GRUPO TAR (I+D) EN TRATAMIENTO DE AGUAS Universidad A. Juan Misael Saracho - Bolivia Universidad de Sevilla - España FASE PRESENCIAL MAESTRIA INGENIERIA DEL AGUA UAJMS BASES CONCEPTUALES DE TRATAMIENTO APROPIADO CAS Richard Ivan Medina H. Nov -2007 Tarija - Bolivia
ANTECEDENTES
EL PROBLEMA GLOBAL DEL MEDIO AMBIENTE P Cultivo bacteriano Sustrat, AGUA y Energía Población bacteriana Desechos Tóxinas t
EL PROBLEMA GLOBAL DEL MEDIO AMBIENTE P Sociedad de Flujo Lineal Recursos, Agua y Energía P Sociedad de Flujo Cíclico Recursos, Agua y Energía Población humana Desechos y Tóxinas Población humana t Desechos y Tóxinas t
GESTION DEL AGUA: FLUJO LINEAL Usos Actividades antropicas Costos elevados para potabilización Costos sociales y pérdida de valor de productos hidrobiológicos contaminados Potabilizacion y tratamiento para otros usos Sistema agrícola Inversiones ociosas en tratamientos ineficientes Tratamiento de aguas residuales Pérdida de nutrientes y energía Costos ambientales por uso irracional del agua Pérdida de espacios de recreación y potencial turistico Autodepuración imposible Costos sociales y ambientales por contaminación patogénica del agua Recursos hídricos
Efectos de la contaminación fecal 50,00 GRAFICA 4.2 Saneamiento Básico vs Contaminación del Río Guadalquivir 45,00 40,00 35,00 Tramo Clase D (km) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 Población con saneamiento básico (miles)
Descenso de TMI 100 GRAFICA 4.1. Correlación entre TMI y Cobertura de Saneamiento Básico 90 80 70 % de Cobertura 60 50 40 30 20 10 0 % de cobertura total agua potable (2001) % de cobertura total saneamiento básico (2001) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 TMI
Contaminación hídrica en la cuenca - 1994 GRAFICA 3.3 SITUACION DE CONTAMINACION DEL GUADALQUIVIR EN PERIODO DE AGUAS BAJAS (mayo - octubre) DEL 1994 TRAMOS CONTAMINADOS, IDENTIFICACION DE FUENTES CONTAMINANTES Y EFECTOS EN LA CALIDAD DEL AGUA Referencias: Actualización del estudio Aplicación de Softw are The Enhanced Stream Water Quality Models Qual2eu para la Modelación de la Calidad de Aguas del Río Guadalquivir (Medina 1994), a la Reglamentación de la Ley 1333 Nº y nombre de tramos long itud [km] F uentes contaminantes C audal de efluente (l/s) C lasificación de ag uas seg ún su objeto de uso 1.- San Lorenzo - Tomatitas 9,0 Población de San Lorenzo 6 Clase A (uso ilimitado) 2.- T omatitas- Quebrada de V erdum 5,9 P.T omatitas y E rquis 4 C lase B (uso limitado) 3.- Qda. V erdum- Qda. S ag redo 1,4 A rea sub urbana de T abladida 15 C lase B (uso limitado) 4.- Qda. Sagredo - Qda. San Pedro 2,3 Tabladita y Senac 50 Clase D (inutilizable) 5.- Qda. San Pedro - Qda. Torrecillas 4,6 Qdas. San Pedro y El Monte 41 Clase D (inutilizable) 6.- Qda. Torrecillas - Río Camacho 16,0 Lagunas de oxidación e indust. 130 Clase C (uso muy limitado) RIO GUADALQUIVIR San Lorenzo R. Sella R. Erquis Tomatitas TRAMO 1 R. Victoria TRAMO 2 Qda. Sagredo Ciudad detarija Qda. S. P edro TRAMO 3 Qda. El Monte TRAMO 4 Qda. Torrecillas TRAMO 5 Qda. C abeza de Toro Rio Tolomosa TRAMO 6 Rio Camacho Simbología: Descarga de agua residual Zonas de uso intenso de agua Agua de clase A Población La gráfica no está a escala
