Propuesta de diseño de una ptar para el municipio de velez santander.

PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
RESIDUAL POR ZANJON DE OXIDACION PARA EL CASCO URBANO DEL
MUNICIPIO DE VELEZ -SANTANDER.
LADY JOHANA GALEANO NIETO
VIVIAN DANIELA ROJAS IBARRA
UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
TRABAJO DE GRADO
BOGOTA D.C.
2016

PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
RESIDUAL POR ZANJON DE OXIDACION PARA EL CASCO URBANO DEL
MUNICIPIO DE VELEZ - SANTANDER.
LADY JOHANA GALEANO NIETO
VIVIAN DANIELA ROJAS IBARRA
Trabajo de investigación para optar al título de
Ingeniero Civil
Director del Proyecto
Ing. Felipe Santamaría Álzate
UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
TRABAJO DE GRADO
BOGOTA D.C
2016

Nota de aceptación
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
Director de Investigación
Ing. Felipe Santamaría Álzate
______________________________________
Jurado
Bogotá D.C, noviembre, 2016

En esta etapa tan trascendental de mi existencia, quiero ofrecer un sentido
agradecimiento dedicando este trabajo, al esfuerzo inmarcesible realizado por mis
padres en aras de ver plasmado mi sueño como profesional, y desde mi posición tan
humilde le otorgo la gloria a Dios porque sin su voluntad mi logro no se hubiese
culminado, gracias a todas y cada una y de las personas que apostaron a mi causa y
nunca dudaron de mis capacidades; a mi padre Álvaro Francisco Rojas y su psicología
inversa que siempre desafío mi ego, pero ahora comprendo su altruismo, ese que solo
buscaba mantener mi lado gladiador incólume siempre dispuesto a dar lo mejor de mi
desafiando cualquier obstáculo que emergiera en el camino, a mi madre Rosa Amelia
Ibarra , esa mujer que dispuesta a todo fue mi cimiento y las columnas que sostuvieron
con orgullo y dedicación mi más añorado sueño que hoy veo realizado, y a mi hermano
Álvaro Andrés Rojas que siempre me alentó a seguir y creyó en mi ciegamente, gracias
por todo el amor y el apoyo.
VIVIAN DANIELA

Dedico esta tesis primeramente a Dios, que fue el que me permitió culminar con éxito
esta hermosa etapa de mi vida, etapa en la cual pude entender y valorar cada una de las
bendiciones con las cuales él me rodea A mi madre, Por haberme apoyado en todo
momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha
permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por infundir en mi la lucha y el
deseo de superación, resaltando su apoyo en los momentos de duda, desesperación y
felicidad. A mi padre, por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan
y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y su apoyo
incondicional
LADY JOHANA

AGRADECIMIENTOS
Las autoras expresan su agradecimiento a:
Nos encontramos agradecidas por el esfuerzo y dedicación que como director de
trabajo de grado ha realizado el ingeniero Felipe Santamaría Álzate; aportando a
una noble causa, que ha hecho suya, guiándonos para contribuir al progreso de la
infraestructura de un país en desarrollo, desde sus conocimientos como ingeniero
sanitario y ambiental y especialista en saneamiento básico.
A la Universidad Católica de Colombia por abrir sus puertas y crear espacios
académicos, a través de sus diferentes áreas del conocimiento, para nuestra
formación como profesionales.

TABLA DE CONTENIDO
1 GENERALIDADES .........................................................................................23
1.1 PERFIL DEL PROYECTO .......................................................................23
1.1.1 Ubicación geográfica. ............................................................................23
Limites: ..................................................................................................23
1.1.3 Clima......................................................................................................24
1.1.4 Fuentes hidrográficas. ...........................................................................24
1.1.5. Población..............................................................................................24
1.2 ANTECEDENTES....................................................................................25
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................26
1.4 OBJETIVOS ............................................................................................26
General..................................................................................................26
Específicos ............................................................................................26
1.5 JUSTIFICACIÓN......................................................................................27
1.6 DELIMITACION .......................................................................................28
1.6.1 Alcance..................................................................................................28
1.6.2. Tiempo..................................................................................................28
1.6.3 Espacio..................................................................................................28
1.6.4 Limitaciones...........................................................................................28
1.7 MARCO TEORICO..................................................................................28
1.7.1 Impactos negativos en la salubridad ciudadana. ...................................29
1.7.2. Estado de infraestructuras de servicios de agua potable y saneamiento
básico del municipio de Vélez.........................................................................29
1.8 ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LA PTAR ..........................................30
1.81. Tratamiento preliminar...........................................................................30

1.8.2 Cribado. .................................................................................................30
1.8.3 Desarenador..........................................................................................31
1.8.4 Tratamiento secundario. ........................................................................32
1.8.5 Zanjón de oxidación...............................................................................32
1.8.6 Aireación prolongada.............................................................................35
1.8.7 Sedimentador secundario......................................................................36
Criterios generales para el diseño de tanques de sedimentación..........37
Tipos de tanques de sedimentación: .....................................................37
1.8.10 Tanque secundario de sedimentación .................................................38
1.8.11 Tratamiento de lodos. ..........................................................................39
1.8.12 Tipos de lodos......................................................................................40
1.8.13 Características de los lodos.................................................................41
1.8.14 Métodos de tratamiento de lodos.........................................................43
1.8.15 Secado de lodos. .................................................................................44
1.8.16 Objetivos del secado de lodos: ............................................................45
1.8.17 Lechos de secado de arenas...............................................................45
1.9 MARCO CONCEPTUAL..........................................................................47
1.9.1 Saneamiento básico. .............................................................................47
1.9.2 Aguas residuales. ..................................................................................47
Coliformes. ...........................................................................................48
Alcantarillado combinado. ....................................................................48
D.B.O.....................................................................................................48
D.Q.O. ..................................................................................................48
RAS-2000. .............................................................................................48
Lodos activados. ..................................................................................49
1.9.8 Política y normatividad relacionada con el manejo y tratamiento de......49
1.10 METODOLOGIA......................................................................................51
1.10.1 Recolección de información.................................................................51

1.10.2 Análisis de datos..................................................................................51
1.10.3 Diseño hidráulico de la planta..............................................................51
2 DISEÑO METODOLOGICO ...........................................................................53
2.1 PROYECCION DE LA POBLACION .......................................................53
2.1.1 Método geométrico. ...............................................................................53
2.1.2 Periodo de diseño..................................................................................54
2.1.3 Dotación.................................................................................................54
Consumo domestico ..............................................................................54
2.1.5 Estimación del consumo medio diario por habitante..............................55
2.1.6 Estimación de la población servida........................................................55
2.1.7 Caudal Medio Diario. .............................................................................58
2.1.6 Caudal Máximo horario..........................................................................58
2.1.7 Caudal de diseño...................................................................................58
Estimación de la población y caudal de diseño......................................59
2.2 CANAL DE ENTRADA.............................................................................60
Diseño canal de entrada........................................................................61
2.3 PRETRATAMIENTO................................................................................62
2.3.1 Diseño de estructura de cribado. ...........................................................62
2.3.2 Perdidas en rejillas.................................................................................62
Diseño estructura de cribado .................................................................65
2.4 DESARENADOR.....................................................................................66
Consideraciones de diseño....................................................................66
Diseño de desarenador..........................................................................69
2.5 TRATAMIENTO SECUNDARIO ..............................................................70
Diseño del zanjón de oxidación .............................................................74
2.6 SEDIMENTADOR SECUNDARIO ...........................................................76
Diseño de sedimentador secundario......................................................78

Fuente. Autores..................................................................................................78
2.7 RECIRCULACIÓN DE LODOS................................................................79
Diseño de recirculaciòn..........................................................................80
2.8 TRATAMIENTO DE LODOS ...................................................................80
2.8.1 Producción de lodos. .............................................................................80
2.8.2 Lechos de secado de arenas.................................................................81
2.8.3 Geometría..............................................................................................81
Drenajes ................................................................................................81
2.8.5 Granulometrías. .....................................................................................81
2.8.6 Recolección de percolados....................................................................82
2.8.7 Disposición de lodos..............................................................................82
2.8.8 Necesidad de Cobertura........................................................................82
2.8.9 Operación y mantenimiento. ..................................................................82
2.8.10 Eficiencias típicas de remoción............................................................83
Diseño de tratamiento de lodos ...........................................................83
3 CONCLUSIONES ...........................................................................................85
4 RECOMENDACIONES...................................................................................87
BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................88
Anexo.....................................................................................................................92

LISTAS DE TABLAS
Tabla 1. Población de Vélez Santander.................................................................24
Tabla 2. PTAR por zanjón de oxidación.................................................................29
Tabla 3. Principales fuentes de solidos..................................................................40
Tabla 4. Características de los lodos.....................................................................41
Tabla 5. Descripción de los lodos producidos por los procesos de tratamiento.....42
Tabla 6. Concentraciones típicas de sólidos y DBO en procesos de tratamiento de
lodos. .....................................................................................................................43
Tabla 7. Estudio estadístico DANE........................................................................53
Tabla 8. Asignación del nivel de complejidad del sistema .....................................54
Tabla 9.Consumo industrial del municipio de Vélez...............................................55
Tabla 10. Consumo institucional del municipio de Vélez .......................................56
Tabla 11. Consumo escolar municipio de Vélez ....................................................56
Tabla 12. Consumo comercial municipio de Vélez ................................................57
Tabla 13. Consumo público municipio de Vélez ....................................................57
Tabla 14. Caudal de diseño ...................................................................................59
Tabla 15. Continuación ..........................................................................................60
Tabla 16. Canal rectangular...................................................................................61
Tabla 17. Parámetros de rejillas ............................................................................62
Tabla 18. Coeficiente de pérdida para rejillas........................................................63
Tabla 19. Calculo rejilla..........................................................................................65
Tabla 20. Especificaciones del material.................................................................66
Tabla 21. Numero de Hazen..................................................................................67
Tabla 22. Calculo del desarenador ........................................................................69
Tabla 24. Parámetros de diseño de zanjones de oxidación...................................71
Tabla 25. Calculo zanjón de oxidación ..................................................................74
Tabla 27. Especificaciones técnicas cepillos de aireación prolongada ..................76

Tabla 28. Parámetros de diseño de sedimentadores secundarios ........................76
Tabla 29. Calculo sedimentador secundario..........................................................78
Tabla 30. Calculo recirculación..............................................................................80
Tabla 31. Eficiencias típicas de remoción..............................................................83
Tabla 32. Calculo tratamiento de lodos..................................................................83

LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Ubicación geográfica de Vélez._______________________________ 23
Figura 2. Rejilla __________________________________________________ 31
Figura 3. Desarenador _____________________________________________ 32
Figura 4. Zanjón de oxidación _______________________________________ 36
Figura 5.Partes de un tanque de sedimentación _________________________ 39
Figura 6. Tanque de sedimentación___________________________________ 39
Figura 7. Procesos principales de tratamiento y disposición de lodos. ________ 44
Figura 8. Lecho de secado__________________________________________ 47
Figura 9. Esquema de funcionamiento de la PTAR _______________________ 60
Figura 10. Diferentes formas de barrotes de rejillas ______________________ 63
Figura 11. Curva rotor de aireación tipo mr10 ___________________________ 75

LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Estudio físico- químico de los vertimientos............................................92
Anexo B. Rotores del zanjón..................................................................................94
Anexo C. Esquema general de la planta................................................................96
Anexo D. Esquema de cortes de la planta............................................................97
Anexo E. Manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de
agua residual del municipio de Vélez.....................................................................98

