Manejo ambiental del plástico CEPIS/OPS/OMS

 

PTAR "Río Frío" exitosa aplicación de la tecnología UASB, a escala real, para el tratamiento de las aguas residuales domésticas en Bucaramanga (Colombia) / C.J.Collazos y J.M.Cala. Presentado al Segundo Taller Regional Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales en América Latina. Ciudad de la Habana,


Resumen

La Corporación de Defensa de la Meseta de Bucaramanga, CDMB, con la asesoría del Gobierno de los Países Bajos, diseño, construyó y puso en marcha (en 1990) la planta de tratamiento de aguas residuales domésticas tipo UASB más grande del mundo, con capacidad inicial para 32.000 m3/día a 160.000 habitantes equivalentes. Esta planta (PTAR "Río Frío") posee dos (2) reactores UASB de 3360 m3 de volúmen cada uno y dos (2) lagunas facultativas de 2,7 ha como postratamiento. Actualmente sólo se utiliza una laguna facultativa pues la segunda se encuentra a la espera de que se construyan dos (2) reactores UASB adicionales que permitirán ampliar la capacidad de tratamiento hasta 320.000 habitantes equivalentes.

La PTAR "Río Frío" representa la culminación de un ambicioso proyecto de saneamiento que la CDMB ha venido ejecutando para la ciudad de Bucaramanga y su Area Metropolitana desde 1978 (1)(2).

Los estudios de tratabilidad adelantados en planta piloto (PTAR "La Rosita") entre 1983 y 1986(3) mostraron la conveniencia de utilizar reactores anaerobios tipo UASB como tratamiento primario y lagunas facultativas como tratamiento secundario. En ese entonces, los excelentes resultados obtenidos representaban sólo una simple expectativa. Hoy en día esos resultados han sido replicados en la PTAR "Río Frío", demostrando la aplicabilidad de la tecnología, en cualquier escala, para el tratamiento de las aguas residuales domésticas en climas tropicales.

En la PTAR "Río Frío", la estabilización de los reactores UASB se logró aproximadamente seis (6) meses después de iniciado el arranque (sin inóculo). Aunque se pretendió realizar dicho arranque a capacidad plena resultó más favorable suspender el proceso por una o dos semanas, después de los dos (2) primeros meses, y rearrancar los reactores a un 60% de la carga de diseño. Incrementos progresivos de la misma se aplicaron posteriormente hasta alcanzar una altura de lodos de aproximadamente 1,5 m en el reactor, con una concentración promedio de 28 g/l de SST, punto en el cual se consideró terminado ese proceso. 

Una vez estabilizados los reactores el efluente se mantuvo en 156 - 170 g/m3 de DQO (56-60% de remoción); 35 - 41 g/m3 de DBO (72-76% de remoción) y 72 - 78 g/m3 de SST (67-70% de remoción), con un TRH aproximado de 6 horas. La producción de biogás registrada (sin contabilizar fugas) alcanzó los 56 l/m3 de agua tratada y el crecimiento de los lodos se estableció en 0.6 l/m3 de agua tratada (lodo húmedo) con una concentración media de 28 g/de SST.

El efluente final de la planta, que es el mismo de la laguna facultativa, se mantuvo por debajo de los 20 g/m3 de DBO permitiendo el cumplimiento del objetivo de calidad establecido para la descarga al cuerpo receptor, fijado en 30 g/m3 de DBO como máximo. El TRH aplicado en la laguna fué de 40 horas aproximadamente. 

En cuanto a costos 1(4) la inversión realizada en la construcción de la PTAR representa aproximadamente US $ 14/habitante equivalente. La operación, mantenimiento y seguimiento de la PTAR en 1991 costó US$ 0.7/hab/año aproximadamente.

