SELECCION DE PROCESOS EN LA DEFINICION DE ESQUEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA VARIAS CIUDADES LATINOAMERICANAS

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1 SELECCION DE PROCESOS EN LA DEFINICION DE ESQUEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA VARIAS CIUDADES LATINOAMERICANAS Julián Sandino Vicepresidente Black & Veatch International, Ingeniero Civil, PhD Ingeniería Ambiental. Enderezamiento: Black & Veatch International, 8400 Ward Parkway - Kansas City - MO Tel: (913) Fax:: (913) sandinoj@bv.com ABSTRACTO En años recientes, Latinoamérica ha experimentado una serie de cambios significativos. Gracias a la prosperidad económica, a los cambios políticos y sociales, y a la intensificación de la conciencia ambiental, los sistemas de saneamiento básico de la región también se están mejorando. El resultado es una serie de proyectos de gran escala en las principales áreas urbanas, entre los cuales se cuentan el Programa de Tratamiento de Aguas Servidas del Gran Santiago, en Chile; el Proyecto Colector Viña del Mar- Valparaíso y Planta de Tratamiento Loma Larga, también en Chile; el Programa de Saneamiento y Control de Inundaciones de la Cuenca del Río Reconquista, en la Provincia de Buenos Aires, Argentina; y el Programa de Saneamiento de la Bahía de Guanabara, en el Estado de Río de Janeiro, Brasil. Estos proyectos de saneamiento contemplan la implementación de una importante componente de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, es interesante el anotar que las soluciones tecnológicas adoptadas para los esquemas de tratamiento de estos proyectos no han sido las mismas, dadas las circunstancias muy específicas en cada proyecto. La cuidadosa consideración de estas diferencias llevo en ultima instancia al establecimiento de soluciones tecnológicas muy particulares para cada caso. PALABRAS CLAVES: Aguas Servidas, Tratamiento, Selección de Procesos, Latinoamérica. INTRODUCCION En años recientes, Latinoamérica ha experimentado una serie de cambios significativos. Los Años Muertos de los 70 y 80 han dado lugar a un resurgimiento de actividad general. La tasa de crecimiento de la región excede aquélla del mundo en vía de desarrollo y solamente sigue a la de los países del Pacífico. Gracias a la prosperidad económica, a los cambios políticos y sociales, y a la intensificación de la conciencia ambiental, los sistemas de saneamiento básico de la región también se están mejorando. El resultado es una serie de proyectos de gran escala en las principales áreas urbanas, entre los cuales se 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4077

2 cuentan el Programa de Tratamiento de Aguas Servidas del Gran Santiago, en Chile; el Proyecto Colector Viña del Mar-Valparaíso y Planta de Tratamiento Loma Larga, también en Chile; el Programa de Saneamiento y Control de Inundaciones de la Cuenca del Río Reconquista, en la Provincia de Buenos Aires, Argentina; y el Programa de Saneamiento de la Bahía de Guanabara, en el Estado de Río de Janeiro, Brasil. Estos proyectos, ejecutados con la participación de Black & Veatch International, representan ejemplos típicos de esfuerzos similares recientes en América Latina. Estos proyectos de saneamiento contemplan la implementación de una importante componente de tratamiento de aguas residuales, componente que tradicionalmente ha brillado por su ausencia (por lo menos en forma significativa) en las soluciones existentes de saneamiento básico en estos países. Sin embargo, es interesante el anotar que las soluciones tecnológicas adoptadas para los esquemas de tratamiento de estos proyectos no han sido las mismas, aun cuando en una primera instancia se pueda pensar que existen factores muy similares en todas estas aplicaciones (e.g. grandes poblaciones de diseño con contribuciones per capita similares ). Sin embargo, después de un análisis más profundo se puede observar que existen circunstancias muy específicas en cada proyecto y que es a partir de la adecuada consideración de estas diferencias el que se puede explicar el establecimiento de soluciones tecnológicas muy particulares para cada caso. PLANTA SANTIAGO SUR, SANTIAGO, CHILE El área metropolitana del Gran Santiago tiene en la actualidad una población de aproximadamente 5.2 millones de habitantes y una cobertura promedio de suministro de agua potable y de alcantarillado de casi 100 %. Aun cuando estos niveles de servicio son muy altos, existe una seria deficiencia en el tratamiento de aguas residuales. De los 15,8 m 3 /s estimados de producción actual de aguas residuales, solo 0,2 m 3 /s (menos del 2%) están recibiendo tratamiento alguno antes de su descarga al sistema hidrológico conformado por los ríos Maipo-Mapocho. El agua de estos ríos (con muy altos niveles de contaminación) está siendo utilizada para regar amplias áreas de cultivos en las zonas aledañas al Gran Santiago. Como parte del Programa de Tratamiento de Aguas Residuales establecido por la Empresa Metropolitana de Servicios Sanitarios (EMOS) S.A., se contempla la implementación de la primera de lo que serán eventualmente tres grandes plantas de tratamiento. Esta primera planta, denominada Santiago Sur, servirá eventualmente una población de aproximadamente 2,8 millones. La planta, con una capacidad de tratamiento promedio de 6,4 m 3 /s, estará localizada en la municipalidad de Padre Hurtado, al suroccidente de la zona metropolitana. En la Figura 1 se presenta el diagrama de procesos de la Planta Santiago Sur. La configuración adoptada para esta planta es esencialmente un sistema convencional de lodos activados (precedido por clarificación primaria) con desinfección por cloro gas del efluente secundario. Este efluente desinfectado será inicialmente descargado al río Mapocho, y eventualmente será destinado al riego de zonas agrícolas. Los lodos residuales primarios y secundarios serán anaeróbicamente digeridos, para luego ser deshidratados mecánicamente hasta una concentración de 24-27% (base seca). Este lodo mecánicamente deshidratado será secado adicionalmente en canchas de secado (hasta alcanzar una concentración mayor a un 65% de sólidos) antes de ser depositados en celdas revestidas (sistema Monofill) para su disposición final. El Monofill tendrá una 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4078