GLOSARIO
AFLUENTE: “El concepto de afluente es habitual en la hidrología en referencia al
cuerpo de agua cuya desembocadura no se produce en el mar, sino que lo hace en
un río superior o de mayor importancia. El afluente o tributario se une al efluente en
el sitio o zona conocida como confluencia.” (PÉREZ, 2012)
AIREACION: “La aireación es el proceso mediante el cual el agua se pone en
contacto íntimo con el aire para modificar las concentraciones de sustancias
volátiles contenidas en ella. su función principal en el tratamiento de agua residuales
es proporcionar oxígeno y mezcla en los procesos de tratamiento biológico aerobio.”
(ROMERO, 2002)
CARGA ORGANICA: “Producto de la concentración media de DBO por el caudal
medio determinado en el mismo sitio; se expresa en kilogramos por día (kg/d).”
(ROMERO, 2002)
CARGA SUPERFICIAL: “Caudal o masa de un parámetro por unidad de área y por
unidad de tiempo, que se emplea para dimensionar un proceso de tratamiento, m3
/ (m2 día)”. (ROMERO, 2002)
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO: “Cantidad de oxigeno usado en la
estabilización de la materia orgánica carbonacea y nitrogenada por acción de los
microrganismos en condiciones de tiempo y temperatura especificados. Mide
indirectamente el contenido de materia orgánica biodegradable” (ROMERO, 2002)
DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO: “Medida de la cantidad de oxigeno requerido
para oxidación química de la materia orgánica del agua residual, usando como
oxidantes sales orgánicas de permanganato o dicromato en un ambiente ácido y a
altas temperaturas.” (ROMERO, 2002)
DENSIDAD DE POBLACION: “Número de personas que habitan dentro de un área
bruta o neta determinada.” (Dirección General de Agua Potable y Saneamiento Básico, 2000)
DESARENADORES: “Cámara diseñada para permitir la separación gravitacional
de solidos minerales (arena)”. (ROMERO, 2002)
DESHIDRATACION DE LODOS: “Proceso de remoción del agua de lodos hasta
formar una pasta.” (ROMERO, 2002)
EDAD DE LODO: “Tiempo medio de residencia celular en el tanque de aireación.”
(ROMERO, 2002)

EFICIENCIA DE TRATAMIENTO: “Relación entre la masa o concentración
removida y la masa o concentración en el efluente, para un proceso o planta de
tratamiento y un parámetro especifico, normalmente se expresa en porcentaje.”
(ROMERO, 2002)
EFLUENTE: “Término empleado para nombrar a las aguas servidas con desechos
sólidos, líquidos o gaseosos que son emitidos por viviendas y/o industrias,
generalmente a los cursos de agua; o que se incorporan a estas por el escurrimiento
de terrenos causado por las lluvias.” (SPINELLI, 2016)
EMISARIO FINAL: “Colectores cerrados que llevan parte o la totalidad de las aguas
lluvias, sanitarias o combinadas de una localidad hasta el sitio de vertimiento o a las
plantas de tratamiento de aguas residuales.” (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA POTABLE
Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2000)
EMISARIO: “Canal o tubería que recibe las aguas residuales de un sistema de
alcantarillado y las lleva a una planta de tratamiento o de una planta de tratamiento
y las lleva hasta el punto de disposición final.” (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA
POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2000)
FLOC: “Es un conglomerado de partículas sólidas que se genera a través de los
procesos de coagulación y floculación. El floc está constituido en primer lugar por
los sólidos que se separan del agua, así como también por los sólidos que aporta el
coagulante.” (GIL, 2016)
FLOCULACIÓN: “Es la aglomeración de partículas desestabilizadas en
microflóculos y después en los flóculos más grandes que pueden ser depositados
llamados floculo. La adición de otro reactivo llamado floculante o una ayuda del
floculante puede promover la formación del floculo.” (LENNTECH, 2016)
LICOR MIXTO: “Mezcla de lodo activado y aguas residuales en el tanque de
aireación que fluye a un tanque de sedimentación secundario en donde se
sedimentan los lodos activados.” (ROMERO, 2002)
LODOS ACTIVADOS: “Proceso de tratamiento bilógico de aguas residuales en
ambiente químico aerobio.” (ROMERO, 2002)
POBLACION SERVIDA: “Número de habitantes que son servidos por un sistema
de recolección y evacuación de aguas residuales”. (DIRECCIÓN GENERAL DE AGUA

TIEMPO DE RETENCON HIDRAULICO: “Tiempo medio que se demoran las
partículas de agua en un proceso de tratamiento. Usualmente se expresa como la
razón entre en caudal y el volumen útil.” (ROMERO, 2002)
ZANJON DE OXIDACION: “El zanjón de oxidación es un proceso de lodos
activados, de tipo aireación prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas,
para la aireación y mezcla. Como equipo de aireación y circulación del licor
mezclado usa aireadores mecánicos del tipo cepillos horizontales, de jaula o de
discos.” (ROMERO, 2002)

RESUMEN
La calidad del agua es un factor que limita la disponibilidad del recurso hídrico y
restringe su uso. El aumento en la demanda de agua tiene como consecuencia un
crecimiento en el volumen de los residuos líquidos, cuya descarga, sin una
apropiada recolección, evacuación y tratamiento, perjudica la calidad de las aguas
y contribuye con los problemas de disponibilidad del recurso hídrico. (MINISTERIO DE
AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2004)
El municipio de Vélez Santander tiene una gran necesidad de tratar las aguas
residuales ya que no existe ningún sistema que trate estas aguas, por
consecuencia, las quebradas donde son vertidas las aguas residuales del
alcantarillado del municipio, presenta un alto nivel de contaminación.
En el presente trabajo se plantea el diseño hidráulico de una planta de tratamiento
de agua residual por zanjón de oxidación, para la remoción del 80% de carga de
DBO y solidos suspendidos totales en el efluente final para el casco urbano del
municipio de Vélez Santander con el respectivo manual de operaciones y
mantenimiento de la PTAR; el diseño está compuesto por diferentes etapas como
el tratamiento preliminar y tratamiento secundario, el pre tratamiento comprende un
canal de captación, la estructura de cribado y un desarenador de flujo horizontal, el
tratamiento secundario está compuesto por el zanjón de oxidación que realiza el
proceso biológico , un sedimentador secundario y por último el tratamiento de lodos
por medio de lechos de secado de arenas.
PALABRAS CLAVES: Cribado, DBO, PTAR, recurso hídrico, sedimentador, zanjón
de oxidación.
ABSTRACT
Water quality is a factor limiting the availability of water resources and restricts its
use. The increase in water demand has resulted in a growth in the volume of liquid
waste, the discharge without proper collection, disposal and treatment, impairs the
quality of water and contributes to the problems of availability of water resources.
(MINISTRY OF ENVIRONMENT, HOUSING AND TERRITORIAL DEVELOPMENT, 2004)
The municipality of Velez Santander has a great need to treat wastewater because
there is no system that treats these waters, consequently, where the streams are
discharged wastewater sewer of the municipality, has a high level of contamination.
In this work the hydraulic design of a treatment plant wastewater is posed by zanjón
oxidation to remove 80% of BOD load and total suspended solids in the final effluent
for urban municipality of Velez Santander the respective manual operations and

maintenance of the wastewater treatment plant; design consists of different stages
as the preliminary treatment and secondary treatment, the pretreatment comprises
a channel acquisition, the structure of screening and degritter horizontal flow, the
secondary treatment is composed of the ditch oxidation performing the biological
process a settling tank and finally the sludge treatment by sand drying beds.
KEYWORDS: Screening, DBO, wastewater treatment plant, water resources,
clarifier, oxidation ditch.

21
INTRODUCCION
El agua es uno de los compuestos más abundantes de la naturaleza y cubre
aproximadamente las tres cuartas partes de la superficie de la tierra. Sin embargo,
en contra de lo que pudiera parecer, diversos factores limitan la disponibilidad de
agua para uso humano.
La eliminación de aguas residuales no tratadas produce impactos ambientales
negativos en los cursos de agua receptores, en función de la concentración de
contaminantes que dichas aguas contengan.
La disposición de los líquidos residuales (sin tratamiento) o pre tratados (rejas y
desarenador) en el suelo o cuerpos receptores naturales como ríos, lagunas,
constituye una alternativa comúnmente empleada en el pasado, e incluso aún hoy
día existen zonas que mantienen esta práctica.
Dependiendo de la carga orgánica vertida, los líquidos residuales provocan la total
degradación del medio receptor, o bien éste demuestra tener capacidad de recibir y
depurar los contaminantes presentes sin alcanzar niveles en sus parámetros de
calidad que comprometan el uso del mismo (cualquiera sea éste) o bien el
ecosistema que en él se desarrolla. Esto demuestra que la naturaleza tiene
condiciones de desarrollar un tratamiento de los líquidos residuales, siempre y
cuando no exista una sobrecarga y de que haya buenas condiciones ambientales
que permitan la evolución, reproducción y crecimiento de los organismos que
descomponen la materia orgánica. (The use of oxidation ditches for treatment of sewage from
small communities., 2001)
Una planta de tratamiento es un sistema que reproduce los mecanismos de
depuración que tienen lugar naturalmente en el suelo y las aguas. En las plantas de
tratamiento se optimizan los procesos físicos y bioquímicos, así como los costos
que ello implica, haciendo un uso intensivo del área y procurando conseguir la
mayor eficiencia posible, a la vez que se respetan las restricciones o exigencias de
la normativa con el objeto de proteger el cuerpo receptor (ecosistema) y no afectar
los usos que el hombre realiza del mismo. (The use of oxidation ditches for treatment of
sewage from small communities., 2001)
“El tratamiento de aguas en Colombia se ha convertido en uno de los problemas
ambientales más críticos y crecientes. La descarga de aguas residuales domésticas
y los vertimientos agropecuarios están contaminando los ríos, las aguas
subterráneas, los humedales y las represas de agua, causando un grave daño al
medio ambiente y a la salud humana”. (ENDESA, 2015)
Es de gran importancia para la salud, el bienestar de la población, el desarrollo del
país, y para la mitigación de los impactos ambientales negativos tratar las aguas,

22
debido a que son utilizadas indiscriminadamente como en el riego de cultivos, donde
los agricultores causantes de contaminación, pueden ocasionar enfermedades
gastrointestinales, por la utilización de agua residual sin tratar o con un tratamiento
muy deficiente.
El presente proyecto tiene como propósito realizar el diseño hidráulico de la planta
de tratamiento de aguas residuales para el casco urbano del municipio de Vélez
Santander, teniendo en cuenta la necesidad del municipio ya que la entrega de
aguas residuales se hace directamente a las zanjas naturales o a las quebradas,
sin ningún tipo de tratamiento, buscando la opción más óptima y viable para el
municipio.