Actualmente la CDMB ejecuta algunas adecuaciones en la planta que permitirán el tratamiento de todo el caudal que llega a la PTAR (32.000 m3/d), la reducción o eliminación de las fugas de gas detectadas en los reactores y la utilización de la segunda laguna facultativa. Igualmente se está iniciando el diseño de un tercer reactor UASB, de similares características a los existentes, en el cual se pondrán en práctica todas las experiencias adquiridas en el diseño, construcción, operación y mantenimiento de la PTAR "Río Frío".


Descripción de la PTAR

La PTAR "Río Frío"(5) es un conjunto de operaciones y procesos unitarios relativamente sencillos (Tabla l). Ocupa una extensión aproximada de 14 ha y tiene capacidad para tratar las aguas residuales domésticas de los 160.000 habitantes que actualmente residen en la zona sur del Area Metropolitana de Bucaramanga (32.000 m3/d). Etapas de ampliación previstas a partir de 1993 permitirán duplicar la capacidad de tratamiento hacia el año 2008. 

Tabla 1           Operaciones y procesos unitarios PTAR "Río Frío" (Fase 1. 1990)

                                        Tratamiento                                                         Estructura
                            Tratamiento preliminar                                       Cribado y desarenación
                            Tratamiento primario                         :                     Reactores UASB (2 unidades)
                            Postratamiento                                  :                     Lagunas facultativas (1 en operación)
                            Tratamiento de lodos                         :                     Lechos de secado
                            Disposición de Biogás                       :                     Quemador                       

Hidráulicamente, la PTAR " Río Frío", funciona totalmente por gravedad gracias a las condiciones topográficas de la zona. Desde el punto de vista de la obra civil los Tanques UASB, cada uno de 3360 m3 y 4m de profundidad útil (Figura 1), se construyeron en concreto reforzado (cemento tipo 5), con campanas y estructuras internas en concreto prefabricado. Los pozos de repartición se elaboraron en fibra de vidrio y el sistema de alimentación se conformó con tuberías de PVC y mangueras de polietileno. Los vertederos de recolección del efluente y las escotillas de las campanmas de gas se hicieron en acrílico, con sellos de caucho en neopreno. El sistema de gas posee conductos en PVC y polietileno y termina en una chimenea que hace las veces de quemador.

            Fig. 1        Corte Esquemático de un Reactor UASB PTAR "Río Frío"

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Puesta en Marcha y Resultados

Específicamente con relación al desempeño de los reactores UASB puede afirmarse que la estabilización de los mismos, se logró aproximadamente seis (6) meses después de la puesta en marcha sin inóculo (6). El reactor UASB 2 se puso en funcionamiento en noviembre de 1990, mientras que el reactor UASB 1 entró en operación en enero de 1991. Durante los dos (2) primeros meses de funcionamiento ambos reactores operaron a capacidad plena con el fin de acumular sólidos. Posteriormente resultó útil e importante para el proceso la táctica de parar temporalmente los UASB por una o dos semanas y el rearranque de los mismos con incrementos progresivos de carga hasta conseguir su estabilización (Figuras 2 y 3). Como se puede observar en las Figuras 4 - 7 al comportamiento de ambos reactores fue similar aunque, al finalizar el año 1991, se aprecia una mejor calidad en el efluente del UASB 2. Esto se explica, en parte, por la existencia de mayor cantidad de biomasa en este reactor (Figura 8).

  Fig. 2  Operación PTAR "Río Frío" 1991 TRH y Carga Aplicada U1

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                     Fig. 3  Operación PTAR "Río Frío"  1991 TRH  y Carga Aplicada U2

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                                                Fig. 4  PTAR "Rio Frio" 1991 Eficiencia UASB 1

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                                            Fig. 5  PTAR  "Río Frío"  1991   Eficiencia UASB 2gra5.jpg (20466 bytes)

 

              Fig. 6   Calidad de Efluentes  1991 PTAR "Río Frío"  DQO Total

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                  Fig. 7    Calidad de Efluentes 1991 PTAR "Río Frío" DBO   Total

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                           Fig. 8  Perfil de Lodos Nov / 91 PTAR "Río Frío"

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Los principales resultados obtenidos una vez concluido el proceso de arranque se registran en la Tabla 2. Como información adicional se incluyen datos del postramiento.