3 capacidad de disposición para aproximadamente 5 años de producción de lodos. Esto permitirá el diseño y la implementación de un programa de aplicación agrícola para los lodos por parte de EMOS S.A., con el fin de facilitar la eventual implementación del reuso benéfico de los lodos. Figura 1: Planta Santiago Sur PLANTA LOMALARGA, VALPARAISO, CHILE El área metropolitana del Gran Valparaíso en Chile comprende además de la ciudad portuaria de Valparaíso, la importante área turística de Viña del Mar. Dentro del esquema de tratamiento adoptado por la Empresa Sanitaria de Valparaíso (ESVAL) S.A., se contempla la construcción de un colector de 10 km. paralelo a la costa, que interceptara las descargas del sistema de alcantarillado existente y transportara a través de un túnel las aguas residuales hacia una planta de tratamiento localizada mas allá del puerto de Valparaíso en un sitio denominado Loma Larga. Una vez construido el colector y el túnel, se logrará un alto grado de saneamiento en el área, al quedar eliminadas una serie de descargas directas existentes a lo largo de la costa entre Viña del Mar y Valparaíso. La planta de tratamiento a ser construida en Loma Larga presenta un interesante reto técnico, al ser necesario el construir un terraplén en el mar para su localización. Debido al alto costo asociado con la construcción de este terraplén, se escogieron tecnologías de tratamiento lo mas compactas posibles. En la Figura 2 se presenta el diagrama de procesos adoptado para esta planta. La planta Loma Larga estará configurada inicialmente por tratamiento preliminar (cribado y desarenado), bombeo del efluente preliminar y descarga a través de un emisario submarino. En una segunda etapa, se añadirán instalaciones de tratamiento primario (clarificadores de alta tasa químicamente asistidos) y desinfección del efluente por radiación ultravioleta. En una posible tercera y ultima etapa (a ser implementada dependiendo de los resultados obtenidos en las etapas previas en cuanto a alcanzar los criterios de calidad de agua adoptados), el terraplén sería 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4079

4 ampliado para permitir la incorporación de tratamiento secundario por medio de filtros biológicos sumergidos aireados. Los lodos crudos de esta planta serán deshidratados mecánicamente y serán transportados (junto con el material cribado y las arenas removidas en el pretratamiento) fuera de la planta para su estabilización química y su eventual disposición final. Figura 2: Planta Loma Larga. PLANTAS DEL PROYECTO RIO RECONQUISTA, PROVINCIA DE BUENOS AIRES, ARGENTINA. La cuenca del Río Reconquista, con un área aproximada de hectáreas, está localizada en el noreste del área metropolitana del Gran Buenos Aires. La población actual de la cuenca es de 2,5 millones. La cuenca cuenta además con cerca de industrias de diversa índole. El desarrollo urbano e industrial de la cuenca ha resultado en altos niveles de contaminación tanto de sus aguas subterráneas como superficiales. La cobertura del sistema de alcantarillado alcanza apenas al 16%, dejando a la mayoría de la población dependiendo de tanques sépticos para el manejo de aguas residuales de origen doméstico. Por otro lado, muy pocas de las industrias están tratando adecuadamente sus efluentes líquidos antes de descargarlos a las aguas superficiales. Con el fin de solucionar el problema de inundaciones y de contaminación de la cuenca, la provincia de Buenos Aires está ejecutando el Proyecto de Saneamiento y Control de Inundaciones de la Cuenca del Río Reconquista. Una de las componentes principales de este Programa es la construcción de una serie de plantas de tratamiento para aguas residuales a lo largo de la cuenca. Aunque existe un plan de implementación para aumentar considerablemente el nivel de cobertura de los sistemas de alcantarillado, se anticipa la necesidad de proveer lo antes posible instalaciones de tratamiento para permitir la descarga controlada de camiones atmosféricos (vehículos que vacían periódicamente el contenido de los tanques sépticos 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4080