23
1 GENERALIDADES
1.1 PERFIL DEL PROYECTO
1.1.1 Ubicación geográfica. El Municipio de Vélez está situado al sur
del departamento de Santander, distante unos 231 km de la capital, Bucaramanga,
y aproximadamente a 200 km de la ciudad de Bogotá. (ALCALDÍA DE VÉLEZ -
SANTANDER, 2016)
Limites:
 Sur: Chipata.
 Norte: Barbosa.
 Oriente: Guepsa.
 Occidente: Landázuri.
Su extensión total es de 27 134 Km2; extensión área urbana de 11 097Km2,
extensión área rural 16 037 Km2. La altitud en la cabecera municipal es de 2.050
msnm (casco urbano). (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016)
Figura 1. Ubicación geográfica de Vélez.
Fuente. (FONTECHA, 2014)

24
1.1.3 Clima. Su temperatura media es de 17°C. Vélez está ubicada en la bio-región
sub-andina de Santander con una variedad de microclimas y un escenario
paisajístico envidiable propicio para el desarrollo de diferentes actividades agrícolas
y ganaderas, cuenta con un ecosistema estratégico indispensable para el desarrollo
económico del municipio de Vélez que se ha venido afectando por la deforestación
en especial en las fuentes hídricas que abastecen de agua al municipio en el sector
urbano y rural. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016)
1.1.4 Fuentes hidrográficas. Presenta límites físicos naturales representados al
Norte y oriente con el río Opón que lo delimita con los municipios de Simacota y
Santa Helena del Opón, al oriente con el río Quiratá, que lo separa del municipio de
la Paz; con el municipio de Chipatá lo delimita la Loma Alta, La Cuchilla, el boquete
de Jaime; al oriente y sur oriente la Quebrada Ropero lo limita de Güepsa y Barbosa;
al sur – occidente la Quebradas Sacana, la Quebrada Canoas y Ceniza lo separa
de Guavatá; al occidente con el municipio de Bolívar lo delimita las Quebradas
Honda, Bohórquez, el Río Aguamiel y la Quebrada Amarillo, mientras con el
Municipio de Landázuri el Río Blanco en algunas secciones de su curso y la
Quebrada Larga. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016)
Las principales fuentes hídricas en las cuales se depositan las Aguas residuales
conducidas a través de las 3 redes sanitarias urbanas descargan a:
La Quebrada El Hospital o de las Flores, con un punto de vertimiento la red número
uno (1). La Quebrada el Palenque llega parte de las aguas de la red tres (3). La
Quebrada Puente Tabla recibe en tres puntos las aguas servidas de la Red tres. Al
Zanjón Puente de los Ríos llegan las aguas de la red dos (2) o zona central y parte
de la red uno, Las Quebradas El Hospital, Palenque, Puente Tabla y Zanjón Puente
de los Ríos, son tributarias de la Quebrada el Ropero. (ALCALDÍA DE VÉLEZ -
SANTANDER, 2016)
1.1.5. Población. La población del municipio de Vélez fue tomada de los resultados
del último boletín del DANE censo general 2005, considerando que el presente
trabajo se realizara en la zona de cabecera municipal, los datos más recientes por
viviendas y personas se encuentran en la tabla1.
Tabla 1. Población de Vélez Santander
Área
Viviendas
censo
Hogares
general
Personas
2005
Proyección
población 2010
Cabecera 2.051 2.581 9.592 10.019
Resto 2.871 2.572 9.673 9.374
Total 5.372 5.153 19.262 19.393
Fuente.(DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO NACIONAL DE ESTADÍSTICA, 2016)

25
1.2 ANTECEDENTES
Desde tiempos atrás algunas culturas tanto orientales como occidentales,
empleaban el agua de fuentes aledañas al lugar de su asentamiento, quienes
después de su utilización la reingresaban de diversas formas a la misma fuente,
dejando a la naturaleza a cargo de la depuración del líquido. Mientras la población
no fuera excesiva, el agua se diluía sin mayor problema y los pobladores de aguas
abajo podían usarla con mínimo riesgo. La gravedad se fue presentando a través
del tiempo debido a que fue aumentando la población que devolvían aguas
altamente contaminadas y la naturaleza no tiene capacidad para depurarlas.
El tratamiento de las aguas residuales nace en la necesidad de eliminar toda aquella
sustancia o componente que pueda producir daños al medio ambiente y riesgos
para la salud humana. “Su utilización comienza a finales del año 1800 y principios
del actual siglo y coincide con la época de la higiene”. (CISNEROS JIMÉNEZ, 2008)
A fin de evitar estos problemas se idearon y llevaron a la práctica nuevos métodos
de tratamiento intensivo. De este modo, “se estudió la precipitación química,
digestión de fangos, filtración intermitente en arena, filtración en lechos de contacto
y finalmente en 1916 se creó la primera planta tratamiento municipal de agua
residual en Estados Unidos”. (CISNEROS JIMÉNEZ, 2008)
La construcción de sistemas de tratamientos de aguas en Colombia es una práctica
relativamente reciente. Colombia trata el 10% de las aguas residuales a pesar de
contar con una capacidad instalada que alcanzaría el 20% (EL ESPECTADOR,
2016). Según un estudio de UNICEF, menos de la cuarta parte de los municipios de
21 departamentos analizados cuentan con una planta de tratamiento de aguas
residuales. (ENDESA, 2015)
En la actualidad la zona de estudio específico del tratamiento de agua residual
corresponde al casco urbano perteneciente al Municipio de Vélez, el cual cuenta
con un sistema de alcantarillado de aguas residuales combinado, que fue construido
en 1965 aproximadamente, donde el manejo de aguas residuales en las zonas
rurales se realizaba mediante pozos sépticos artesanales y “hoy el servicio público
de alcantarillado cuenta con nivel moderado, debido a que mantiene una cobertura
total de las domiciliarias de la población objetivo, sin contar con la expansión
urbanística del casco urbano”. (ALCALDÍA DE VÉLEZ - SANTANDER, 2016)
Diariamente las actividades socioeconómicas descargan a los cuerpos de agua,
sustancias de características diversas como residuos sólidos, material orgánico,
compuestos químicos, metales y material vegetal, entre otros. Cuyas principales
fuentes de degradación son las actividades domésticas, industriales y
agropecuarias, las cuales han originado a través de los años una afectación de los
sistemas hidrobiológicos y una alteración de la calidad del agua.

26
1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
El municipio de Vélez no cuenta con una planta de tratamiento de agua residual en
el casco urbano, por lo tanto los vertimientos o entregas de agua residual se hacen
directamente a las quebradas provenientes del sistema de alcantarillado
combinado, los cuales se hacen sin ningún tipo de tratamiento, ni control al cuerpo
natural, ocasionando impactos negativos sobre el medio ambiente, problemas de
salud y malos olores en la población, las viviendas y las fincas ubicadas en el área
de vertimiento.
“El aumento de caudal, las altas pendientes de este cauce y la elevada
susceptibilidad por su conformación litológica y tipología de suelos, están
generando procesos de inestabilidad del terreno en el punto de entrega”, además
aguas abajo de la entrega estas aguas son utilizadas para riego, por consiguiente
es necesario construir un tratamiento para el agua residual, sobre las descargas
directas o aguas arriba del sitio de vertimiento, con el fin de poder hacer una
reutilización de aguas servidas aptas para la agricultura. (CASTAÑEDA, 2012)
La falta tratamiento contribuye a la proliferación de moscas y zancudos causantes
de enfermedades transmisibles como el dengue, paludismo y enfermedades
gastrointestinales que afectan a la comunidad veleña, lo que conlleva a dar solución
a la siguiente pregunta ¿Cómo implementar un tratamiento que garantice una
remoción de contaminación por la descarga de esta agua residual a las fuentes
hídricas del casco urbano del municipio de Vélez?
1.4 OBJETIVOS
General
Proponer el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para mejorar
la calidad de las fuentes hídricas del municipio de Vélez.
Específicos
 Recopilar información sobre las características fisicoquímicas de las aguas
residuales del municipio de Vélez Santander.
 Generar los diseños básicos de una planta de tratamiento de agua residual por
zanjón de oxidación para la remoción del 80% de carga de DBO y solidos
suspendidos totales en el efluente final.
 Presentar el manual de operación de la planta de tratamiento de agua residual.

27
1.5 JUSTIFICACIÓN.
Las aguas residuales y su tratamiento son un tema de gran importancia, ya que el
agua no es abundante en todas las partes del planeta y hoy en día debido al cambio
desmedido de la temperatura ha provocado sequías y racionamiento de agua que
han afectado a toda población en los últimos anos. Por eso se requiere cuidar el
agua e insistir en aplicar un correcto tratamiento de aguas para así contribuir con el
cuidado de la misma.
Basado en la ley 09 de 1979 (código sanitario nacional) que compete al
saneamiento y específicamente al tratamiento de aguas residuales, donde se
estipula que el agua recolectada de los pueblos y ciudades, debe devolverse al
medio ambiente en condiciones tales que no la deteriore. (ALCALDIA MAYOR DE
BOGOTA, 2016)
Las subcuencas las flores y el palenque, que son las fuentes hídricas donde se
vierten las aguas residuales del casco urbano presentado un caudal: 9,68 l/s y DBO:
0,5 Ton/día, han venido disminuyendo su caudal y biodiversidad del municipio, por
lo cual ha hecho que la corporación autónoma de Santander (CAS) tome medidas
y requiera que el municipio ponga en marcha una planta de tratamiento de agua
residual. (CASTAÑEDA, 2012)
Vélez es considerado como uno de los municipios con escases de agua por este
motivo es de vital importancia desarrollar una Gestión Integral de los riesgos
asociados a la oferta y disponibilidad del agua.
Por lo anterior, es necesario que, en un municipio en desarrollo como Vélez, existan
todos los servicios básicos indispensables, por múltiples razones, una de las
predominantes es proteger el medio ambiente, mediante el manejo y tratamiento
adecuado de las aguas residuales del municipio.
Al implementar este tratamiento, se obtendrá reducción del nivel de contaminación
del cuerpo receptor, aumento de los niveles de oxígeno disuelto, de flora ,y fauna
característica, disminución al municipio o municipios vecinos de los recursos
invertidos para potabilización del agua de poblaciones ubicadas aguas abajo de los
sitios de vertimiento, reducirá la vulnerabilidad a las enfermedades infecciosas,
mejorara la calidad de vida de los habitantes al igual que la imagen urbana y esto
ayudara al desarrollo integral de la ciudad.
Por ende, se decide a realizar una propuesta de diseño hidráulico de tratamiento de
las aguas residuales en esta zona que beneficiara a futuras generaciones.

28
1.6 DELIMITACION
1.6.1 Alcance. Realización de la propuesta del diseño hidráulico de la planta de
tratamiento de aguas residuales para el casco urbano del municipio de Vélez
Santander en un tiempo estimado de seis meses, la propuesta incluirá la
recopilación de información del análisis de la DBO generada en la cabecera
municipal de Vélez Santander, y el diseño hidráulico de la planta de tratamiento de
aguas residuales por zanjón de oxidación con el manual de operación de la planta.
1.6.2. Tiempo. El trabajo de grado se realizó en un tiempo aproximadamente de 6
meses, fecha de iniciación 1/06/2016, fecha de finalización 22/10/2016.
1.6.3 Espacio. El trabajo de investigación se limita para el casco urbano en el
municipio de Vélez Santander ya que para esta región fue realizado el diseño
hidráulico de la planta de tratamiento de agua residual.
1.6.4 Limitaciones. Se presentaron dificultades en el desplazamiento hacia Vélez
Santander ya que por motivos de tiempo no se pudo viajar con más frecuencia, otra
limitación fue el hecho de no tener facilidad de acceso a los datos actualizados por
parte de la alcaldía municipal de Vélez, esto causo un mayor tiempo para recopilar
la información requerida para el proyecto.
1.7 MARCO TEORICO
En Colombia a partir del desarrollo industrial y el rápido crecimiento de la población
se vio afectado los cauces naturales y el deterioro de los ecosistemas presentes en
ellos, lamentablemente las industrias no encaminaban su interés en estos
problemas ambientales. Por esta razón el Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo
implemento nuevas normas de vertimientos como la reglamentada en el artículo 28
del decreto 3930 de 2010, actualizada el decreto 1594 de 1984, especialmente para
las personas que realizan actividades industriales, comerciales o de servicios.
Debido a esta situación los municipios comenzaron a desarrollar proyectos de
saneamiento ambiental que se centraron en la construcción de plantas de
tratamiento de agua residuales para mejorar las condiciones de los causes
receptores.
En Colombia en 989 localidades, en áreas con menos de 30.000 habitantes, el 78%
no tiene tratamiento alguno de aguas residuales. En el 2002 en Cundinamarca
existían 38 PTAR, Según el CONPES 3177 del 2002 (DEPARTAMENTO NACIONAL DE
PLANEACION, 2002), existían 237 plantas de tratamiento de aguas residuales
domésticas en 235 municipios, con deficiencias como poca capacidad, procesos
incompletos o nula operación.