   Tabla 2     Resultados finales (1) de operación de la PTAR "Río Frío" 1991

Referencia               Unidad          UASB 1             UASB 2         LAGUNA         TOTAL

Población servida      (hab)              65500                 66500             132000            132000
Caudal                      (l/s)                    152                     154                   306                  306
                                (m3/d)           13100                 13300                26400              26400
TRH promedio         (horas)               6.1                       6.0                     40                    46

DQO afluente            (g/m3)               390                     390                    163                  390
DQO efluente           (g/m3)               170                     156                    106                  106
Remoción de DQO   (%)                     56                       60                      35                    73

DBO afluente             (g/m3)               147                     147                      38                 147
DBO efluente            (g/m3)                 41                       35                      18                   18
Remoción de DBO    (%)                     72                       76                      53                   88

SST afluente               (g/m3)              237                      237                      75                237
SST efluente               (g/m3)                78                        72                      23                  23
Remoción de SST      (%)                    67                        70                      69                  90

Prod.Biogás reg.         (l/m3 afl)            25                        56        No incluye fugas
Prod. de lodo (2)        (l/m3 afl)              0.6                       0.6
Conc.manto lodos      (g/l SST)            28                        28

(1) Promedios del período julio-diciembre de 1991
(2)  Incluyendo período de arranque

Conclusiones

Hasta el momento la PTAR "Río Frío" no ha operado a capacidad plena si se tiene en cuenta que fué diseñada para 32.000 m3/día. Aunque ese era exactamente el volúmen de aguas residuales que llegaba a la PTAR, en 1991, sólo a partir de 1992 se espera tratar la totalidad del flujo. Para el efecto se adelantan actualmente algunas adecuaciones que consisten básivamente en un ajuste de niveles en las estructuras de contro de flujo, la optimización de los reactores UASB (eliminación de las fugas de gas, principalmente) y la habilitación de la segunda laguna facultativa para el tratamiento directo de los excesos que, por limitaciones hidráulicas, no son admisibles en los reactores. Los resultados de estas adecuaciones podrán ser conocidos y evaluados dentro de los próximos seis (6) meses (aproximadamente en sept/92).

El balance al final del primer año de operación, muestra que el sistema UASB es una solución técnica y económicamente aplicable para contrarrestar el deterioro progresivo que las aguas residuales domésticas, de grandes y pequeñas municipalidades, ocasionan en las corrientes superficiales de los países en vía de desarrollo (tropicales). Aunque el escalamiento de la planta entre la fase experimental y la solución final es de 1:100 los resultados han sido extraordinariamente similares (ver Tabla 3 y Figura 9).

  Tabla 3   Eficiencias PTAR Piloto "La Rosita y PTAR "Río Frío" al cabo de un año
                 de funcionamiento

                                                                  PTAR Piloto "La Rosita"    PTAR "Río Frio"

Parametro                    UASB Laguna (*)              Total        UASB Laguna (*)            Total

Caudal(m3/h)                    7.2          7.2                    7.2             670        1340              1340
TRH (horas)                     5.2         24.8                    30               6.0          40                  46

DQO efluente (g/m3)     150         104                     104             156         106                106
Remoción de DQO (%)   66           31                       76               60           35                  73

DBO efluente {g/m3)       39           22                       22               35           18                  18
Remoción de DBO (%)   80           44                       89               76           53                  88

SST efluente (g/m3)          71          44                        44               72           23                  23
Remoción de SST (%)    71           38                        82               70           69                  90

(*)   Se refiere a Laguna Facultativa como postratamiento

Parece definitivamente cierto que el arranque de los reacores UASB a capacidad plena no es factible si no se cuenta con suficiente biomasa activa. Para el caso de la PTAR "Rio Frío" el crecimiento de la biomasa fué muy lento (0.4 - 0.6 l/m3 agua tratada). La altura mínima del manto de lodos que garantiza un buen efluente, a capacidad plena, estaría alrededor de 1.5m.