5 domiciliarios). Sin embargo, se ha reconocido también la necesidad de que estas plantas puedan eventualmente convertirse a instalaciones para tratar aguas servidas provenientes del sistema de alcantarillado. Por lo consiguiente, el reto en el diseño de estas plantas fue la selección de tecnologías de tratamiento que permitan con un mínimo esfuerzo la conversión gradual de un esquema de tratamiento basado en recibir inicialmente contribuciones principalmente de camiones atmosféricos (caracterizadas por volúmenes relativamente pequeños pero de alta concentración) hacia una situación donde eventualmente predominara la contribución del sistema de alcantarillado (aguas residuales típicas de origen doméstico, es decir, grandes volúmenes y bajas concentraciones). Figura 3:Plantas del Proyecto Río Reconquista. La configuración adoptada para las cuatro plantas (tres nuevas y una existente rehabilitada) del Programa de Saneamiento contempla básicamente dos trenes paralelos de tratamiento que, a su vez, cuentan con cierta intercomunicación entre sí (ver Figura 3 adjunta). El tren de tratamiento de las descargas de los camiones atmosféricos está compuesto por cribado, seguido por adición de cal y una sedimentación/espesado por gravedad. El lodo sedimentado y estabilizado químicamente con la adición de cal se transportará por camión a una de las plantas que será equipada con equipo de deshidratado mecánico de lodos. El tren de tratamiento de aguas residuales del sistema de alcantarillado esta compuesto por tratamiento preliminar (cribado y desarenado) seguido por un proceso de lodos activado en base a zanjas de oxidación y clarificadores secundarios. El efluente secundario será desinfectado con hipoclorito de sodio antes de su descarga. La interconexión entre estos dos trenes está en el manejo que se le da a los subproductos del tratamiento resultantes. En el caso del tren de manejo de las descargas de los camiones atmosféricos, el sobrenadante del proceso de sedimentación/espesado es conducido a la entrada de las zanjas de oxidación del otro tren, donde se mezclará con las aguas residuales para su tratamiento. En el caso de los lodos secundarios de purga de las zanjas de oxidación, estos serán bombeados para ser tratados conjuntamente con los sólidos de las descargas de los camiones (adición de cal y sedimentación/espesado). 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4081

6 PLANTAS PAVUNA Y SARAPUI, RIO DE JANEIRO, BRASIL El Programa de Descontaminación de la Bahía de Guanabara de la Companhia Estadual de Aguas y Esgotos (CEDAE) de Río de Janeiro, contempla la ampliación del sistema de recolección de aguas servidas de las áreas aportantes de la zona, y la eventual implementación de los sistemas de tratamiento correspondientes, con el fin de mejorar las actuales condiciones sanitarias y ambientales de esta importante región. Dentro de este Programa se contempla la implementación de las nuevas plantas de tratamiento de aguas residuales de Pavuna y Sarapui. Estas plantas, cada una con una capacidad de tratamiento promedia de 3 m 3 /s, servirán conjuntamente una población de aproximadamente 2,6 millones. Aunque existían diseños conceptuales preparados en la década de los 80, CEDAE decidió actualizarlos y consolidarlos, tomando en consideración las bases de diseño originales y modificando los diseños existentes para incluir procesos unitarios y tecnologías de tratamiento recientemente desarrollados y que se consideran brindan ventajas tanto técnicas como económicas para el Programa. Una parte integral del Programa de Descontaminación de CEDAE consiste en la implementación de tratamiento primario en una primera etapa en todas las nuevas instalaciones descargando a la Bahía, llegando eventualmente a un nivel secundario en etapas futuras. Esta modalidad escalonada de implementación está determinada principalmente por las limitaciones existentes del Gobierno para financiar inicialmente la totalidad del Programa. El nuevo proceso adoptado para las plantas Pavuna y Sarapui es el de Clarificación Primaria Químicamente Asistida (CPQA) para la Etapa Inicial y de Lodos Activados para la eventual Etapa Final. Como parte de las modificaciones al esquema original de tratamiento, se incorporó la adición química (sales de hierro) para asistir la clarificación primaria, y se reemplazó la digestión anaeróbica para la estabilización de los lodos residuales por el proceso de estabilización alcalina por medio de adición de cal. En la Figura 4 se presenta el diagrama de procesos de estas plantas. Figura 4: Plantas Pavuna y Sarapui. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4082