29
Principalmente en Cundinamarca se construyeron plantas de tratamiento de aguas
residuales por medio de zanjones de oxidación, ver tabla 2.
Tabla 2. PTAR por zanjón de oxidación
Municipio
Nombre de la
Planta
Caudal (l/s)
Tratamiento
Biológico
Empleado.
Cundinamarca Cota 5 Tanque de aireación
(Zanjón)
Cundinamarca Facatativá 180 Tanque de aireación
(Zanjones)
Cundinamarca Funza 80 Tanque de aireación
(Zanjones)
Cundinamarca Guatavita 8 Tanque de aireación
(Zanjón)
Fuente. (DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACION, 2002)
1.7.1 Impactos negativos en la salubridad ciudadana. Los impactos más
relevantes en el sector de agua potable y saneamiento en el país afectan
principalmente a la salud pública, la poca accesibilidad de servicios de agua potable
y la falta de higiene y educación ya sea por bajos recursos económicos, manifiestan
un nivel de alto riesgo para la salud de los habitantes. Las enfermedades que más
se presentan en estos casos son:
Enfermedades diarreicas, hepatitis A, tifoidea, cólera, y shigellosis, entre otras.
Enfermedades como las diarreicas tienen un costo económico significativo.
En Colombia, de 1991 a 1997 se registraron entre 4’400.000 y 3’500.000 casos de
enfermedades diarreicas respectivamente. El costo de tratamiento de cada
enfermedad se estimó en US $30,00 y el costo de la pérdida de días de trabajo en
US $60,00. Por tanto, el costo anual asociado con la morbilidad de índole diarreica
anual se estima oscila entre US$315 y 400 millones de dólares de EUA. A una tasa
de descuento del 10 % anual, el valor presente neto del costo asociado se estima
en más de US $ 3000 millones. (MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO
TERRITORIAL, 2004)
1.7.2. Estado de infraestructuras de servicios de agua potable y saneamiento
básico del municipio de Vélez. El municipio de Vélez a través de la empresa
municipal de servicios públicos “EMPREVEL E.S.P”, realiza todo lo concerniente
con el sistema de acueducto y con el sistema de alcantarillado, está conformada por
la escritura #0013 del 9 de enero de 1998, es de tipo estatal y el órgano de sujeción
es la superintendencia de servicios públicos, controlándolos mediante la solicitud de
informes en el plan de gestión y resultados.

30
 Acueducto. El sistema de acueducto urbano fue construido en 1950, esta
abastecido de agua mediante la quebrada Batan, localizada en el municipio de
Chipata, quebrada La Peña por gravedad y de pozo verde en el municipio de bolívar
por bombeo, posee 3 desarenadores tipo convencional, 3 líneas de conducción por
gravedad y 1 por sistema de bombeo en tuberías de diámetro 4” a 8”, 3 tanques de
almacenamiento, 1 planta de tratamiento de tipo convencional con una capacidad
nominal de 50 lps, además se suministra mediante una red de distribución en tubería
de PVC de diámetro 2” a 4”, la cual tiene una cobertura del 100% dentro del área
urbana, este acueducto promedia un caudal consumido de 46.10lps y está en
regular funcionamiento por el regular estado de las redes. (ALCALDIA VELEZ -
SANTANDER, 2016)
 Alcantarillado. El sistema de alcantarillado sanitario es combinado y de tipo malla
cerrada, la red de colectores está instalada en tubería de gres de diámetro 8”, 10” y
12” y se identifican tres redes sanitarias para la prestación del servicio, en sentido
occidente a oriente, las cuales circundan el área urbana con una cobertura del 95%
además posee 4 vertimientos, en los cuales el agua residual generada es
descargada directamente sin ningún tratamiento, ni control, ocasionando impactos
negativos sobre las quebradas y el medio ambiente. (ALCALDIA VELEZ -SANTANDER,
2016)
1.8 ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LA PTAR
1.81. Tratamiento preliminar. Los tratamientos preliminares habitualmente son
físicos e implican la reducción de sólidos en suspensión y el acondicionamiento de
las aguas residuales para los posteriores procesos de tratabilidad Los tratamientos
preliminares fundamentales en un sistema de tratamiento de aguas residuales, son:
1.8.2 Cribado. El cribado es la operación utilizada para separar el material grueso
del agua, mediante el paso de ella por una criba o rejilla. El sistema de rejilla es el
sistema más utilizado para remover el material contaminante grueso como basuras,
de acuerdo con el método de limpieza, las rejillas son de limpieza manual o
mecánica. (ROMERO, 2002)

31
Figura 2. Rejilla
Fuente. (UNAD, 2016)
1.8.3 Desarenador. Esta estructura tiene como objetivo eliminar mediante la
sedimentación las arenas, gravas, barro, las partículas más o menos finas de origen
inorgánico de manera que la arena retenida no arrastre materias contaminadas,
presentes en el agua captada, con el fin de evitar que se produzcan
sedimentaciones en los canales y conductos, para proteger las partes móviles de
los equipos contra la abrasión y evitar sobrecarga de sólidos en las unidades de
tratamiento bilógico.

32
Figura 3. Desarenador
Fuente. (ACUEDCUTO, AGUA Y ALCANTARILLADODE BOGOTA, 2016)
1.8.4 Tratamiento secundario. Método de tratamiento mediante los cuales
consiguen la remoción de contaminantes por actividad biológica, El tratamiento
secundario se aplica cuando se desea eliminar las sustancias orgánicas
biodegradables disueltas o en suspensión. El tratamiento secundario también es
efectivo en la remoción de nitrógeno.
1.8.5 Zanjón de oxidación. El zanjón de oxidación lo desarrollo Pasveer en 1953,
en Holanda, y dos años después se puso en operación el primer prototipo en
voorschoten. En 1956, en nittenan, se construyó el primer zanjón alemán. (ROMERO,
2002)
El objetivo principal de su desarrollo fue proveer un método de tratamiento de aguas
residuales de costo mínimo, e inicialmente los rotores se instalaron en zanjones
excavados en tierra, los primeros zanjones de oxidación, de los estados unidos se

33
construyeron a comienzos de década de los setenta, principalmente para el
tratamiento de caudales ente 1 l/s y 1,8 m3/s. (ROMERO, 2002)
El zanjón de oxidación puede ser una alternativa económica en poblaciones
medianas, de 1000 a 60000 habitantes, que dispongan de suministro eléctrico
confiable y donde la disponibilidad de terreno es escasa y su costo alto. (ROMERO,
2002)
Zanjón de oxidación es un proceso de lodos activados del tipo de aireación
prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas, para la aireación y mezcla.
Usa aireadores mecánicos del tipo de cepillos horizontales, de jaula o de discos.
(ROMERO, 2002)
“El corazón de la tecnología de zanja de oxidación es el sistema de aireación y la
recirculación del licor mixto. Con este sistema, es posible conseguir la eliminación
orgánica, eliminación de amoníaco (nitrificación), y la eliminación de nitrato
(desnitrificación) en un solo sistema de lodos.” (Investigation of oxidation ditch: performance
in tretament of domestic wastewater, 2006)
Los tratamientos primarios tales como rejillas y desarenadores normalmente
preceden a las zanjas de oxidación. Algunas veces se incluye sedimentación
primaria antes de las zanjas, pero este no es el diseño típico. Se pueden necesitar
filtros terciarios después de la sedimentación dependiendo de los requisitos de
descarga del efluente. La desinfección es requerida y puede necesitarse re
aireación antes de la descarga final. El agua que fluye por las zanjas de oxidación
es aireada y mezclada con lodo recirculado del sedimentador secundario. (Folleto
informativo de tecnología de aguas residuales: zanjas de oxidación, 1999)
Aireadores de superficie tales como los de rotores de cepillo, de disco, de chorro o
de difusor de burbuja fina son usados para recircular el licor mezclado para acelerar
el crecimiento microbiano; al mismo tiempo la velocidad resultante asegura el
contacto de los microorganismos con el afluente de agua residual. La aireación
aumenta drásticamente el nivel de oxígeno disuelto (O.D.), pero este disminuye
debido a que la biomasa consume oxígeno a medida que el licor mezclado se
desplaza por la zanja. Los sólidos se mantienen en suspensión a medida que el licor
mezclado circula alrededor de la zanja. (Folleto informativo de tecnología de aguas
residuales: zanjas de oxidación, 1999). “Cuando los rotores actúan de manera
intermitente, la capacidad de aireación por hora debe ser aumentado.” (The use of
oxidation ditches for treatment of sewage from small communities., 2001)

34
 Planta típica de un zanjón de oxidación
 No incluye sedimentación primaria.
 Utiliza un solo canal concéntrico.
 Sedimentador secundario.
 Lechos de secados de lodos.
 Los canales de aireación tienen profundidades entre 1.2 y 1.8 m o 3 a 3.6 m con
paredes laterales de 45º.
 Los aireadores pueden instalarse fijos o flotantes. Sobre uno o más sitios a lo
largo del canal para suministrar suficiente velocidad dentro del zanjón.
 Velocidad mayor a 0.30 m/s (para mantener el oxígeno disuelto requerido)
 Los cepillos operan a velocidades de 60 a 110 RPM con sumergencia de 5 a 30
cm.
 Por seguridad se instalan dos aireadores.
 Para el sedimentador secundario se utilizan cargas superficiales de diseño de 15
a 20 m/d para caudales promedios y de 40 a 80 m /d para caudales pico.
 Profundidad de 3 a 4.2m (sedimentador)
 El zanjón de oxidación adecuadamente diseñado provee remociones promedio
de DBO mayores de 85% con aguas residuales municipales.
 Ventajas del zanjón de oxidación
 Nivel mayor de confiabilidad y desempeño debido a que el nivel constante de
agua y la descarga continua reduce la tasa de rebose del vertedero y eliminan la
sobrecarga periódica del efluente.
 El tiempo extendido de retención hidráulica y la mezcla completa minimizan el
impacto de cargas contaminantes extremadamente altas o de sobre cargas
hidráulicas.
 Produce menos lodos que otros sistemas biológicos debido a la extensa actividad
biológica durante el proceso de lodos activados.