Contaminación hídrica en la cuenca - 1998 GRAFICA 3.4 SITUACION DE CONTAMINACION DEL GUADALQUIVIR (1998) TRAMOS CONTAMINADOS, IDENTIFICACION DE FUENTES CONTAMINANTES Y EFECTOS EN LA CALIDAD DEL AGUA Referencias: Criterios para la clasificación de aguas en la cuenca alta del Bermejo-1999.(estudio financiado por la O.E.A.) Nº y nombre de tramos contaminados long itud [km] F uentes contaminantes C audal de efluente (l/s) C lasificación de ag uas seg ún su objeto de uso 1.- C anasmoro - San Lorenzo 9.0 Núcleo de C anasmoro 2 C lase B (uso limitado) 2.- San Lorenzo - Tomatitas 9.0 Población de San Lorenzo 6 C lase C (uso muy limitado) 3.- Tomatitas- Quebrada de Verdum 5.9 P.Tomatitas y Erquis 4 C lase C (uso muy limitado) 4.- Qda. Verdum- Qda. Sagredo 1.4 Area sub urbana de Tabladida 15 C lase C (uso muy limitado) 5.- Qda. Sagredo - Qda. San Pedro 2.3 Tabladita y Senac 50 C lase D (inutilizable) 6.- Qda. San Pedro - Qda. Torrecillas 4.6 Qdas. San Pedro y El Monte 41 C lase D (inutilizable) 7.- Qda. Torrecillas - Río C amacho 16.0 Lagunas de oxidación e indust. 130 C lase C (uso muy limitado) RIO GUADALQUIVIR Núcleo de Canasmoro TRAMO 1 San Lorenzo R. Sella R. Erquis Tomatitas TRAMO 2 R. Victoria TRAMO 3 Qda. Verdum Qda. Sagredo Ciudad detarija Qda. S. P edro TRAMO 4 Qda. El Monte TRAMO 5 Qda. Torrecillas TRAMO 6 Qda. C abeza de Toro Rio Tolomosa TRAMO 7 Rio Camacho Simbología: Descarga de agua residual Zonas de uso intenso de agua Agua de clase A Población La gráfica no está a escala
Contaminación hídrica en la cuenca - 2002 GRAFICA 3.6.- CLASIFICACION DE CALIDAD DE AGUAS SEGÚN SU OBJETO DE USO (LEY 1333) RIO GUADALQUIVIR Y TRIBUTARIOS, AGUAS ARRIBA DE TOMATITAS (MAYO-2002) CLASE A CLASE B CLASE C CLASE D COMUNIDAD CORANA NORTE COMUNIDAD CORANA SUD RIO CORANA RIO TRANCAS PC-1 BALNEARIO CORANA RIO COMUNIDAD CARACHIMAYO TRANCAS PC-3 COMUNIDAD TOMATAS PC-2 CARACHIMAYO GRANDE PC-4 CANASMORO COMUNIDAD SELLA CANDELARIA PC-5 PC-6 RIO COMUNIDAD PAJCHANI RIO COMUNIDAD SELLA GUADALQUIVIR SELLA MENDEZ LAS QUEBRADAS COMUNIDAD DE LAJAS PC-7 PC-12 COMUNIDAD CALAMA RIO CHICO ARD CRUDA PC-11 PC-8 SAN LORENZO BIORAB-100 PC-9 PC-10 RIO CALAMA COMUNIDAD RANCHO NORTE COMUNIDAD SELLA CERCADO RIO SELLA COMUNIDAD RANCHO SUD COMUNIDAD ERQUIZ NORTE RIO ERQUIZ COMUNIDAD ERQUIZ OROPEZA RIO GUADALQUIVIR PC-13 BALNEARIO COIMATA POBLACION NUCLEADA POBLACION DISPERSA COMUNIDAD COIMATA TOMATITAS PC-14 PC-15 URBANIZACION LOS ALAMOS PC-16 BALNEARIO TOMATITAS PC-17 RIO COIMATA CIUDAD DE TARIJA BALNEARIO NATURAL PC-13 EFLUENTE CONTAMINANTE PUNTO DE CONTROL Y MUESTREO
