los procesos de tratamiento que se realizan en las plantas de
potabilización.
Acerca de este tema de recirculación de aguas de lavado provenientes de las
unidades de filtración se puede investigar el impacto generado en la
dosificación de químicos requeridos en el tratamiento del agua cruda y por
último, es posible considerar las reducciones de captación de agua cruda para
sitios con escasos volúmenes de aguas en fuentes o concesiones restringidas.
75
12. BIBLIOGRAFÍA
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De Antioquia.1999.
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octubre, 2002.
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76
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de noviembre de 2009]. Disponible en
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77
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recurso hídrico [en línea]. 2006. [fecha de consulta: 10 de enero de 2010].
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oms.org/bvsacg/fulltext/desinfeccion/capitulo5.pdf>.
16. SANCHEZ, Luis Darío. Filtración en Múltiples Etapas, FiME, tecnología
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de diciembre de 2009]. Disponible en
<http://www.cambioclimatico.gov.co:9090/openbiblio/Bvirtual/020962/Estudi
o%20Nacional%20del%20agua.pdf>.
79
13. ANEXOS
ANEXO A. Imágenes del sistema filtración rápida y de recirculación de la
planta de potabilización Manantiales
1. Panorámica de la Planta de potabilización Manantiales.
80
2. Panorámica de las unidades de filtración de la Planta de Potabilización Manantiales.
3. Filtro en operación.
81
4. Filtro en mantenimiento, permitiendo ver su estructura.
5. Imagen de control del sistema de filtración de la planta.
82
6. Panorámica del tanque de recirculación.
7. Imagen de control del sistema de recirculación de la planta.
83
8. Imagen del canal de entrada de las aguas de lavado de filtros al tanque de
recirculación.
9. Imagen del canal de entrada de las aguas de lavado de filtros al tanque de
recirculación.
84
10. Imagen del sistema de bombeo para la recirculación desde el tanque de
recirculación hacia el canal de entrada de la planta.
11. Sistema de bombeo de aguas de lavado recirculadas.
85
12. Válvula de cheque requerido para evitar el contraflujo de las aguas
recirculadas.
13. Medidor de caudal de aguas de lavado recirculadas.
86
14. Imagen del sistema de entrega de las aguas recirculadas al canal de
entrada de la planta.
15. Imagen del canal de entrada de la planta de potabilización. Se puede
observar la entrada de agua de la conducción y la de recirculación.
87
ANEXO B. Tarifa mínima de tasas retributivas según Corantioquia.
88
ANEXO C. Decreto 3100 de 2003. "Por medio del cual se reglamentan la tasas
retributivas por la utilización directa del agua como receptor de los
vertimientos puntuales y se toman otras determinaciones".
ANEXO D. Decreto 3440 de 2004. "Por el cual se modifica el Decreto 3100 de
2003 y se adoptan otras disposiciones".
ANEXO E. Resolución 1433 de 2004. "Por la cual se reglamenta el artículo 12
del Decreto 3100 de 2003, sobre Planes de Saneamiento y Manejo
de Vertimientos, PSMV, y se adoptan otras determinaciones".