35
 Reducción de consumo de electricidad.
1.8.6 Aireación prolongada. La aireación prolongada se enmarca dentro los
procesos de fangos activos. En él, el agua residual, tras una etapa de pretratamiento
(desbaste, desarenado y desengrasado) se introduce en una cuba de aireación o
reactor biológico en el que se mantiene un cultivo bacteriano en suspensión -
denominado licor mezcla- y formado por un gran número de microorganismos
agrupados en flóculos o grumos.
En caso que la biomasa permanezca en el sistema por un periodo más largo, del
orden de 18 a 30 días (de allí el nombre de aireación prolongada) recibiendo la
misma carga de DBO del agua residual cruda que el sistema convencional, habrá
menor disponibilidad de alimento de bacterias. La cantidad masa-de biomasa
(kgSSVTA) es mayor que en el sistema de lodos activados convencional, el volumen
del reactor aerobio es también más elevado, y el tiempo de retención del líquido
oscila entre 16 y 24 horas, por lo tanto, hay menos materia orgánica por unidad de
volumen del tanque de aireación y también por unidad de biomasa de reactor. Como
consecuencia, las bacterias, para sobrevivir, pasan a utilizar de forma más intensa
en sus procesos metabólicos la propia materia orgánica biodegradable componente
de sus células. Esta materia orgánica celular es convertida en gas carbónico y agua
a través de la respiración. Esto corresponde a una estabilización de la biomasa que
ocurre en el propio tanque de aireación. (SPERLING, 2014)
Ya que no hay necesidad de estabilizar el lodo biológico de exceso, también se trata
de evitar en el sistema de aireación prolongada la generación de alguna otra forma
de lodo, que pueda requerir posterior estabilización. De este modo, los sistemas de
aireación prolongada usualmente no poseen sedimentadores primarios, para evitar
la necesidad de estabilizar el lodo primario. Con ello, obtienen una gran
simplificación en el flujograma del proceso: no hay sedimentadores primarios ni
unidades de digestión de lodo. (SPERLING, 2014)
El proceso de lodos activados de aireación prolongada opera con mezcla completa
y requiere los organismos en la fase endógena de crecimiento; por ello se necesita
una relación A/M baja, concentración SSVLM, Y tiempo de aireación largo.
(ROMERO, 2002)
Una relación ampliamente utilizada por los diseñadores y operadores de plantas de
tratamiento es la llamada carga de lodo, o relación A/M (alimento/microorganismo),
o también F/M (food-to-microorganism ratio). Dicha relación se basa en el concepto
de que la cantidad de alimento o sustrato disponible por unidad de masa de los
microorganismos está relacionada con la eficiencia del sistema. Así, se puede
entender que, cuanto mayor sea la carga de DBO proporcionada a un valor unitario
de biomasa (elevada relación A/M), menor será la eficiencia en la asimilación de
este sustrato, pero, por otro lado, menor será también el volumen requerido para el
reactor. Inversamente, cuanto menos DBO sea proporcionada a las bacterias (baja

36
relación A/M), mayor será la avidez por el alimento, implicando una mayor eficiencia
en la remoción de la DBO, junto con el requisito de un mayor volumen para el
reactor. En la situación que la cantidad de alimento proporcionada es muy baja,
entra a prevalecer el mecanismo de la respiración endógena, característico de los
sistemas de aireación prolongada. (SPERLING, 2014)
Figura 4. Zanjón de oxidación
Fuente. (EMPRESA DE SERVICIOS PÚBLICOS DE EL ROSAL., 2016)
1.8.7 Sedimentador secundario. Lo sedimentadores son diseñados para remover
la materia orgánica soluble y coloidal que permanece después del tratamiento
primario. (ROMERO, 2002)
Se encuentran varios tipos de sedimentación como:
 Sedimentación primaria: para remover solidos sedimentables y material flotante
de aguas residuales crudas, reduciendo el contenido de solidos suspendidos.
 Sedimentación intermedia: para remover sólidos y crecimientos biológicos
preformados en reactores biológicos intermedios como los filtros percoladores de
primera etapa.

37
 Sedimentadores secundarios: para remover la biomasa y solidos suspendidos
de reactores bilógicos secundarios, como los procesos de lodos activados y los
filtros percoladores.
 Sedimentadores terciarios: para remover solidos suspendidos y floculados, o
precipitados químicamente en plantas de tratamiento de aguas residuales.
Criterios generales para el diseño de tanques de sedimentación
 Proveer adecuada y rápida recolección del lodo sedimentado, así como de la
espuma.
 Minimizar las corrientes de salida, limitando las cargas de rebose sobre el
vertedero. El efluente debe salir sin alterar el contenido del tanque.
 Proveer profundidad suficiente para almacenar lodo y permitir su espaciamiento
adecuado.
 Borde libre mayor de 30 cm.
 Reducir efectos del viento mediante pantallas y vertederos.
Tipos de tanques de sedimentación:
 Tanques de flujo horizontal: son rectangulares en planta, con el fondo inclinado
hacia una tolva de extracción de lodos en el extremo de entrada.
 Tanques de flujo radial: son circulares en planta, con el fondo inclinado hacia un
pozo central; el afluente ingresa por el centro, en un nivel inferior al del vertedero
perimetral de salida, existiendo un flujo tanto radial como ascensional, de velocidad
decreciente entre la entrada y la salida.
 Tanques de flujo ascensional: pueden ser cuadrados o circulares en planta,
constituidos como una pirámide o invertido, con el fondo fuertemente hacia un pozo
central; el afluente entra por el centro y fluye hacia abajo, para luego moverse radial
y ascensionalmente hacia el vertedero de salida. (ROMERO, 2002)
El tanque de sedimentación para la PTAR de Vélez Santander es de flujo radial.
Los tanques de sedimentación también se clasifican según el método de recolección
y extracción de lodos.
 Tanques de flujo horizontal con recolección manual y remoción mediante vaciado
del tanque.

38
 Tanques de flujo horizontal con recolección mecánica y remoción mediante
vaciado del tanque.
 Tanques de flujo ascensional con recolección mediante asentamiento en una
tolva profunda y extracción mediante presión provista por una cabeza diferencial.
 Tanques de flujo horizontal y de flujo radial con recolección mecánica y extracción
mediante presión provista por una cabeza diferencial.
1.8.10 Tanque secundario de sedimentación. El tanque secundario es importante
debido a la carga grande de sólidos y a la naturaleza esponjosa del floculo biológico
de los lodos activados.
Los tanques de sedimentación secundaria son generalmente circulares, pero se han
construido en formas rectangulares, cuadradas, hexagonales y octogonales. El
mecanismo de remoción más utilizado es el de tipo cadena y paletas metálicas
preferiblemente de plástico, el cual permite una remoción continúa de sólidos.
(ROMERO, 2002)
Para tanques circulares con tolvas, se recomienda una pendiente de fondo de 1/12,
si se realiza el mecanismo de remoción de sólidos en suelo plano se propone
minimizar la carga superficial en aproximadamente 7 m/d. (ROMERO, 2002)
La profundidad óptima de un tanque de sedimentación secundaria depende de
diversas variables; una de ellas es aumentar la profundidad para mejorar la
eficiencia, pero un tanque poco profundo también puede operar con igual de
eficiencia que un taque profundo si se mantiene un manto de lodo poco profundo.
Igualmente se debe tener en cuenta que un manto de lodos grueso mejora la
concentración de solidos de lodo y disminuye los requerimientos de recirculación y
tratamiento posterior de ellos. (ROMERO, 2002)
La estructura de entrada del sedimentador secundario debe diseñarse para
velocidades de flujo menores de 0.6 m/s, con el fin de minimizar la rotura del floc
biológico. La carga de rebose sobre el vertedero de salida es generalmente menor
de 2.2 l/sm, sin embargo, muchos autores reconocen que dicha carga puede ser
bastante mayor. (ROMERO, 2002)

39
Figura 5.Partes de un tanque de sedimentación
Fuente. (BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL, 2016)
Figura 6. Tanque de sedimentación
Fuente. (CONSULTORIBUS S.A DE C.V, 2016)
1.8.11 Tratamiento de lodos. En los tanques de sedimentación se producen
grandes volúmenes de lodos con alto contenido de agua; su deshidratación y
disposición final pueden representar un alto porcentaje del costo del tratamiento de
agua.

40
1.8.12 Tipos de lodos. Los lodos que se producen en los procesos de tratamiento
de aguas son principalmente los siguientes:
 Lodo primario proveniente de la sedimentación de aguas residuales.
 Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residuales.
 Lodos digeridos provenientes de los dos anteriores, separados o mezclados.
 Lodos provenientes de la coagulación y sedimentación de aguas.
 Lodos provenientes de plantas de ablandamiento.
 Lodos provenientes de desarenadores y rejillas.
En la tabla 3 se resumen las principales fuentes de sólidos y de lodos en una planta
convencional de tratamiento de aguas residuales.
Tabla 3. Principales fuentes de solidos
Fuente. (ROMERO, 2002)
Los lodos generados en el tren de tratamiento de aguas diseñado para el municipio
de Vélez, están constituidos por:
 Solidos gruesos, retenidos por la criba son removidos manual o mecánicamente.
 Arena y espuma, a menudo se omite la remoción de espuma en desarenadores.

41
 Sedimentación secundaria, lodo y espuma secundarios, la remoción de espuma
requisito exigido por la USEPA.
1.8.13 Características de los lodos. Todos los lodos crudos tienen un contenido
bajo de solidos (1-6%); por ello, la disposición de su pequeño contenido de solidos
requiere el manejo de un gran volumen de lodo. El problema principal en el
tratamiento de lodos radica, por tanto, en concentrar los sólidos mediante la máxima
remoción posible de agua y en reducir su contenido orgánico.
Los lodos derivados de aguas residuales están compuestos en especial por la
materia orgánica removida del agua residual, la cual fortuitamente se descompone
y causa los mismos efectos indeseables del agua residual cruda. Las características
de los lodos varían mucho dependiendo de su origen, de su edad, del tipo de
proceso del cual provienen y de la fuente original de los mismos. El volumen de lodo
que se produce en un tanque de sedimentación debe conocerse o estimarse para
cuantificar de diferentes componentes del sistema de tratamiento y disposición de
lodos. Dicho volumen depende principalmente de las características del agua
residual, del grado de tratamiento previo, del tiempo de sedimentación, de la
densidad de sólidos, del contenido de humedad, del tipo de equipo o método de
remoción de lodos y de la frecuencia de remoción de los mismos. (ROMERO, 2002)
La cantidad de lodo producido es muy variable, dependiendo del proceso de
tratamiento usado y de la concentración de aguas residuales; en las siguientes
tablas se resumen los valores típicos de las cantidades y características de los lodos
producidos por diferentes procesos de tratamiento para aguas residuales y se
describen los tipos de lodos que se obtendrán del sistema de tratamiento diseñado,
respectivamente. (ROMERO, 2002)
Tabla 4. Características de los lodos

42
En la tabla 5 se encuentra la descripción de los lodos producidos por los procesos
de tratamiento diseñados para la planta de tratamiento de agua residual de
municipio de Vélez Santander.
Tabla 5. Descripción de los lodos producidos por los procesos de tratamiento
solidos o lodo Descripción
Solidos gruesos del cribado Incluye material orgánico e inorgánico
grueso retenido sobre la rejilla.
Arena y material del desarenador
Incluye arena y solidos pesados de
sedimentación rápida, pueden contener
materia orgánica, especialmente grasas.
Espuma y grasa
Incluye el material flotable desnatado, de la
superficie de los tanques de
sedimentación; pueden contener grasas y
aceites, residuos de origen vegetal y
mineral, en general materiales de densidad
relativa menor de 1,0.
Lodo activado
De color carmelita y floculento. Si es oscuro
puede ser séptico. Si el color es claro
puede estar sub aireado y sedimentar
lentamente. En buenas condiciones no
tiene olor ofensivo y huele a tierra. Se
vuelve séptico muy rápido. Digerible solo o
combinado con lodo primario.
El volumen de lodo depende principalmente de su contenido de agua y muy poco
del carácter del material sólido.