Principales descargas puntuales Clasificación de según su objeto de uso - R MCH (Ley 1333) Clase A Clase B Clase C (uso muy limitado) Clase D (inutilizable) Calidad desconocida GRAFICA 4.- CLASIFICACION DE CUERPOS DE AGUA SUPERFICIALES, SEGÚN RMCH Ley 1333
La dimensión global del problema! La escasez de agua segura (potable) es una de las dos amenazas para la supervivencia de la especie humana.! En países en vías de desarrollo, el 85% de las enfermedades y 25% de la muertes están relacionadas con la contaminación fecal del agua.! Mas de 1 billón de personas no tienen agua segura y 2,6 billones no tienen saneamiento
La dimensión global del problema: en Sudamérica! Antes del 2000, los principales ríos estaban contaminados! Hoy mas del 80% de los ríos están contaminados! Se estima que del volumen colectado por los sistemas de alcantarillado, menos del 10% recibe tratamiento previo a su descarga.! Serios impactos a la salud pública, afecta a las exportaciones de productos hidrobiológicos y al turismo! Escasez cualitativa de agua en el continente mas rico de agua dulce del planeta.
El BM en la convocatoria de la Feria Global del Desarrollo 2006 Innovaciones en servicios de agua, saneamiento y energía para personas de escasos recursos expresa: Las cifras son exorbitantes y la necesidad urgente. El abastecimiento de agua insegura y el inadecuado saneamiento contribuyen a aumentar las infecciones relacionadas con el agua y las enfermedades parasitarias,....las inapropiadas instalaciones sanitarias degradan los recursos de agua subterránea, costeros y fluviales de los cuales depende la gente más pobre para su sustento.... El BM descubre la tragedia, su solución:!!! urgente innovación de la tecnología, nuevos inventos para tratamiento, replicables masivamente a nivel mundial y rentables
NATURALEZA DEL AGUA RESIDUAL
CARACTERISTICAS ARD Contaminantes Unidades Concentración Débil Media Al ta DQO mg/l 250 500 1000 DBO mg/l 110 220 400 Sólidos en Suspensión (SS) mg/l 100 220 350 NH3 como N mg/l 12 25 50 Pt mg/l 4 8 15 Coliformes Fecales (CF)* N /100 ml 1,E+07 1,E+08 1,E+09 (*) Se ha modificado de acuerdo a datos de diversas aguas residuales domésticas en Bolivia Fuente: Adaptado de Metcalf y Eddy 1998
CONTAMINACION FECAL 250 25 2.5 mg DBO/L 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 1 N CF/100ml 25 2.5 0.25 0.025 mg NH3/L 8 0.8 0.08 mg P/L Diluciones 10 100 1000 10.000 100.000 1.000.000 10.000.000 100.000.000
CONTAMINACION FECAL UFC(CF) N UFCF /100 ml N En 20 gr. de materia fecal seca, unos 2 gr., están formados por bacterias vivas 2x10 12 de las cuales el 10% es decir 2x10 11 son bacterias coliformes fecales CF Contaminación fina Bacterias Virus Parásitos Antibióticos, hormonas, etc. Disenterías Fiebre entéricas Fiebres gastroentéricas Cólera Infecciones emergentes Poliomielitis Hepatitis A, B, C, etc áscaris, gusanos, tenias, oxiuros