7 Como resultado de la adopción de adición de sales de hierro al proceso de tratamiento primario, se logra mejorar la remoción de materia suspendida (lo que implica niveles menores de DBO 5 y SST en el efluente); se logra reducir los niveles de fósforo (un nutriente considerado como causante de los graves problemas de eutroficación en la Bahía, y que en el esquema original no estaba siendo controlado); se reduce el potencial de emisión de olores (al lograrse la precipitación del H 2 S como una sal de hierro); y se logra reducir considerablemente el área de clarificación a ser provista debido a la superior característica de sedimentación de la materia suspendida modificada químicamente. El reemplazo de la digestión anaeróbica por la estabilización alcalina en base a cal reduce considerablemente los costos de construcción de las instalaciones de estabilización de lodos residuales, simplifica considerablemente los requisitos de operación y mantenimiento, y produce un lodo residual más seco con lo cual se facilitará su eventual disposición final en el relleno sanitario previsto. En ambas plantas las aguas residuales serán cribadas, desarenadas y medidas en las obras de toma. La adición química para asistir la clarificación primaria se hará aguas arriba del cribado. El caudal será distribuido y alimentado a clarificadores primarios. Polímero será añadido como ayudante de floculación aguas arriba del medidor de flujo (tipo canaleta Parshall) aprovechándose de la turbulencia para mezclar este reactivo con el afluente primario. En la Etapa Inicial de implementación de las plantas, el efluente primario será medido y descargado por gravedad directamente a los ríos. En la Etapa Final, el efluente primario será elevado por una estación de bombeo intermedia, será mezclado con los lodos activados de recirculación y será distribuido entre los tanques de aeración. El licor mezclado formado en los tanques de aeración será separado del efluente tratado en clarificadores secundarios. El efluente secundario será medido y conducido a través de un canal a su descarga por gravedad a los ríos Pavuna y Sarapui. En la Etapa Inicial del proyecto, los lodos primarios serán bombeados a un tanque de regulación, de donde serán, a su vez, bombeados al proceso de secado mecánico. El lodo mecánicamente seco será mezclado con cal virgen (CaO), con el fin de estabilizar los 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4083

8 lodos y de mejorar sus características de manejo antes de su transporte por camión para disposición final en un relleno sanitario fuera de los terrenos de la estación. En la Etapa Final del proyecto, los lodos secundarios serán espesados y alimentados a un tanque de regulación. De este tanque, los lodos secundarios serán bombeados junto con los lodos primarios al proceso de secado mecánico y a su posterior estabilización con cal. El material resultante del tratamiento preliminar (material cribado y arenas y gravillas) será dispuesto en un relleno sanitario junto con los lodos secados mecánicamente y estabilizados. CONCLUSIONES Como puede observarse de los ejemplos presentados, el resultado de considerar las condiciones particulares de cada proyecto de tratamiento de aguas residuales llevo a Black & Veatch al establecimiento de configuraciones de procesos unitarios muy diferentes en cada uno de los casos. Aun cuando estos proyectos cuentan con ciertas características similares, existen suficientes diferencias en cada caso para justificar una evaluación completa y detallada de las muchas alternativas tecnológicas que hoy en día existen en el área de la ingeniería sanitaria. Cada aplicación debe considerar las condicionantes técnicas, económicas y aun institucionales de cada proyecto antes de poder definir el esquema más aplicable, no solo para poder diseñar y construir una solución de tratamiento, sino también para garantizar su viabilidad operativa en el futuro. Es por estas razones que la búsqueda de la "mejor solución de tratamiento" para mejorar las actuales deplorables condiciones sanitarias en las grandes áreas metropolitanas de Latinoamericana no debe ser enfocada hacia el establecimiento de una sola "mejor y mas aplicable tecnología", sino más bien hacia el establecimiento de criterios y procedimientos que en primera instancia lleven a identificar inequívocamente las condicionantes particulares de cada proyecto, y luego permitan una enfocada y detallada evaluación de las múltiples alternativas existentes. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4084