43
Tabla 6. Concentraciones típicas de sólidos y DBO en procesos de tratamiento de
lodos.
1.8.14 Métodos de tratamiento de lodos. El tratamiento y disposición eficiente de
los lodos de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere conocer las
características de los sólidos y del lodo por procesar, así como la aptitud de los
diferentes sistemas de procesamiento y la facilidad de acceso a las diferentes
opciones de disposición final, ver figura 7.

44
Figura 7. Procesos principales de tratamiento y disposición de lodos.
El método seleccionado como tratamiento de lodos en la PTAR del municipio de
Vélez son los lechos de secado que consiste en reducir el contenido del agua del
lodo a menos de 85%.
1.8.15 Secado de lodos. Mediante el secado de los lodos se consigue reducir el
peso de los lodos, el secado se crea mediante la evaporación del agua que existe
en los lodos. En la selección del método de secado de un lodo hay que tener en

45
cuenta la naturaleza del lodo, los procesos subsecuentes de tratamiento y el método
de disposición final.
1.8.16 Objetivos del secado de lodos:
 Reducir los costos de transporte del lodo a sitio de disposición.
 Facilitar el manejo del lodo. Un lodo seco se puede manejar por medio de
cargadores, garlanchas, carretillas, etc.
 Aumentar el valor calórico del lodo para facilitar su incineración.
 Minimizar la producción de lixiviados al disponer del lodo en un relleno sanitario.
 Reducir la humedad para disminuir el volumen de lodo y facilitar su manejo y hacer
más económico su tratamiento posterior y su disposición final.
La magnitud del secado está en función de la forma del agua por esta razón la
facilidad con la que un lodo seca varia ampliamente. Se considera que el agua en
los lodos existe en cuatro formas diferentes: agua libre, agua intersticial, agua
vecinal y agua de hidratación. (ROMERO, 2002)
El agua libre es el agua no asociada al lodo. El agua intersticial se encuentra entre
las cavidades e intersticios de los flocs y de los organismos; puede convertirse en
agua libre si el floc se destruye. El agua vecinal es la formada por capas de
moléculas fuertemente adheridas a la superficie de las partículas por enlaces de
hidrogeno, no tiene libertad de movimiento y permanece adherida a las superficies.
El agua de hidratación es la asociada químicamente a las partículas y solo se puede
remover con energía térmica. (ROMERO, 2002)
1.8.17 Lechos de secado de arenas. Los lechos de secado de arenas constituyen
uno de los métodos más antiguos para reducir el contenido de humedad de los lodos
en forma natural. Su implementación representa una operación sencilla en la gestión
de los lodos y bajos costos de operación en comparación con otros tipos de
tratamiento para el secado de lodos. (ROMERO, 2002)
Los lechos de secado son dispositivos que eliminan una cantidad de agua suficiente
de los lodos para el que el resto pueda manejarse como material sólido, con un
contenido de humedad inferior al 70 %. La operación de un lecho de secado de
arena es una función de:
 La concentración de sólidos del lodo aplicado.
 Profundidad del lodo aplicado.

46
 Pérdidas de agua a través del sistema de drenaje.
 Grado y tipo de digestión suministrada.
 Tasa de evaporación (la cual es afectada por muchos factores ambientales)
 Tipo de método de remoción usado
 Método de disposición última utilizado.
 Ventajas de los lechos de secado de arena
 Costo bajo si hay terreno disponible.
 No requiere operación especial.
 Consumo de energía bajo.
 Poco sensible a cambios en las características del lodo.
 Consumo de químicos bajo.
 Contenido alto de sólidos en la pasta.
 Desventajas de los lechos de secado de arena
 Diseño empírico que no permite análisis económico certero.
 Requiere áreas grandes.
 Requiere lodo estable.
 Sensible a cambios de clima.
 Visible al público.
 Requiere gran cantidad de mano de obra para remoción de la pasta
El lecho típico de arena para secado de lodos es un lecho rectangular poco
profundo, con fondos porosos colocados sobre un sistema de drenaje. El lodo se
aplica sobre el lecho en capas de 20 a 30 cm y se deja secar. El desaguado se
efectúa mediante drenaje de las capas inferiores y evaporación de la superficie por
acción del sol y del viento. Inicialmente el agua percola a través del lodo y de la
arena para ser removida por la tubería de drenaje en un periodo corto, de unos
pocos días. Una vez formada una capa de lodo sobrenadante, el agua es removida
por decantación y por evaporación. La pasta se agrieta a medida que se seca,
permitiendo evaporación adicional y el escape de agua lluvia desde la superficie.
Los lechos de secado de lodos son muy semejantes a filtros intermitentes de arena
y tienen la ventaja de requerir poca atención en su operación. El diseño de lechos
de secado de lodos está afectado por diferentes factores: clima, características del
lodo, valor del terreno y pretratamiento de los lodos. (ROMERO, 2002)

47
Figura 8. Lecho de secado
1.9 MARCO CONCEPTUAL
1.9.1 Saneamiento básico. Es el mejoramiento y la preservación de las
condiciones sanitarias óptimas de Fuentes y sistemas de abastecimiento de agua
para uso y consumo humano. Disposición sanitaria de excrementos. Manejo
sanitario de los residuos sólidos, conocidos como basura. (CULMA, 2016)
1.9.2 Aguas residuales. Son los líquidos que han sido utilizados en las actividades
diarias de una ciudad (domésticas, comerciales, industriales y de servicios). Las
aguas residuales se clasifican Como:
 Aguas Residuales Municipales. Residuos líquidos transportados por el
alcantarillado de una ciudad o población y tratados en una planta de tratamiento
municipal.
 Aguas Residuales Industriales. Las Aguas Residuales provenientes de las
descargas de Industrias de Manufactura.

48
Las Aguas Residuales también se definen por su contenido de contaminantes que
esta porta.
 Aguas negras a las aguas residuales provenientes de inodoros, es decir, aquellas
que transportan excrementos humanos y orina, ricas en sólidos suspendidos,
nitrógeno y coliformes fecales.
 Aguas grises a las aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos y
lavadoras, que aportan sólidos suspendidos, fosfatos, grasas y coliformes fecales,
esto es, aguas residuales domésticas, excluyendo las de los inodoros.
 Aguas negras industriales a la mezcla de las aguas negras de una industria en
combinación con las aguas residuales de sus descargas. Los contaminantes
provenientes de la descarga están en función del proceso industrial, y tienen la
mayoría de ellos efectos nocivos a la salud si no existe un control de la descarga.
(COMISIÓN ESTATAL DE SERVICIOS PÚBLICOS DE TIJUANA, 2009)
Coliformes. Bacteria principal del grupo, la Escherichia coli, descubierta por
el bacteriólogo alemán Theodor von Escherich en 1860.Los coliformes tienen
características bioquímicas e importancia relevante
como indicadores de contaminación del agua y los alimentos. (COPESA S.A., 2009)
Alcantarillado combinado. Es el sistema que capta y conduce
simultáneamente el 100% de las aguas del sistema pluvial y sanitario, pero que
dada su disposición dificulta su tratamiento posterior y causa serios problemas de
contaminación al verterse a cauces naturales y por las restricciones ambientales se
imposibilita su infiltración. (LINEAMIENTOS TÉCNICOS PARA FACTIBILIDADES, SIAPA ,
2014)
D.B.O. Se define como D.B.O. (demanda biológica de oxigeno) de un líquido
a la cantidad de oxígeno que los microorganismos, especialmente bacterias, hongos
y plancton, consumen durante la degradación de las sustancias orgánicas
contenidas en la muestra. Se expresa en mg / l. cuando se necesita comprobar el
estado o la calidad del agua de lagos, ríos, quebradas, lagunas o efluentes, la
demanda biológica de oxigeno es un parámetro fundamental para esta medición.
Cuanto mayor cantidad de materia orgánica contiene la muestra, más oxígeno
necesitan sus microorganismos para oxidarla degradarla. (ANDREO, 2011)
D.Q.O. “La Demanda Química de Oxígeno (DQO) determina la cantidad de
oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica en una muestra de agua, bajo
condiciones específicas de agente oxidante, temperatura y tiempo”. (RODRIGUEZ,
2007)
RAS-2000. Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento
básico. El reglamento tiene por objeto señalar los requisitos técnicos que deben

49
cumplir los diseños, las obras y los procedimientos correspondientes al sector de
agua potable y saneamiento básico y sus actividades complementarias. (COMISIÓN
DE REGULACIÓN DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, 2016)
Lodos activados. “En este tratamiento las aguas a tratar se introducen en un
reactor donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión. En el
reactor se produce la transformación de los nutrientes en tejido celular y diversos
gases. La demanda de oxigeno se atiende mediante difusores o aireadores
mecánicos. Las bacterias constituyen el grupo más importante de microorganismos
en el proceso de lodos activados, siendo muy comunes la de los géneros
Alcaligenes flavobacterium, bacillus y pseudonomas, otros microorganismos
presentados son los hongos.” (UNAD, 2016)
1.9.7 Zanjón de oxidación. “Es un proceso de lodos activados, del tipo de aireación
prolongada, que usa un canal cerrado, con dos curvas, una para la aireación y
mezcla y la otra para la sedimentación. Como equipo de aireación y circulación del
licor mezclado usa aireadores mecánicos del tipo cepillos horizontales, de jaula o
de discos. La planta típica de un zanjón de oxidación no incluye sedimentación
primaria, utilizan un solo canal concéntrico, un sedimentador secundario y lechos
de secado de lodos.” (UNAD, 2016)
1.9.8 Política y normatividad relacionada con el manejo y tratamiento de Aguas
residuales domésticas. Para el manejo de las aguas residuales, el país cuenta
con una amplia normatividad, donde las disposiciones legales aplicables al proyecto
son las siguientes:
 Constitución Política. Arto
79. Todas las personas tienen derecho a gozar de un
ambiente sano. La ley garantizara la participación de la comunidad en las decisiones
que puedan afectarlo. Es deber del Estado proteger la diversidad e integridad del
ambiente, conservarlas áreas de especial importancia ecológica y fomentar la
educación para el logro de estos fines. (CONSTITUCION POLITICA DE COLOMBIA DE
1991, 1991).
Arto
366. El bienestar general y el mejoramiento de la calidad de vida de la población
son finalidades sociales del Estado. Será objetivo fundamental de su actividad la
solución de las necesidades insatisfechas de salud, de educación, de saneamiento
ambiental y de agua potable.
 Decreto 2811 de 1974. En este decreto es dictado por el Código Nacional de
Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente. El ambiente es
patrimonio común. El Estado y los particulares deben participar en su preservación
y manejo, que son de utilidad pública e interés social. La preservación y manejo de
los recursos naturales renovables también son de utilidad pública e interés social.
(MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE , 1996)