Tratamiento de agua para consumo humano (potabilización) Tratamiento convencional (energía, equipos y automatización) Tratamiento apropiado (gradiente hidráulico, pocos equipos y operación manual) Tratamiento de agua Tratamiento del agua para uso industrial Tratamiento de aguas residuales Tratamiento convencional Tratamiento convencional (requieren energía, equipos y automatización) Tratamiento no convencional (basada en procesos naturales, con bajo requerimiento de energía y equipos) Tratamiento apropiado (no convencionales adaptados, mejorados y legitimados al contexto)
TRATAMIENTO DE ARD DISPONIBLES EN LA REGION PARA PEQUEÑAS POBLACIONES Módulos Tanque séptico TS Tanque Imhoff TI Reactor anaerobio de flujo ascendente RAFA Reactor anaerobio de lecho fluidizado RALF Filtro anaerobio FA Tecnología para tratamiento de ARD Sistemas de tratamiento completo Desinfección (luego trat. Secundario y terciario) Sistemas de lagunaje Lodos activados Filtro percolador (biológico), FB Cloración UV Ozono
ANALISIS MODULOS Eficiencias Módulos Eficiencias de tratamiento (%) DQO DBO SS Nt Pt CF Tanque séptico 30,00 35,00 60,00 30,00 20,00 10,00 Tanque Imhoff 20,00 30,00 60,00 30,00 20,00 10,00 Filtro biológico - Lecho bacteriano 74,50 75,00 71,00 42,50 22,50 85,00 Lagunas de estabilización 60,00 67,50 70,00 60,00 15,00 99,00 Reactor anaerobio de flujo ascendente 70,00 80,00 60,00 30,00 10,00 50,00 Reactor anaerobio de lecho fluidizado 70,00 80,00 60,00 30,00 10,00 50,00 Filtro anaerobio 80,00 85,00 65,00 30,00 10,00 95,00 Fuente: Medina - 2005; Luna Ponce - 2003; Sasse - 1998 N CF/100ml 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 1
ANALISIS MODULOS Aplicabilidad según población Módulos Tanque séptico Tanque Imhoff Filtro biológico - Lecho bacteriano Laguna facultativa Reactor anaerobio de flujo ascendente Reactor anaerobio de lecho fluidizado Filtro anaerobio Población Equivalente 100 200 500 1000 2000 5000 10000 >10000 No se conoce No se puede usar Poco Medio Mucho Hueco tecnológico
ANALISIS MODULOS Aplicabilidad según regiones Modulos Zonas Fisiográficas en Bolivia Altiplanica Valles Llanura Tanque séptico Tanque Imhoff Filtro biológico - Lecho bacteriano Lagunas facultativas Reactor anaerobio de flujo ascendente Reactor anaerobio de lecho fluidizado Filtro anaerobio No se puede usar Poco Medio Mucho Elaborado a partir de: NB 688; Sasse - 1998 Hueco tecnológico
PROPUESTA 1.- Depuración focalizada a eliminación de CF 2.- Reutilización y cero vertido 3.- Para riego CF<10 3
DISEÑO DE UN SISTEMA TRATAMIENTO APROPIADO N CF/100ml 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 1 Control con procesos naturales
APROVECHADO LA HIDRODINAMICA Ca o Ca Ca o TRH = Vfp Ca dca r Ca - 1 Vfp r a o a dca dt = r Vfp<Vmc a = - 1 r a kca 1 r a = Vmc Ca TRH Ca Vmc o Ca Ca Cao Ca Cao
Control de patógenos RAB vs UASB o RAFA V RAB =V UASB Cf RAB <<Cf UASB ef RAB <<ef UASB - 1 V r RAB a - 1 r a V UASB Cf RAB Cfo Cf UASB Cfo FA, HAH, Lagunas alargadas, etc. Lagunas cuadradas, RALF, TS, Imhoff, etc.