Cabe resaltar la importancia que para el éxito de este tipo de procesos representa contar con un eficiente tratamiento preliminar. La función desempeñada por el sistema de cribado (grueso y fino) y por los desarenadores ha sido fundamental para garantizar el funcionamiento contínuo de los sistemas de alimentación y la conformación de un manto de lodos libre de arena. La inspección efectuada al interior de uno de los reactores UASB, después de un año de funcionamiento, no mostró deterioro alguno de las estructuras ni depósitos de arena en el fondo.

Fig.9  Remoción de DBO vs TRH
Piloto "La Rosita" y PTAR "Río Frío"

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De otro lado, la laguna facultativa se consolida como un excelente complemento para los UASB no sólo por su comprobada capacidad depuradora sino por la estabilidad que le confiere a todo el sistema. Actualmente, la calidad del efluente de la PTAR "Río Frío" es mejor que el límite establecido previamente para la descarga al cuerpo receptor (fijado en 30 g/m3 de DBO). La eficiencia total de la PTAR en términos de remoción de DQO, DBO y SST a lo largo de 1991 se muestra en la Figura 10.

En la parte financiera, los costos de la inversión (US$ 14/habitante equivalente) y de la operación y mantenimiento (US$0.70/hab/año) son realmente bajos. Un 44% de los costos de funcionamiento corresponden al pago del personal de la planta y un 25% al costo del seguimiento (frecuencia de muestreo: 3 veces/semana). Teniendo en cuenta la estabilidad mostrada por el sistema, en la práctica, es posible reducir la frecuencia del seguimiento hasta 1 vez/semana lo cual representa un ahorro sustancial en los costos de funcionamiento.

Desde ya la CDMB ha iniciado el desarrollo de los estudios correspondientes al diseño de un tercer reactor UASB, similar a los existentes, que debe entrar en funcionamiento hacia finales de 1993. Para esta oportunidad se cuenta con una buena información en torno a: criterios de diseño que deben mantenerse, optimizarse o descartarse; aspectos constructivos que deben perfeccionarse; conceptos operativos que deben incorporarse al sistema; y otra serie de elementos que ayudarían a mejorar la aplicación dada a la tecnología anaerobia en Bucaramanga.

Fig. 10  PTAR "Río Frío" 1991
Eficiencia Total PTAR

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Referencias

1  Hidroestudios Ltda., (1983) Plan Integral de Saneamiento Ambiental de Bucaramanga y su
    Area Metropolitana, Informe Final, CDMB, Bucaramanga, Colombia.

2  Collazos, C.J.(1990) Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas en Bucaramanga
    (Colombia) mediante Reactores UASB y Lagunas Facultativas, I Taller y Conferencia sobre
    Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales en América Latina, UNAM, México D.F.
    México.

3  Jakma F.F.G.M., Collazos C.J. and Schellinkhout, A. (1987) Anaerobic System for Sewage
    Treatment in (Sub/tropical Countries Succesful/ H20 (20) 1, p1, Rijswijk, Holanda

4  Collazos C.J., Hoyos L.F. y Schellinkhout, A. (1991) Manual DICOM PTAR "Río Frío",
    CDMB-DHV, Bucaramanga, Colombia

5  Jakma, F.F.G.M. and Gerritzen, P.W. (1986) Diseño Planta de tratamiento de la Zona Sur.
    Convenio CDMB-Holanda, Bucaramanga, Colombia.

6. Cala J.M. Collazos C.J.y Schellinkhout, A. (1991) Apuntes y registros de operación PTAR "Río Frío", Convenio CDMB-Holanda, Bucaramanga, Colombia.


Actualizado el 26/Ene/99
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