50
 Ley 9 De1993. Por la cual se crea el ministerio del medio ambiente, se reordena
el sector publico encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los
recursos naturales renovables, se organiza el sistema nacional ambiental- SINA y
se dictan otras disposiciones. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE , 1996)
 Ley 142 de 1994. Art 5o
. competencia de los municipios en cuanto a la prestación
de los servicios públicos. Es competencia de los municipios en relación con los
servicios públicos que ejercen en los términos de la ley, y de los reglamentos que
con sujeción a ella expidan los consejos. (DIRECCIÓN TÉCNICA DE GESTIÓN DE
ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO, 2012)
 Ley 373 de 1997. Art 1o
. programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Todo
plan ambiental regional y municipal debe incorporar obligatoriamente un programa
para el uso eficiente y ahorro del agua. Se entiende por programa para uso eficiente
y ahorro del agua el conjunto de proyectos y acciones que deben elaborar y adoptar
las entidades encargadas de la prestación de los servicios de acueducto,
alcantarillado, riego y drenaje, producción hidroeléctrica y demás usuarios del
recurso hídrico. Las corporaciones autónomas regionales y demás autoridades
ambientales encargadas del manejo, protección y control del recurso hídrico en su
respectiva jurisdicción, aprobaran la implantación y ejecución de dichos programas
en coordinación con otras corporaciones autónomas que compartan las fuentes que
abastecen los diferentes usos. (MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE , 1996)
 Ley 9 de 1979. Conocida como Código Sanitario Nacional. Establece los
procedimientos y las medidas para llevar a cabo la regulación y control de los
vertimientos. (DIRECCIÓN TÉCNICA DE GESTIÓN DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO,
2012)
 Conpes 3177 de 2002. Establece los lineamientos para formular el plan nacional
de manejo de aguas residuales. Con el objetivo de mejorar la calidad del recurso
hídrico de la Nación. Busca promover la descontaminación y mejorar las inversiones
y las fuentes de financiación y revisar y ajustar la implementación de la tasa
retributiva por contaminación hídrica. (DIRECCIÓN TÉCNICA DE GESTIÓN DE
ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO, 2012)
 Decreto 3100 de 2003. Reglamenta los artículos 42 y 43 de la Ley 99 de 1993,
respecto a la implementación de tasas retributivas por vertimientos líquidos
puntuales a un cuerpo de agua. La tasa retributiva consiste en un cobro por la
utilización directa o indirecta de las fuentes de agua como receptoras de
vertimientos puntuales y por sus consecuencias nocivas para el medio ambiente. El
Decreto establece el Plan de Saneamiento y Manejo de Vertimientos. La resolución
372 de 1998 establece el monto de las tasas mínimas para Demanda Biológica de
Oxígeno (DBO) y Sólidos Suspendidos Totales (SST).
 Resolucion 1433 de 2004. Por la cual de reglamenta el articulo 12 del decreto
3100 de 2003 , sobre los planes de saneamiento y manejo de vertimientos. Se

51
establece la definicion de los PSMV, los actores involucrados, informacion que se
debe presentar y se dictan las medidas preventivas y sancionatorias. (MINISTERIO
DEL MEDIO AMBIENTE, 2002)
 RAS 2000. Titulo E. Fija los criterios básicos y requisitos mínimos que deben
reunir los diferentes procesos involucrados en la conceptualización, el diseño, la
construcción, la supervisión técnica, la puesta en marcha, la operación y el
mantenimiento de los sistemas de tratamiento de aguas residuales que se
desarrollen en la República de Colombia, con el fin de garantizar su seguridad,
durabilidad, funcionalidad, calidad, eficiencia, sostenibilidad y redundancia dentro
de un nivel de complejidad determinado. (COMISIÓN DE REGULACIÓN DE AGUA
1.10 METODOLOGIA
1.10.1 Recolección de información. Se inició la investigación con visitas
realizadas al municipio de Vélez a las oficinas de la Alcaldía, Planeación Municipal,
Empresa de Servicios públicos Domiciliarios EMPREVEL y en la corporación
autónoma de Santander CAS para obtener información preliminar, de la cual se
extrajeron, algunos datos del Plan de Desarrollo Municipal, el Plan Maestro de
Acueducto y Alcantarillado y análisis físico – químico de los vertimientos del
municipio de Vélez.
1.10.2 Análisis de datos. Conocida la información preliminar, el análisis de datos
se inicia con el análisis de los antecedentes y justificación. Se continua, con una
caracterización general del municipio, luego una descripción muy general de la zona
de estudio, y con el análisis físico químicos obtenidos de calidad del agua esperados
posteriormente, se describen aspectos de la estructura de tratamiento a diseñar y
luego se exponen las consideraciones teóricas de algunos autores.
1.10.3 Diseño hidráulico de la planta. La información existente brindada por el
municipio, permitió, conocer la población a servir, los aportes de agua residual y
cargas más representativas, que, para este estudio, se tomaron como esenciales
los parámetros de reducción DBO y SST.
Para el diseño se empleó la metodología del reglamento de la comisión reguladora
de saneamiento y agua potable RAS 2000 , donde se aplicaran los dos tipos de
tratamientos que son tratamiento primario (asentamiento de sólidos) y tratamiento
secundario (tratamiento biológico de sólidos flotantes y sedimentables) y finalmente
aplicación de lecho de lodos, donde la selección para cada etapa de tratamiento
dependió de las necesidades, características de la zona y costos óptimos para su
realización, operación y mantenimiento. Una vez desarrollado el tipo de tratamiento
a implementar se procedió a la realización de los cálculos pertinentes, los planos de

52
diseño hidráulico de los componentes de la planta de tratamiento y Finalmente se
realizó el manual de operación y mantenimiento.

53
2 DISEÑO METODOLOGICO
2.1 PROYECCION DE LA POBLACION
Una proyección de la población es un cálculo que refiere el crecimiento aproximado
previsto en el número de habitantes de un lugar para un ano futuro dado.
Con base en el anuario estadístico DANE, se presenta una tasa de crecimiento
considerando que el casco urbano se encuentra con vías de comunicación, planes
de desarrollo rural, aumentos graduales de la población y el asentamiento de
nuevas viviendas en la zona, de modo que atienda las necesidades de la comunidad
durante un determinado período de diseño, en el cual el sistema sea eficiente el
100%, ésta proyección es el resultado de suponer un aumento aproximado de la
población actual; con una rata de crecimiento del 1,00 % anual.
Tabla 7. Estudio estadístico DANE
AÑO HABITANTES
1964 34115
1973 33155
1985 16218
1993 23563
2005 19265
Fuente. (ALCALDIA VELEZ -SANTANDER, 2016)
Para calcular la capacidad de tratamiento de la PTAR del municipio de Vélez, se
empleará la cifra de población futura de la cabecera municipal para el año 2005,
reportada por el departamento administrativo nacional de estadística – DANE.
La estimación de la población es el aspecto principal para la determinación del nivel
complejidad. El titulo B del reglamento técnico del sector de saneamiento básico y
agua potable RAS 2000, capitulo B.2. Población dotación y demanda, establece que
esa dotación debe corresponder a la proyectada al final del periodo de diseño.
2.1.1 Método geométrico. Este método es útil en poblaciones que muestran una
actividad económica Importante. El crecimiento geométrico es geométrico si el
aumento de la población es proporcional al tamaño de la misma; la ecuación
empleada es: (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)
PF = Puc (1 + r)(Tf−Tuc)

54
Donde:
r: Tasa de crecimiento anual
La tasa de crecimiento anual se calcula de la siguiente manera:
r = [(
Puc
Pci
)
(
1
Tuc−Tci
)
] − 1
2.1.2 Periodo de diseño. El periodo de diseño fija las condiciones básicas del
proyecto como la capacidad del diseño a atender la demanda futura, la densidad
actual y la durabilidad de los materiales, equipos empleados y operación de la
planta, este periodo depende la tasa de crecimiento de la población del comercio y
la industria.
 Periodo de diseño: 25 años
2.1.3 Dotación. Debido a que el acueducto no cuenta con registros históricos de
consumo en la región, para lo cual nos basamos en el Reglamento Técnico del
Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS 2000.
 Dotación neta. La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua
requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante, sin considerar
las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto.
Tabla 8. Asignación del nivel de complejidad del sistema
FUENTE. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO
BASICO, 2000)
 Nivel de complejidad: Medio Alto
Consumo domestico
Según las normas establecidas para poblaciones rurales, se considera un caudal
de dotación así:
Qmd (domestico) =
PF ∗ d neta
86400

55
Donde:
PF = población futura
D neta = Dotación neta
2.1.5 Estimación del consumo medio diario por habitante. Corresponde a la
dotación neta, es decir, a la cantidad de agua que el consumidor efectivamente
recibe para satisfacer sus, necesidades. La dotación neta depende del nivel de
complejidad de sistema, del clima, y del tamaño de la población. Su estimación se
hace con base en el literal B.2.4 dotación neta del título B del RAS -2000.
2.1.6 Estimación de la población servida. La población servida o población de
diseño corresponde a la calculada anteriormente mediante el método geométrico,
valor que corresponde a un periodo de veinticinco (25) años.
El aporte de aguas residuales domesticas (QD) se obtiene de un estudio estadístico
realizado en el municipio y suministrado por la alcaldía municipal.
El cual se encuentra distribuido de la siguiente manera:
 Industriales:
Tabla 9.Consumo industrial del municipio de Vélez

56
 Institucional
Tabla 10. Consumo institucional del municipio de Vélez
 Escolar
Tabla 11. Consumo escolar municipio de Vélez

57
 Comercial
Tabla 12. Consumo comercial municipio de Vélez
 Publico
Tabla 13. Consumo público municipio de Vélez

58
2.1.7 Caudal Medio Diario. El caudal medio diario de aguas residuales
corresponde a la suma de los aportes domésticos, industriales, comerciales e
institucionales.
QMD = QD + QI + QC + QIN
Donde:
QMD = caudal medio diario
QD = Caudal aguas domestica
QI = caudal industrial
QIN = Caudal institucional
El caudal medio diario (QmD) debe ser estimado para las condiciones iniciales y
finales de operación del sistema.
2.1.6 Caudal Máximo horario. Es la base para establecer el caudal de diseño de
la planta de tratamiento de agua residual y este se estima con el caudal medio diario
final, mediante el uso de un factor de mayoración F.
 Factor de mayoración. Este factor tiene en cuenta las variaciones en el consumo
de agua por parte de la población. El valor del factor disminuye en la medida en que
el número de habitantes considerado aumenta, el factor de mayoración se estima a
través de la siguiente ecuación de flores donde se calcula en función de la población
f =
3,5
poblacion0,1
2.1.7 Caudal de diseño. Este caudal es el correspondiente a las contribucion que
llegan al punto de vertimiento municipal.
Las infiltraciones de aguas subteraneas y los aportes de agua lliviaal sistemas de
alcantarillado, provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios
Qce, fueron consideradas atravez de la hectareas del casco urbano del muncipio de
velez, debido a que es la poblacion de diseño para la cual se diseñara la PTAR.
𝑄𝑀𝐻 = 𝐹 𝑄𝑚𝐷𝑓
𝑄𝐷 = 𝑄𝐼𝑁𝐹 + 𝑄𝐶𝐸
+ 𝑄𝑀𝐻

59
Estimación de la población y caudal de diseño
Tabla 14. Caudal de diseño
PROYECCION POBLACION
AÑO HABITANTES
1964 34115
1973 33155
1985 16218
1993 23563
2005 19265
METODO
AÑO
GEOMETRICO
PF r
2016 16526 -0,014
2021 15414 -0,014
2026 14376 -0,014
2031 13408 -0,014
2036 12506 -0,014
2041 12664 -0,014
PF (Habitantes) 12664
caudal domestico
Qmd(l/s) 16,9
Dotación neta 125
Qmd comercial (l/s) 1,4
Qmd Industrial (l/s) 0,63
Qmd institucional (l/s) 4,49
Qmd público (l/s) 0,37
Qmd Escolar (l/s) 2,37
Fuente. Autores

60
Tabla 15. Continuación
CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES
QMD(l/s) 26,14
CAUDAL MAXIMO
HORARIO
QMH (l/s) 81,6
F (Factor de
mayoración)
1,37
CAUDAL DE DISENO
QD (l/S) 148,15
Fuente. Autores
Figura 9. Esquema de funcionamiento de la PTAR
Fuente. Autores
2.2 CANAL DE ENTRADA
El canal de acceso o, de entrada, es la estructura en la cual descarga la tubería del
colector de conducción en la planta. Se propone un canal a cielo abierto y con
sección rectangular. La longitud del canal de acceso no necesariamente habrá de
ser calculada, pero habrá de ser suficiente para dar cabida a la basura que se
aglomere en las rejillas.