SISTEMA APROPIADO: LAN-LF-LA SISTEMA DE LAGUNAJE LAGUNA ANAEROBIA LAN LAGUNA FACULTATIVA LF LAGUNA AEROBIA LA
SISTEMA CONVENCIONAL: FB-LA FILTRO PERCOLADOR O BIOLOGICO RECIRCULACION DE LODO LECHO BACTERIANO DECANTADOR DIGESTOR DECANTADOR SECUNDARIO ERAS DE SECADO LAGUNA AEROBIA LA
SISTEMA CONVECIONAL: LAC-LA LODOS ACTIVADOS LAGUNA AEROBIA LA
SISTEMA CONVENCIONAL: RAFA- LF-LA RAFA LAGUNA FACULTATIVA - LA REACTOR ANAEROBIO FLUJO ASCENDENTE RAFA LAGUNA FACULTATIVA LF LAGUNA AEROBIA LA
SISTEMA APROPIADO: FA-LF-LA FILTRO ANAEROBIO - LAGUNAJE FILTRO ANAEROBIO FA LAGUNA FACULTATIVA LF LAGUNA AEROBIA LA
SISTEMA APROPIADO: TS-ZF TANQUE SEPTICO-ZANJA FILTRANTE Tubo de distribución de PVC de 4 pulgadas ( 70 cm de rocas 70 cm de drenaje de rocas entre de drenaje ¾ a 2 ½ entre ¾ a 2 ½ pulgadas pulgadas TANQUE SEPTICO TS ZANJA O LECHO FILTRANTE ZF
SISTEMA APROPIADO: TS-FV TANQUE SEPTICO-FILTRO VERDE TANQUE SEPTICO TS FILTRO VERDE FV
SISTEMA APROPIADO: TS-HAH-LA TANQUE SEPTICO-HUMEDAL-LAGUNA TANQUE SEPTICO TS HUMEDAL ARTIFICIAL HORIZONTAL LAGUNA AEROBIA LA
SISTEMA APROPIADO: RAB-HAH-LA FILTRO ANAEROBIO-HUMEDAL-LAGUNA REACTOR ANAEROBIO A BAFLES RAB HUMEDAL ARTIFICIAL HORIZONTAL HAH LAGUNA AEROBIA LA
SISTEMA APROPIADO: RAB-LF-LA FILTRO ANAEROBIO-LAGUNAJE REACTOR ANAEROBIO A BAFLES RAB LAGUNA FACULTATIVA LF LAGUNA AEROBIA LA
SISTEMA APROPIADO: FA-LF-LA FILTRO ANAEROBIO-LAGUNAJE FILTRO ANAEROBIO FA HUMEDAL ARTIFICIAL HORIZONTAL HAH LAGUNA AEROBIA LA
GRAFICA 6.18. COSTO DE IMPLEMENTACION DE ALTERNATIVAS vs POBLACION (T C=18,5; Alcantarillado: 1-1,5 m; DQOi=350mg/l, DBOi=200 mg/l; Cfi=1x10-8 Cf/100 ml; ARD:80 l/hab.d) 10000 1000 Costo Implementación (miles $US) 100 10 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Poblacion (hab.) TS-ZF TS-FV TS+HAH+LA RAB-HAH-LA RAB-LF-LA LAN-LF-LA FA-LF-LA FA-HAH-LA RAFA-LF-LA LACT-LA LB-LA
GRAFICA 6.22.- COSTO DE OPERACIÓN DE ALTERNATIVAS vs POBLACION 100,0 Costo operación (miles $US/año) 10,0 1,0 0,1 TS-ZF TS-FV TS+HAH+LA RAB-HAH-LA RAB-LF-LA LAN-LF-LA FA-LF-LA FA-HAH-LA RAFA-LF-LA LACT-LA LB-LA 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
100,00 GRAFICA 6.21.- AREA REQUERIDA DE ALTERNATIVAS vs POBLACION (T C=18,5; Alcantarillado: 1-1,5 m; DQOi=350mg/l, DBOi=200 mg/l; Cfi=1x10-8 Cf/100 ml; ARD:80 l/hab.d) 10,00 Area (mil m2) 1,00 0,10 0,01 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Población (hab) TS-ZF TS-FV TS+HAH+LA RAB-HAH-LA RAB-LF-LA LAN-LF-LA FA-LF-LA FA-HAH-LA RAFA-LF-LA LACT-LA LB-LA
GRUPO TAR (I+D) EN TRATAMIENTO DE AGUAS Universidad A. Juan Misael Saracho - Bolivia Universidad de Sevilla - España En tiempos de crisis, la imaginación debe sustituir al conocimiento... Albert Einstein