61
Inicialmente se inicia el cálculo de la altura de la lámina de agua en el canal de
Entrada empleando la ecuación de Manning.
Q =
R
2
3
⁄
s1/2
A
N
Donde:
Q= Caudal de diseño, en m3/s
R= Radio hidráulico, en m
S= Pendiente del fondo del canal, en m/m
n= Coeficiente de rugosidad
A= Área del canal, en m2
Diseño canal de entrada
Tabla 16. Canal rectangular
CANAL DE ENTRADA
CAUDAL (L/S) 148,15
CAUDAL (m3
/s) 0,148
MANNIG (n) 0,0014
PENDIENTE (%) 0,0278
DIMENSIONES
Área(m2) 0,247
b (ancho del canal) (m) 0,7
h altura de la lámina de agua (m) 0,35
BORDE LIBRE (m) 0,2
velocidad (m/s) 0,6
PERIMETRO MOJADO 1,405
RADIO HIDRAULICO 1,058
Fuente. Autores

62
2.3 PRETRATAMIENTO
2.3.1 Diseño de estructura de cribado. Las rejillas diseñadas para la planta son
de limpieza manual. Con base en el tamaño de aberturas se clasifican como rejillas
gruesas o finas. Las rejillas gruesas son aquellas con aberturas iguales o mayores
de 0,64 cm (1/4”), mientras que las finas tienen aberturas menores de 0,64 cm. En
el tratamiento de aguas residuales se usan rejillas gruesas principalmente de barras
o varillas de acero para proteger válvulas, equipos, bombas, etc. De las obstrucción
o interferencia causados por trapos, tarros y objetos grandes. (ROMERO, 2002)
El sistema para la planta de tratamiento de agua residual del municipio de Vélez
está conformado por barras paralelas instaladas dentro del canal con una inclinación
de 45º. Las características de las rejillas de limpieza manual se encuentran en la
tabla 17.
Tabla 17. Parámetros de rejillas
Características De limpieza manual De limpieza mecánica
Ancho de las barras 0,5 – 1,5 cm 0,5 – 1,5 cm
Profundidad de las
barras
2,5 -7,5 cm 2,5 -7,5 cm
Abertura o
espaciamiento
2,5 – 5 cm 1,5 – 7,5 cm
Pendiente con la vertical 30º - 45º 0º -30º
Velocidad de
acercamiento
0,3 – 0,6 m/s 0,6 – 1 m/s
Perdida de energía
permisible
15 cm 15 cm
2.3.2 Perdidas en rejillas. La pérdida de energía a través de la rejilla es función
de la forma de las barras y de la altura o energía de velocidad del flujo entre las
barras.
Según la ecuación de kirschmer, encontrada en la norma RAS 2000 título B, la
perdida de energía en una rejilla será:

63
𝐻 = β(
w
b
)
4
3 hv senθ
Donde
 H: perdida de energía. (m)
 β: factor de forma de las barras.
 W: ancho máximo de la sección transversal de las barras, en la dirección del
flujo (m).
 b: espaciamiento o separación mínima entre barras (m).
 hv: altura o energía de velocidad del flujo de aproximación (m).
 θ: ángulo de la rejilla con la horizontal (º)
Figura 10. Diferentes formas de barrotes de rejillas
Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)
Tabla 18. Coeficiente de pérdida para rejillas
Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO, 2000)
La forma de las barras a implementar será circulares donde el coeficiente de perdida
β es de 1,79, ver tabla 18.
Altura o energía de velocidad del flujo de aproximación hv se calculó con la
siguiente formula:
hv =
v2
2 ∗ g
Para hallar la altura H se le dio un valor de 0.4 m de longitud de la rejilla

64
 B rejilla: 0.4 m
 El diámetro utilizado para el diseño es de 1”
H = (
Qd
L ∗ 1,84
)
2
3
s =
H − Hf
H
Se calcula el Q1 despejando de la fórmula de caudal de diseño
Qd = Q1(1 − sn
)0.385
Q1 =
Qd
(1 − sn)0.385
Obteniendo el nuevo caudal, se calcula el ancho prima de la rejilla, para así
obtener el número de barras que tendrá la rejilla.
B′
=
Q1
1,84 ∗ H1.5
# de espacios =
B
∅ barras
# de barras = # de espacios − 1
longitud de la rejilla ∶
cateto opuesto
sen(45)

65
Diseño estructura de cribado
Tabla 19. Calculo rejilla
REJILLA
Parámetros de diseño
caudal de diseño (l/s) Qd 148
caudal de diseño (m3
/s) Qd 0,148
temperatura mínima del agua T (Cº) 17ºC
Nivel de complejidad del sistema Medio
Perdidas en rejillas
Factor de forma de las barras (β) 1,79
Ancho de las barras w (m) 0,015
Espaciamiento entre las barras b (m) 0,027
Velocidad de aproximación del flujo V (m/s) 0,6
Altura o energía de velocidad del flujo de
aproximación hv (m) 0,018
Angulo de la rejilla con la horizontal θ (º) 45
Pedida de energía H (m) 0,010
Diámetro 0,025
hv 0,018
H (m) 0,35
B rejilla (m) 0,40
sumergido
S (m) 0,97
Q1 0,49
B' rejilla (m) 1,31
# espacios 16
n barras 15
Longitud de la rejilla(m) 0,57
Longitud de la rejilla(cm) 57,14
Fuente. Autores

66
2.4 DESARENADOR
El desarenador para la planta de tratamiento de agua residual de Vélez Santander
es de flujo horizontal.
La expresión de velocidad de sedimentación desarrollada por HANZEN Y STOKES
tiene la siguiente forma.
Vs =
g
18
∗
ρS − ρ
µ
∗ Ø²
Donde:
Vs: velocidad de sedimentación (cm/s).
g: gravedad (981 cm/s).
ρs: peso específico de la partícula.
ρ: peso específico del agua.
µ: viscosidad cinemática.
Ø: diámetro de la partícula (cm).
Consideraciones de diseño
Vo = velocidad vertical, partícula critica.
Vs = velocidad de sedimentación, cualquier partícula.
Vh = velocidad horizontal, partícula critica.
 Se remueven todas las partículas con velocidades: Vs > Vo.
 Si Vs< Vo solo se removerán si entran a un h menor.
Tabla 20. Especificaciones del material
PESO ESPECIFICO DEL
MATERIAL
ARENA 2,65
GRAVA 2,65
Fuente. (DIRECCION GENERAL DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO,
2000)
 Relación larga/ ancho: 3/1 o 5/1.
 Profundidades mínimas 1.5 m y máxima 4.5 m.
 La zona de lodos debe tener una relación larga/profundidad de 10/11 y pendientes
de 5% a 8%.
 Tiempo de retención hidráulico entre 30 min y 4h.

67
 Carga hidráulica entre 15 y 80 m3/m2/d.
 Eficiencia del desarenador depende de los deflectores:
 n: 1, sin deflectores o deficientes.
 n: 2, regulares.
 n: 3, buenos.
 n: 4 a 8 muy buenos
 Recomendaciones de operación:
 Vh < 20vs
 9<vh/vo<15
 Vh <vr
Tiempo de sedimentación se calculó con la siguiente formula:
t =
H
Vs
t: tiempo de remoción de la partícula.
H: profundidad útil de sedimentación.
Tiempo de retención hidráulico, tiempo en que se demora en entrar y salir la
partícula:
θh = Nh * t
30 minutos < θ < 240 minutos
Nh: número de Hazen.
𝛉𝐡 : tiempo de retención hidráulico.
Tabla 21. Numero de Hazen
El Volumen del desarenador se calculó con la siguiente formula
V = Q diseño ∗ θh
87,50 80,00 75,000 70,00 65,00 60,00 55,00 50,00
7,00 4,00 3,00 2,30 1,80 1,50 1,30 1,00
2,75 1,66 0,76
2,37 1,52 0,73
n = 1
n = 3
n = 4
Condiciones
NÚMERO DE HAZEN
% de Remoción

68
Área superficial se determina de la siguiente forma
As =
V
H
As = L ∗ B
B =
As
L
Carga hidráulica superficial del tanque se calculó con la siguiente formula
Cs =
Q diseño
As
Øo² =
Vo
g
18
∗
ρS − ρ
µ
Velocidad horizontal se determina de la siguiente forma
Vh =
Q diseño
B ∗ H
Vh máx > Vh
Velocidad horizontal máxima
Vh máx = 20 ∗ Vs
Velocidad de resuspenciòn de las partículas removidas
Vr = √
8 ∗ 𝑘
𝑓
∗ g ∗ (ρs − ρ) ∗ Ø Vh < Vr

69
 k: factor de forma. (0.05) (0.04-0.05)
 f: coeficiente de fricción. (0.03)
Diseño de desarenador
Tabla 22. Calculo del desarenador
DESARENADOR
Q diseño (m³/s) 0,14800
Remoción de partículas de arena Ø (cm) 0,005
Borde libre (m) 0,2
Profundidad útil de sedimentación H (m) 1,5
Profundidad útil de sedimentación H (cm) 150
Porcentaje de remoción (%) 80
Temperatura del agua (°C) 17
µ Viscosidad cinemática (cm²/s) 0,01059
n Grado del desarenador 1
L:B Relación Longitud: Ancho 4 1
Densidad relativa de la partícula (ρs) 2,65
Densidad relativa de la partícula (ρ) 1
Velocidad de sedimentación Vs (cm/s) 0,21
Tiempo de remoción de la partícula t (s) 707
t (horas) 0,196
Tiempo de retención hidráulico θh (horas) 0,785
θh (min) 47,1 Cumple
θh (segundos) 2826,4
Volumen V (m³) 418,30
Área superficial As (m²) 278,87
L en función de B L = B * 4
Ancho B (m) 8,35
Largo L (m) 33,40
Fuente. Autores

70
Tabla 23. Continuación
Q diseño (m³/día) 12787,20
Carga hidráulica superficial del
tanque Cs (m³/m².día) 45,85 Cumple
Vo (cm/s) 0,053
Øo (mm) 0,025
Velocidad horizontal Vh (cm/s) 1,18
Vh máx (cm/s) 4,24
Factor de forma (k) 0,05
Coeficiente de fricción (f) 0,03
Velocidad de resuspención de las
partículas removidas Vr (cm/s) 7,35
H (m) 1,5
Fuente. Autores
2.5 TRATAMIENTO SECUNDARIO
2.5.1 Zanjón de oxidación. Para el diseño de zanjón se utilizará aireación
prolongada mediante cepillos que es el equipo diseñado para transferir oxígeno en
la etapa biológica de las plantas de tratamiento de aguas residuales, inserta el
oxígeno batiendo las palas en el licor de mezcla.
Según la demanda de oxígeno y dimensión de tanque se determinará el número de
rotores y la longitud de los mismos.

71
Tabla 24. Parámetros de diseño de zanjones de oxidación

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